CFB锅炉的磨损形式、机理及防护措施初探
[内容摘要] 本文综述了CFB锅炉各部位的磨损形式，分析了其磨损机理，并提出了有效的防范措施，均具有一定的代表性，对解决当今迅速发展的CFB锅炉运行中出现的磨损问题有一定的参考意义。
[关 键 词] 流化床、磨损、壁面流、涡流、浇注料。
一、前言
近年来，由于循环流化床（CFB）锅炉具有的燃烧效率高，煤种适应性广，负荷调节范围大，有利于环保等优点，而备受青睐，在我国热电行业得到了迅速的推广使用，但是CFB锅炉的磨损问题比较突出，严重制约了该炉型长期经济地运行。本文就长期在75t/h流化床炉实际检修工作发现的各受热面的磨损状况进行了总结分析，供同行参考借鉴，借以抛砖引玉，希望大家共同来研究探讨CFB锅炉的磨损问题。
二、GFB锅炉磨损概况
CFB锅炉的磨损主要发生在：膜式壁、过热器、省煤器、空气预热器、风帽及浇注料。
1、膜式壁的磨损
膜式壁的磨损位置主要是：与卫燃带交界处；下部密相区；膜式壁对接焊缝处；四角缝；与炉膛出口、看火孔浇注料相邻处；布风板与落渣管接合处；膜式壁上的凸起物处。
1.1膜式壁与卫燃带交界处及密相区的磨损
此种磨损方式比较严重，且较难处理。如果浇注料与膜式壁是如图一形式，那么沿膜式壁面下降的物料流（即壁面流）在碰到凸起的浇注料时，会改变流向形成涡流，使与浇注料相接处的管壁受到磨损而形成凹沟，形如八字胡，时间长了，管壁会逐渐减薄而泄漏。
防范措施：方法一，将凹沟补焊磨平后，贴紧管壁加焊防磨盖板，但运行一周后，会发现盖板与水冷壁上部焊接缝被磨开，并逐渐下磨，直至磨尽，同时管壁也因盖板凸台形成的小涡流而磨损减薄，看来加盖板的方法效果是有限的，需要定期维护和修补。
方法二，目前新型的CFB锅炉（如济锅75t/h炉466型），采用了将膜式壁折弯，使该处浇注料与膜式壁肋片形成上下一致的垂直平面，如图二：
这样物料流沿壁面平直下滑，消除了局部涡流区，使磨损量大大减轻，甚至基本看不出磨损。打卫燃带时，在浇注料施工完毕后拆模板时，一定要检查浇注料与折弯上部膜式壁肋片过渡要平滑，不能出现台阶或渗浆造成的棱角，可趁浇注料尚未硬化前及时修理，运行一个周期后，要在卫燃带上涂刷一层防磨涂料，以增强耐磨效果。但是此交界处以上1-2m处于密相区，管壁磨损量相对较大，经过2-3年的运行，下部管壁可能减薄到 2.0-3.0mm（标准壁厚5mm），如果不采取措施，此区域管壁的大面积均匀减薄将达到不得不割换膜式壁的程度，及早预防大面积减薄的最好办法是采用电弧喷涂法，在管壁上形成一层致密耐磨的合金涂层，可大大减轻交界处以上密相区膜式壁的磨损程度。但是我们看到有的电厂掌握不好喷涂高度，先喷了20-30cm，发现不行，又向上喷了20-30cm，我们在这里介绍一种方法，可用测厚仪从交界处在管壁上向上逐点测量，记录下厚度，你会发现越向下壁厚越薄，越向上越厚，到达某个高度上，厚度基本变化不大，此处即可选为喷涂的上限。我们采用了江苏南通高欣金属陶瓷复合材料公司提供的超高速高性能电弧喷涂技术，在有下煤口的一面膜式壁上喷了70-80cm ，（因为此侧物料浓度相对较高，磨损稍重）其余三面喷了50-60cm，目前运行一年后，涂层仍然完好铮亮，管壁未受任何磨损，只需要在每次停炉后把涂层上缘稍微打磨使其过渡平滑即可。经过处理后，膜式壁与卫燃带交界处及密相区的磨损得到了很好的除锈强度控制。新炉的喷涂最好在一个运行周期过后再进行，一则可磨掉微小不平处，二则可显示出重大凸起和凹陷处便于修补，三则使管壁光滑明亮。
1.2膜式壁对接焊缝处的磨损
膜式壁的垂直度对磨损程度至关重要，任何倾斜和壁面凸起物都将带来严重的磨损。我们在一次测厚中，发现一根管子下部向内倾斜，结果管壁减薄程度（剩2mm）大大超过其它管子（平均剩4.1mm）管子对接焊缝的小凸台也会导致焊缝被磨平并使焊缝上部管壁轻微减薄，如图三所示：
在一次泄漏停炉检查中我们发现，安装公司为了膜式壁对接，将肋片割开，管口对接焊好后，再将肋片焊好，但留下了一道道垂直方向的焊瘤凸起带，使物料流沿焊瘤形成的沟槽向下冲刷管壁，使管壁减薄而泄漏。可见膜式壁垂直面上必须保证绝对平直光滑，才能有效避免局部磨损的发生。但有一种特殊情况，如果在膜式壁上设置足够宽度的挡板或圈梁（个别电厂采用）却可使面壁物流远离管壁而使壁面冲刷磨损减轻，但磨损区域略为上移一段距离，仍有磨损，而且会明显降低物料与管子的对流辐射传热效果，从而降低了热负荷。
1.3 四角缝的磨损
膜式壁四角缝由于物料浓度相对较高，焊缝不平整焊道迸溅等因素，而出现局部磨损现象，因此每次停炉检查不可忽视四角缝的检查，要将焊缝打磨平整滑。
1.4与炉膛出口、看火孔浇注料相邻处的磨损、凸起物处的磨损
炉膛出口、看火孔的浇注料的边缘面应该刚好包覆膜式壁管子，如图4，这样可使物料流沿浇注料边缘面冲刷肋片，而不是冲刷相邻的管壁，浇注料施工时应注意这一点，一定要使浇注料边缘垂直平齐。由于膜式壁上的看火孔无甚用途，笔者建议：取消或减少看火孔的数量，拉直此处膜式壁。以消除局部涡流区。按照历次积累的经验，我们在CFB锅炉每运行3-4个月后例行检查，即搭脚手架至炉膛出口处，从上至下对膜式壁进行全面彻底的检查，每根管子都要摸查一遍，不放过任何凹沟和凸起。因为我们曾经因为锅炉安装公司遗留在膜式壁上的角铁头而出现了几次局部磨损泄漏停炉，犯了不该犯的错误。
因此，锅炉竣工后应认真检查。1.5布风板与落渣管接合处的磨损
CFB锅炉落渣管由于高温和渣料的磨损和来回膨胀，使其与布风板连焊处很容易开焊断裂，从而使渣料漏入风室，不但使一次风短路影响流化效果，而且落入风室的渣料小颗粒还容易堵塞风帽小孔。防治措施：每次停炉应注意检查，修补交接处断裂的落渣管；实践证明落渣管膨胀节膨胀量不够是交接处断裂的主要原因，我们采用在落渣管与水冷风室下层交接处膨胀节上再加一个金属波纹管膨胀节，彻底解决了断裂的问题。还可以在落渣管（风室段）上垂直方向焊上4-6道肋片，不但可增强落渣管散热效果，加热一次风，还可防止落渣管因受热不均产生的弯曲变形（油枪火焰直冲一侧），从而减轻与布风板焊接处的断裂程度。
2、过热器管子的磨损
从旋风分离器中心筒出来的烟气会因惯性偏向过热器室顶棚，因此对过热器上部管子冲刷较重，一般在此处顶棚上设一道高30cm宽20cm的圈梁和在过热器上部加防磨护瓦来防护。但为了保险起见，我们在过热器下部也增设了防磨护瓦，另外，每次停炉要认真检查管排是否整齐而无错排出列的管子。为防止烟气走廊的形成，我们在管排中间插上几根水平的不锈钢铁板固定好，强制使管排整齐，并在磨损严重的前三排管子上加焊护瓦，有效的减轻了磨损情况。
3、省煤器管子的磨损
省煤器管系最上边两排一般设计有防磨护瓦，可有效地保护下面的管子，但由于烟气的折流冲刷，应注意第三排管子的磨损情况，一旦泄漏，只有将泄漏的管子堵死弃用。省煤器管系与联箱相连的穿墙管段都设计有直形护瓦，一般正常运行2-3年后，会有少数护瓦磨穿，甚至磨透管子而泄漏停炉，因此，应注意停炉时定期检查，及时补焊或更换护瓦。另外我们还遇到过这么一种磨损导致泄露停炉情况，由于弯头护帘过长，直接抵到穿墙管护瓦上，由于护帘的导向作用，烟气颗料径直冲刷穿墙管直形护瓦，以致磨穿护瓦和管壁而泄漏停炉，如图5。处理方法是：将如图所示护帘最下段割去，减轻其导流作用，在直形护瓦上再加焊一层护瓦，并定期检查即可。
4、空气预热器管子的磨损
卧式空预器管子上口都应加防磨套管，因为离管口以下300-400mm处为最大磨损点，磨损后会造成送风外逸，风量减少，影响燃烧。而有的锅炉厂只为其中的一组空预器管箱配带防磨套管，造成未配带防磨套管的空预管箱子的磨损，应注意检查是否有此现象，并及时补加套管。
5、风帽的磨损
由于风帽处于沸腾的床料激烈的摩擦中，因此磨损较为严重。CFB锅炉物料流动的一个特点是炉膛中心的物流上升速度较快，接触四周膜式壁的物料流速较慢，且沿壁面向下流动（即壁面流）。上升中心流与下降环流在炉内形成"内循环"，因此布风板边缘上的风帽朝向炉墙的一侧磨损相对偏重，且靠近下煤口和返料口处的风帽磨损更为严重些。笔者提出一个合理建议：在三个下煤口以下1米处将浇注料筑成一凸球状，使下落的煤粒碰溅到凸球处而扩散开，可以使煤粒扩散范围加大，有利于流化燃烧更充分。同时，使风帽磨损更均匀些。凸球还可阻止上窜火焰使煤结焦堵塞下煤口。笔者还建议：将风室中间隔板割开相通（但要避开风道进风口），使左右风室压力均等，防止因风门误关导致布风板上风力不等流化不均，造成燃烧不好，磨损不均的现象，而且还可通过割开口便于检修检修。在风帽类型的选择上，可以选用迷宫式钟罩型风帽，此种风帽对帽顶的冷却能力好，使用寿命明显延长。风帽顶形式最好采用子弹头式或菌状式。
6、浇注料的磨损
浇注料磨损最厉害的地方是炉膛出口至旋风筒之间的水平过渡烟道的顶棚和旋风筒的顶棚，往往被烟气冲刷成蜂窝状，很容易脱落。可以在此水平过渡烟道外侧炉墙上自行打开并砌筑一个小型人孔门，运行时用耐火砖堵死，检修时可通过此人孔门直接进入水平过渡烟道内对上述顶棚的浇注料进行修补，而无需搭架，顶棚如严重脱落的需编织不锈钢骨架用可塑料重砌。同时要注意检查中心筒的磨损情况和椭圆度情况，并及时清除筒壁上的挂渣，以保证良好的烟尘分离能力，从面减轻对尾部受热面的冲刷磨损。
安装时，中心筒的中心线与返料器中心线应重合，否则，中心的偏移将影响分离的效果，导致烟尘排出浓度增加，加大尾部受热面的磨损。
另外，为防止中心筒吊挂的上边缘变形（因重力、温度而向内收缩甚至断裂），在安装时应适当增加连接中心筒和八卦梁圆环的不锈钢带铁（材质:1Cr25Ni20Si2）;中心筒内上部增加一道十字不锈钢支撑。在焊接不锈钢时，要注意不要错用焊条，应使用耐900-1100℃高温的A402焊条，焊后应保温退火。对埋在浇注料内的不锈钢网格，浇注前应涂刷δ=2mm的沥青，防止膨胀导致浇注层脱落。
7、影响磨损的另外几个因素
7.1 燃料的配比
劣质煤、煤矸石、掺炉渣及灰分大的煤，燃烧时烟气中灰浓度高，对受热面的磨损将增大，而且锅炉的热效率也相对较低，因此使用合适的煤种对磨损和热效率都有利。
7.2 颗粒度
当燃料颗粒度较大时，密相区燃烧份额增大，对风帽和下部膜式壁的磨损增加。
7.3 送风、引风
当燃料粒径一定时，风速增加，引风加大时，则烟气流速增加，密相区燃烧份额下降，对上部膜式壁磨损增加，因为磨损量与烟气流速的3.6次方成正比。
送、引风是一个相对稳定的平衡状态，使炉膛负压维持在-20—-100Pa,若引风过大，则烟气夹带颗粒浓度增大，增加尾部受热面的磨损。
三、结束语。
总之，CFB锅炉的磨损问题经过我们多年来的摸索治理，泄漏事故率显著下降，使CFB锅炉的连续运行时间一般可以达到3-4个月，甚至更长，收到了良好的效果和经济效益，以上观点和经验仅供同行参考。
[参考文献]
1、循环流化床锅炉理论设计与运行。北京中国电力出版社 1998.5
2、锅炉运行 辽宁省电力工业局 1995.3
CFB锅炉耐火材料设计思路
1、 好的耐磨性
磨损机理：脆性断裂、晶体结构剪切变形
最初由于断裂所至，随时间延长，晶体结构剪切起主导作用
一般耐压型提高，抗磨性提高
一些剧烈磨损部位采用耐磨性<5cc的高耐磨材料
2、良好的抗热冲击破坏能力
起、停炉、烘炉经历了较大的波动，因此其热震稳定性也是一个很重要的指标，热震稳定性与材料的结合方式、导热系数、热膨胀系数、临界颗粒有较大的关系。
3、较小的重烧线性收缩率
耐磨、火材料都直接接触于金属构件上，在采取了防膨胀措施后不应有较大的重烧线性收缩，否则造成耐火材料有崩裂以极大裂缝的产生。乃外温差>40~50℃。
4、较高的使用温度以及特殊部位的特殊要求
最低工作温度不低于1500℃
水冷、汽冷旋风筒选择满足施工要求的耐磨、火可塑料
水冷风室由于初始点火温度较高，必须选择耐火度较高的耐火浇注料或可塑料
CFB锅炉旋风分离器耐磨损处理
两台燃用福建无烟煤的DG35/3.82－17型CFB锅炉累计运行达2586lh和2560lh，先后更换三次旋风分离器中心筒和出口转向室，并对筒体耐磨可塑料进行两次修补，费时费力又耗财，影响正常生产。锅炉额定蒸发量35t／h，过热蒸汽出口压力3.82MPa，过热蒸汽出口温度450℃，锅炉设计热效率82.74％，燃料颗粒度≤8mm，分离器入口中心标高 24782.5mm。
结合CFB锅炉的燃烧机理，根据磨损情况分析认为，分离器的磨损是受到含尘烟气的高速撞击和冲刷而造成的，是一种冲蚀磨损。主要是在设计时，低估了分离器恶劣的工作环境，没有充分考虑中心筒和出口转向室的磨损问题（其内壁没有衬任何耐磨材料），使高速的含尘烟气直接冲刷、撞击金属元件而造成严重磨损。
在充分调研的基础上，借鉴其他锅炉的成功经验，采用龟甲网+纯刚玉耐磨耐火可塑料对分离器进行技术改造：①打掉分离器人口处、筒体内壁敷设的耐磨可塑料表面层，露出销钉，在销钉上焊接规格为 20mm x 2mm的龟甲网，再敷设一层厚度为25mm的纯刚玉耐磨耐火可塑料；②对中心筒和出口转向室磨穿部位进行修补，然后在其内壁焊接龟甲网，再敷设23mm厚的纯刚玉耐磨耐火可塑料（中心筒和转向室金属部分仅起支架作用）；③对分离器出口连接烟道也采用龟甲网十纯刚玉耐磨耐火可塑料处理。
经上述处理，并累计运行5048h、4826h后对分离器进行检查，除分离器人口、迎流面和中心筒法兰处及中部有数处面积为10-30mm2左右的可塑料表面涂层脱落外，绝大部分耐磨耐火可塑料表面仍光滑如初，没有明显的磨损痕迹。这表明，虽然烟气速度有所增大，但由于分离效率的提高，使飞灰浓度和颗粒度均大幅度降低，并且纯刚玉耐磨耐火可塑料的耐磨性能远远好于12CrlMoV钢和310S耐磨耐热不锈钢。
FW技术导向风帽式循环流化床锅炉磨损问题分析及技术改造方案（本文图已丢失）
水冷壁的磨损是CFB锅炉中与材料有关的最严重的问题之一。在CFB锅炉炉膛内，典型的流体动力学结构为环－核结构。在内部核心区，颗粒团向上运动；而在外部环状区，固体颗粒沿炉膛水冷壁向下回流。环状区的厚度从床底部到顶部逐渐减薄，其平均厚度从实验装置的几毫米到大型CFB锅炉的几十厘米。固体物料沿水冷壁的向下回流是水冷壁产生磨损的主要原因。水冷壁的严重磨损与回流物料量的大小和方向突然改变有密切关系。通常方向突变的部位有：1、水冷壁卫燃带转折处；2、膜式水冷壁管对接和表面缺陷焊接不良，有毛刺、突起等；3、水冷壁其它地方有凸起的部位。因此炉内水冷壁的磨损可分为四种情形：卫燃带与水冷壁管转折区管壁的磨损、炉膛四角和一般水冷壁管壁区域的磨损、不规则区域管壁的磨损和炉膛出口管壁的磨损。后两种情况给电厂带来的磨损危害较小，故不探讨。下面结合FW技术导向风帽式循环流化床锅炉重点探讨前两种情况。
2－1 炉膛下部卫燃带与水冷壁转折区域的管壁磨损
随着CFB锅炉的用量加大，投运日期变长，国内运行的CFB锅炉在炉膛下部卫燃带与水冷壁管壁交界处的磨损现象越来越严重。国外各主要CFB锅炉制造公司（ABB-CE,Foster Wheeler,Ahlstrom,Lurgi,Circofluid）等生产的锅炉也都发现了磨损现象。
这类磨损的机理有以下几个方面:一是在该区域内壁沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运行方向相反，因而在局部产生涡漩流；二是由于沿壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁产生磨损（如图所示）。水冷壁与卫燃带交界区域内水冷壁管壁的磨损并不是在炉膛四周均匀发生，而是与炉内物料总体流动形式有关。
图 循环流化床锅炉耐火材料与水冷壁管转折区域的磨损机理
现有的防磨措施为：
1、采用让管设计。该设计在一定程度上能预防水冷壁的磨损，但是仍存在许多问题，如让管与非让管的结合问题、施工难度大焊口多、不能防止风室漏灰和从技术上根本改变水冷壁及风帽磨损的原因等。
2、采用厚壁水冷壁管，在420t/h及以上容量的锅炉上管壁由Φ51×6改到Φ60×8。
3、在水冷壁上加焊鳍片来破坏向下流动的固体料流，从而达到防磨目的。实践证明，效果不是很理想，极易产生新的磨损点。
4、在卫燃带以上3m-5m（东锅设计的130t/h锅炉后墙虽然耐磨耐火可塑料高达16.308m，但在离卫燃带3m甚至接近5m的高度内水冷壁管子冲刷也相当严重，特点是磨损区域不固定，个别管子的磨损呈刀削磨痕，深达2mm以上）的范围内对水冷壁管壁进行超音速电弧喷涂，喷涂防磨防腐金属合金材料，以延长使用寿命。在运行的多数CFB锅炉电厂中，实践证明该方法是目前解决燃烧室水冷壁防磨的技术含量较高、解决时间较短而且很经济的方法。金属表面喷涂能防止磨损主要有两个方面的原因：第一，涂层的硬度较基体的硬度大；第二，涂层在高温下会生成致密、坚硬和化学稳定性更好的氧化层，且氧化层与基体结合更牢固。我公司防磨喷涂技术领先，材料先进，已为多家电厂施工并受到用户青睐。
对于燃烧室内水冷壁接口焊缝处，如果凸凹不平，不仅加快连接部位的焊口和鳍片的磨损，而且还对附近的水冷壁管子造成严重磨损。这是由于炉内循环物料沿水冷壁向下流过凸台时改变方向，直接冲刷水冷壁管子的某个部位，造成该处水冷壁快速冲刷磨损。同样，鳍片处由于安装时向外凹陷，此处物料碰撞发生转向将鳍片两侧的水冷壁磨损。为了减轻水冷壁严重磨损，在水冷壁上应避免有凹凸不平的情况，向火面焊缝要磨平，保证光滑，鳍片处应避免安装时向外凹陷，即使一个尺寸很小的焊接凸凹缺陷，也会加速该处水冷壁管子的磨损。
2－2 炉膛四角和一般水冷壁区域的磨损
在许多已运行的FW型导向风帽式CFB锅炉中，发现炉膛四角区域和一般水冷壁磨损问题相当严重，因之停炉的比例高达90％左右。磨损部位不仅只在卫燃带以上两米以内，而且还出现在更高位置。其特点是磨损位置不固定，随风帽堵塞及损坏程度、设计因素、运行方式和燃料特性的不同而变化无常，一般防治措施很难凑效。并且排渣不流畅，严重影响了锅炉的经济和安全运行．如某厂自2002年运行以来，仅因水冷壁磨损事故，一年下来就达20余次/台，损失是多么巨大！究其原因主要有以下几点：
一、角落区域内沿壁面下流的固体物料浓度较高，同时流动状态易受到改变；
二、汇集在四角区域的颗粒比在一侧水冷壁边的颗粒对金属表面碰撞造成冲击磨损的机会大；
三、“Γ”型风帽的影响（这一点下个专节具体说明）；
四、由于流化不良或局部射流所引起的磨损。“Γ”型风帽因磨损损坏后，在密相区就产生局部高速射流，射流卷吸的床料颗粒便对较高位置的水冷壁受热面形成直接冲刷而导致磨损，并且较高磨损的位置，总位于风帽易磨损的前、后墙与两侧墙交接处。
五、由于锅炉采用定向风帽，两侧排渣，定向送风时造成两个旋转方向相反的旋流，造成了炉内底部循环回料系统的气－固两相流动力场紊乱，在风帽上部形成涡流区，导致流化不良，飞灰含碳量高,加重了四角的磨损速率。在循环物料的转弯处，大颗粒物料产生偏析，因而使旋风分离器对侧水冷壁部分的磨损较为严重。
六、运行参数的影响。在运行中要注意控制风量，降低烟气流速，控制床料和煤粒的筛分比，减少灰粒子浓度和粒径，降低磨损。
第三节 布风板Γ型风帽的磨损
--是造成炉膛水冷壁磨损的最直接原因
某电厂2＃CFB锅炉在运行2个月后，曾出现定向风帽磨损过半约500个的严重事故，磨损严重的风帽上部倾斜段全部磨损，利用备件部分更换和补焊。3个月后，因爆管停炉检查发现风帽又损坏260多个，最严重的风帽水平段包括浇注料以上部分全部磨损掉。分析其原因有：
1)、由于锅炉采用定向风帽，定向送风时造成两个旋转方向相反的旋流，造成了炉内底部空气动力流场紊乱，在风帽上部形成涡流区，导致流化不良，飞灰含碳量高（如山东某220t/h的CFB锅炉采用FW技术导向风帽，飞灰含碳量高达34％）。再加上此区域煤粒、灰渣浓度高，粒度大，流速快，所以磨损十分强烈。采用定向风帽在设计上使后排风帽的喷口直接对前排风帽“头部”吹扫，直接形成冲击磨损。运行时间稍长，颗粒就很容易将前排风帽的帽顶及帽身“削”掉而形成射流。这样一来，又进一步加剧了空气动力流场的紊乱，即影响了流化质量，又增加了风帽的磨损。
2）、定向风帽的另一个弊端就是风帽壁太薄（厚度仅为4.5mm），不耐磨损，设计不合理（只照搬FW公司的技术，不考虑中国综合利用电厂燃煤煤质、矸石磨损等的实际情况）。在正常运行，造成大量床料漏入风室，尤其是风帽磨损后情况更为严重。造成的后果有：①一次风重新吹起床料高速通过风帽，严重磨损风帽水平段；②严重影响流化质量，影响安全运行；③严重时压火清渣。
3)、按FW技术，带导向风帽的布风板在100%MCR下设计阻力大都在5kPa以上,设计值过大，造成选用风机的压头过高，增加电耗。同时布风板开孔率又偏小（如某电厂布风板开孔率仅为3.17%），使得小孔流速过高（有的达到60m/s，大大超过一般循环流化床锅炉的设计值35m/s。如某一改造的电厂风帽小孔流速约为68m/s），从而造成风帽大面积磨损，厂用电率偏高(在20%左右)。
4）、运行参数调整不当。如一、二次风量配比，上、下二次风的配比，风煤配比，床温，燃烧工况，物料循环倍率偏离等因素。
第四节 技术改造方案
鉴于以上分析，我公司认为造成FW技术导向风帽式循环流化床锅炉今日现状的根本原因就在于锅炉布风系统设计不合理，采用定向风帽和以后改用的钟罩式风帽，其设计阻力均偏大，流速过高，气-固动力场改变，致使磨损严重。该炉型采用的定向风帽和钟罩式风帽都是引进美国FW公司专利技术生产的，其技术是成功的。但风帽分为几个流派，每种流派的技术各有其优缺点。结合各电厂的实际情况根据煤质、运行工况、布风板设计特性等，对布风板、风帽和炉膛底部进行必要的技术改造，是这类锅炉改变现状的极为理想的方案--即有效防止磨损，减少停炉次数，提高运行经济性，又达到大幅度降低厂用电的目的（某电厂改造后，仅一次风机就降低了10A，电压为6kv）。
鉴于其风帽固有的缺点，因此应改变风帽的结构形式，改为侧孔式风帽。这种风帽已经用户实践，证明其磨损最轻，布风最均匀，应用最广。某电厂在改造十个月后停炉检查发现，原来较易磨损的区域都还基本保持原状，从没因磨损原因造成停炉检修事故。我公司技术改造设计主要优点有：
1、从结构上讲，可使布风更加均匀，有效改善流化质量，促使底部粗颗粒的扰动，避免底料沉积，减少灰渣含碳量，从而提高锅炉热效率；风帽开孔采取向下倾斜的方式，可有效防止风帽漏灰渣现象。
2、风帽材质采用耐高温、耐磨损的高强度合金铸钢。风帽顶部及其主要磨损区采用加厚方式（厚度可根据用户要求定做），大大延长了风帽使用寿命。
3、风帽小孔均匀开布，且向下倾斜，因此它不会直接“伤及”其它风帽，相应延长了风帽使用寿命。
4、排渣方式可有两种选择。一是两侧外排渣，风帽向两侧倾斜一定角度。二是改为炉底排渣（若炉底有一定空间的话）。布风板作相应改动，侧墙亦同时作相应改动。
实践证明，该技术方案无论在技术上，在解决问题的根本上，还是在安全经济性上，都是电厂最佳的选择。
第五节 CFB锅炉的调试与性能测试
5－1 冷态试验
1、CFB锅炉风量标定试验
包括一次风、二次风的机翼型流量测量一次元件的差压与流量的关系进行试验标定，得出各一次流量元件的流量系数、流量与差压的关系曲线、温度变化后的补偿修正式等内容。
2、CFB锅炉冷态流化特性试验
内容包括测量两种不同的料层厚度（500mm、650mm）时的临界流量风量、测量布风板的阻力特性并得出冷态与热态计算公式。布风装置布风均匀性检查和料层阻力特性试验。最后作出相关的关系曲线和关系图。
5－2 热态调试与测试
内容包括：
▲风煤调整，找出最佳风煤配比；
▲物料循环系统的调整试验，保证系统运行正常；
▲测试尾部烟道烟气含氧量、CO及过量空气系数等，以此来调整运行方式，提高锅炉燃烧效率；
▲锅炉各主参数的调节与选择。包括床温、料层差压、炉膛差压、返料、风量等。
5－3 CFB锅炉热效率试验
完成在最大负荷和70%MCR工况下的两个锅炉热效率的测定试验。求出热效率，找出提高锅炉热效率的途径。作出评价，并给出最佳参考运行参数。
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电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用 |
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键词：风机；磨损；陶瓷叶轮
1. 叶轮常用防磨技术的特点和问题
1·1 叶轮常用防磨技术的特点
为了延长风机服役周期，降低发电成本，国内的燃煤电厂对排粉风机、引风机叶轮几乎无一例外地要实施防磨处理。目前仍在采用，且具有一定效果的可分为热态和冷态两种防磨技术。实践证明，仅就叶轮的防磨效果而言，前者优于后者。电厂风机叶轮常用防磨技术的分类和特点见表
电厂风机叶轮常用防磨技术的分类和特点
1.2 热态防磨技术存在的主要问题
1·2·1 裂纹倾向大
在对刚性或规格大的整体叶轮进行较大范围的堆焊和喷焊防磨处理时，因热输入量大，工件受热不均所形成的热应力，会诱发叶轮上的承载焊缝产生裂纹；在高强度、低韧性的堆焊耐磨焊道和焊层上必有裂纹产生；在防磨工艺不当时，堆焊耐磨焊道上的裂纹极易向叶轮的母材中扩展；经多元共渗的护板，其周边近缝区因渗入元素的污染及硬度值偏高，很不容易清理干净。该区域打磨得过浅或过窄，护板组合焊接时难免出现裂纹。打磨得过深或过宽，又将影响到防磨效果。
1·2·2 变形无法控制
刚性或规格小的整体叶轮在进行热态防磨处理时，无论采用对称施焊，刚性固定等工艺措施，均不能有效地控制叶轮的变形。而叶轮的尺寸及叶片的型线得不到保证，将对风机的运行带来不利影响。
1·3 冷态防磨技术存在的主要问题
1·3·1 防磨效果有限
粘涂技术、火焰喷涂和电弧喷涂仅适应于引风机叶轮，但其效果不佳；高速电弧喷涂引风机叶轮的效果有限；喷涂工艺应用在排粉风机叶轮上几乎没有成功的实例。
1·3·2 耐磨保护层不牢固
粘涂耐磨层和镶嵌陶瓷,因其物理性能、结合强度及结构形式的限制,当叶轮在一定温度下高速旋转时,易脱落和发生崩裂。
2. 陶瓷耐磨叶轮的关键技术
2.1 MD-Ⅲ航空级高强韧性胶粘剂简介
氧化铝陶瓷是已发现的最硬的无机化合物之一，具有一般金属耐磨材料难以比拟的抗磨损性能。显然，只要通过一种可靠的冷方法，将超耐磨的氧化铝陶瓷复合连接在风机叶轮上，便可完全克服叶轮由常用防磨技术处理后所导致的裂纹、变形、耐磨效果不理想和耐磨层不牢固这几种弊端。
目前燃煤电厂在煤粉管道和弯头、煤粉分离器锥体等静止部件和设备上，采用粘接氧化铝陶瓷元件进行防磨处理已经比较普遍。而把耐磨性优异的氧化铝陶瓷应用在承受交变动载荷、有一定温度、线速度大和可靠性要求高的风机叶轮上，虽早就有所尝试，但成功的范例很少。要在高速旋转的叶轮上牢固地粘接氧化铝陶瓷元件，绝非是一项简单的技术。利用自蔓延高温合成技术、拱形原理、陶瓷橡胶复合工艺和焊接等方法，将氧化铝陶瓷与叶轮上的平、弧面进行大面积复合连接，即不现实、不可靠亦不经济。其实在二十多年前国外的一些公司，便采用粘接技术将工程陶瓷十分成功地运用到了电厂风机叶轮上。由经验和教训可知，氧化铝陶瓷的耐磨性决定叶轮的使用寿命，而胶粘剂的强韧性则决定了叶轮运行的可靠性。因此高强韧性胶粘剂是粘接型陶瓷耐磨叶轮关键技术中的核心内容。
根据电厂风机叶轮的工况条件，现场施工环境的要求，MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂对钢和陶瓷都应有优良的粘接性，工艺性和触变性；可在室温下固化；具有相当高的强度和韧性；具有较高的耐热性和耐老化性；完全能在风机正常的工况和温度条件下长期可靠地工作。
在MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的研制中，以巩固其拉伸强度和拉伸剪切强度为基础，摒弃传统的增韧改性材料，通过组织变量系列试验，选用能参与固化反应、相容性好、含有新型活化韧性因子的增韧剂，使胶粘剂的分子结构中不但包含有增韧效果显著、耐老化性好的封端基因，而且还包含有许多柔性链段来缓解脆硬性。即改善了胶粘剂的冲击韧性和固化时的内应力水平，又使其耐热性（玻璃化温度Tg）和模量维持不变。 |
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火电厂锅炉水冷壁管防腐耐磨研究 |
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摘要：火力发电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理复杂，它与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关。防止水冷壁高温腐蚀和磨损的常用方法有两类，即非表面防护方法和表面防护方法。本文针对广东沙角 B 电厂 3# 炉，本公司采用超音速电弧喷涂 45CT 合金涂层工作寿命已近四年，认为积极采用热喷涂技术是火电厂锅炉水冷壁高温防腐耐磨涂层最可靠的解决方法。
关键词：锅炉水冷壁 高温腐蚀和磨损 超音速电弧喷涂
一、引言
锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：
(1)使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为 1mm 左右，严重的可达 5~6mm 年，形成安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性检修和大修工作量，给电厂造成很大的经济损失。
(2)发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值，而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响。
锅炉运行过程中，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，在高温下对水冷壁构成腐蚀。这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在，我们在各火电厂的锅炉定期检验中经常遇到，只是程度不同而已。广东沙角 B 电厂由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重，由此带来的爆管、换管损失惨重。同时，煤燃烧时产生的大量灰粉，在锅炉内部燃烧的复杂动态过程中，猛烈撞击水冷壁，对水冷壁工作面产生严重切削，使水冷壁管工作面被磨损成不同程度的小平台，造成水冷壁壁厚的实际减薄，容易导致水冷壁管在高温下强度不够而爆管，其危害作用同高温腐蚀一样严重。因此，需要我们寻求一种解决的技术方法，增加水冷壁的抗磨损能力，以延长水冷壁的使用寿命。
二、水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理。
水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理是很复杂的，简言之，与下列因素有关：(1)炉膛火焰温度；(2)燃煤的含硫量；(3)烟气与灰分颗的冲蚀。锅炉运行过程中，炉温可高达1600℃以上，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，水冷壁普遍遭受高温腐蚀。参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2 、SO3 、H2S 、HC 1 、碱金属盐及钒盐类，是多种化学物在各种温度下共同对管壁进行的复杂的动态腐蚀过程。其中，硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素，一是烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生的腐蚀，含硫物在金属高温下产生单原子硫，硫与管道中的铁反应生成硫化铁(Fe+S → FeS)；二是由不可燃硫在高温作用下生成硫酸盐混入灰分熔敷于管壁表面，但不再具有水冷壁管所要求的各种良好的高温机械性能，实际上导致水冷壁管有用壁厚的减薄，从而其有效承载能力不断下降，由此形成腐蚀。另外，高温烟气裹着可以大于8米/秒的速度冲击管壁，烟气的腐蚀和灰分颗粒的冲刷在金属表面交替进行，造成管壁减薄。
三、防止水冷壁高温腐蚀和磨损的途径。
意外的爆管则会造成较大的经济损失，电厂为减少爆管，投入了大量人力、物力加强对水冷壁的监测和更换，但是监测未取得任何实质性的效果，换管则将大大增加生产成本和维修费用。只有防患于未然才是最好的办法。 分析清楚了水冷壁高温腐蚀的产生原因，就可采用有效的方法来进行防止，常用方法可以分为两类，即非表面防护方法和表面防护方法。非表面防护方法有：
A. 采用低氧燃烧技术。
B. 尽可能使各燃烧间的煤粉浓度均匀。
C. 合理的配风及强化炉内的湍流混合。
D. 控制适当的煤粉细度。
E. 避免出现受热面壁温局部过热。
F. 在壁面附近喷空气保护膜。
G. 加添加剂。
H. 控制合理的炉膛出口烟温。
I. 对易产生高温腐蚀的煤种采用抗腐蚀高温合金。
J. 采用烟气再循环。
K. 对受热面的设计布置合理，以避开高烟温区和高壁温区出现。
L. 对易腐蚀区加炉衬防护。
非表面防护法的共同之处在于，一定程度上可以减轻水冷壁的腐蚀，但并不能真正做到防止其腐蚀。而且有些方法在实际运行中会因为各种原因而不能有效地实施，甚至个别方法还存在争议，如炉衬防护，不但影响燃烧室吸热能力，还会使腐蚀复杂化。故有必要寻求其它效果更好的表面防护方法。
对受腐蚀构件表面覆盖耐腐蚀的隔离层，是最直接有效的防腐措施，属于高温腐蚀的表面防护方法，主要
(1)涂刷法：涂刷的涂层塑性、热膨胀性等不能适应锅炉内环境及脱硫装置，使用中易产生脱层，难于实际应用。
(2)电镀、热渗镀：镀层的覆盖性及结合度较好，但受工件尺寸限制，镀件在现场拼焊中镀层也会出现薄弱环节，降低使用性能。无法对已有设施进行再次防腐。
(3)热喷涂：适合现场操作，涂层材料选择范围宽，组合方式多，能提供多种性能涂层，对已有设施的未防护部分进行追加防护，已防护部分进行再次防护。
超 音速电弧喷涂技术利用了流体力学中的“拉瓦尔原理”，使喷涂时的粒子速度真正超过了音速。我们通过对该技术的引进，特别是针对喷涂设备笨重、庞大、不利于现场施工的缺点，进行大胆的设备结构改造和功能完善，达到的突出特点是现场实用性强、喷涂性能好、涂层质量显著提高。与普通电弧喷涂和火焰喷涂比较，其技术指标有如下区别：
由于超音速电弧喷涂技术的先进性——离子喷射速度快(比普通电弧喷涂快4倍)，其技术性能比普通电弧喷涂有本质的提高，改善了涂层的孔隙率、颗粒度、结合强度等性能，增加了涂层厚度调节范围及可利用的涂层材料选择范围，可以大大拓展电弧喷涂的应用范围。
但原有超音速电弧喷涂的应用还几乎停留在普通电弧喷涂技术的基础上，只是简单地利用其性能的提高，基本上处于一种被动应用的状况。比如喷涂材料，仍然沿用原有电弧喷涂用丝材，没有针对超音速电弧喷涂技术的先进性专门开发新型涂层材料，我们投入了大量人力、物力、财力对其进行了进一步研究，开发出了MC锅炉四管专用涂层、 NiCr/Cr 3 C 2 、 NiCrAiFe/Cr 3 C 2 、 45CT 系列喷涂材料，增加其在电力系统的现场实用性，最大限度地利用该技术的先进性，实现良好的表面涂层。
四、超音速电弧喷涂45CT合金的应用
对水冷壁的防高温腐蚀和磨损各种方法综合考虑，我们认为，比较理想的方法是采用热喷涂技术。经过一系列的准备工作，于1999年5月广东沙角B电厂3# 炉大修期间，我们对其水冷壁进行了防腐耐磨超音速电弧喷涂。 钢铁材料的表面防护涂层分两大类。一类是隔离涂层，如电镀铬、油漆及有机涂料；另一类是阳极涂层，如电镀锌、热浸或喷涂45CT合金作为牺牲阳板仍对该处表面钢铁具有防腐蚀保护作用，避免孔隙腐蚀、保护层下腐蚀及由此引起涂层的脱落，阳极涂层还兼有隔离涂层作用。
选择防腐蚀涂层材料除考虑其阳极性外(即选择阳极电位低于钢铁的金属成份)，还应要求其热膨胀系数接近钢铁材料，具有良好的塑性，以避免脱层，材料还应具有一定的抗冲蚀能力。对选择的一种或几种材料应进行喷涂试验、性能试验和对比试验等。
对于水冷壁防高温腐蚀和磨损喷涂，我们开发的喷涂材料是自发放热型材料45CT，喷涂后涂层与基体金属表面产生原子扩散，形成冶金结合，涂层又形成粗糙表面，便于与工作层连接，提高涂层的结合强度。喷涂层材料的膨胀系数与水冷壁管材料接近，使涂层在交变热应力作用下不会脱落，它具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、延展性好、抗冲蚀能力强且价格便宜等特点，涂层厚度 0.8~1.0mm。喷涂工艺如下：
A. 喷砂打磨：
喷涂前的基体表面必须清洁、无油污、且须达到清洁和毛化要求。喷砂打磨的目的是使水冷壁管表面呈灰白色的金属外观和均匀粗化。喷砂后，基体表面粗糙度应达到 Rz40~80um。且干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹。选择磨料时，根据基体金属的种类和涂层的厚度而定，磨料必须清洁、有棱角，才能保证涂层与基体结合良好。我们选择棕刚玉和冷硬铸铁砂等符合有关规定的磨料进行打磨，磨料有棱角，清洁、干燥、没有油污、可溶性盐的游离物和长石，以对表面进行仔细的清理及有效的表面毛化，达到提高喷涂结合强度的目的。
B. 防腐蚀喷涂：
使用超音速电弧喷涂技术对水冷壁进行喷涂，喷涂材料为专用 45CT，设计喷涂厚度 0.8~1.0mm。喷涂表面达到均匀、致密。喷砂后的水冷壁管，应尽快进行喷涂，其间隔时间越短越好，在晴天或不潮湿的天气，间隔时间不可超过12小时，在雨天、潮湿或含盐雾气氛下，间隔时间不超过 2 小时。喷涂必须在如下条件下实施：环境大气高于5℃或基体金属的温度至少比大气露点高 3 ℃，在雨天、潮湿或含雾的气氛中，喷涂操作必须在室内或工棚棚中进行。
C. 后处理：
对于防腐喷涂，必须加封孔剂，以避免腐蚀物质通过涂层的孔隙往里面渗入，直接腐蚀母材，或间接减少防腐涂层的有效厚度。封孔剂选择有机硅加铝粉，喷涂后采用喷涂方法覆盖在涂层上面。
D. 现场检测：
喷涂完成后，应进行外观检查，涂层表面致密、均匀、颗粒细小，不允许有起皮、鼓泡、大溶滴、裂纹、掉块及其他影响涂层使用的缺陷。使用日本原装进口的磁性涂层测厚仪进行现场实测，厚度达到要求，可以保证工程质量。
五、喷涂效果分析
1、与渗铝管防腐效果对比分析
为了防止高温硫腐蚀，火电厂在水冷壁中设置卫燃带，以前常采用渗铝管，实际上，用喷涂 SCZ16 管代替渗铝管可以取得相同的或更好的效果。
试验证明，我们使用的 45CT 耐腐蚀效果比渗铝管好得多，使水冷壁管的使用寿命更长；在水冷壁卫燃带采用渗铝管，经常发现焊缝出现严重的硫腐蚀，这是渗铝管无法克服的弊端，而使用超音速电弧喷涂技术，则可在水冷壁管安装完毕后，对焊口及其附近补喷一层 45CT 防腐，防止焊缝腐蚀；另外，喷涂 45CT 可以对长时间运行后的水冷壁管进行再防护，这也是渗铝管无法做到的。
2、运行后的涂层检测
广东沙角 B 电厂 3# 炉超音速电弧喷涂 45CT 涂层水冷壁管，经过长期运行外观检查，涂层完好，未见裂纹、起皮、脱落等任何宏观缺陷，也未因腐蚀原因造成爆管等。
我们将最早实施喷涂的广东沙角 B 电厂 3# 炉水冷壁管中隔墙在停炉时割管取样分析，该样自炉内现场实施喷涂后已连续运行 6800 余小时，根据广州有色金属研究总院出具的检测报告，“试样涂层完整，未发现有剥落现象，涂层约 0.9mm。与基体结合良好，结合部位未发现明显缺陷”。
为了防止高温腐蚀和磨损，超音速电弧喷涂 45CT 可以取得很好的效果。通过各种性能试验和实践证明，利用超音速电弧喷涂的 45CT 涂层，可以大大延长水冷壁管的使用寿命，同时也可以对长时间运行后的水冷壁管进行再防护，以进一步延长水冷壁管的使用寿命。
六、结束语
水冷壁管的可靠性，直接关系到电厂机组是否能安全有效运行，但锅炉运行中对不可避免地对水冷壁管造成腐蚀、冲蚀（磨损），使其有效承载能力下降、安全性降低。超音速电弧喷涂涂层能对水冷壁管表面实施有效保护，使其外表面基本不受损伤，可大量节省材料更换费用及维修费，减少或避免非计划停炉，降低运行成本，直接经济效益和间接经济效益都很高，有极大的开发利用价值。
另外，涂层的存在，要求对涂层的厚度和覆盖的完整性进行严格监控。而只要保证热喷涂层的完好，就在很大程度上保证了水冷壁管的完好性。在原有对水冷壁管进行监督检查的基础上，对涂层的检查增加了对水冷壁管的监督力度，提高了水冷壁管的安全性。我们认为已经时间证明热喷涂技术能够对锅炉的水冷壁的保护提供一个非常可靠的解决办法 |
济锅440t/h循环流化床锅的防磨措施
循环流化床流动燃烧的固体颗粒，对炉内的磨损是不可避免的。通过实炉观察试验，磨损的部位主要发生在炉膛燃烧室浓相区、燃烧室与水冷壁的过渡区、旋风分离器的入口处、U型返料器舌形挡板处。在这些部位采取的有效措施有：
（1）耐火材料的防磨：采用高强度耐高温复合耐火材料，该材料在工作状态下材料表层形成一层釉面，极大地提高了该材料的高温强度、耐温性能和高温中的抗磨损、抗蚀损性能及热稳定性，因此本炉磨损严重区的耐火材料的使用寿命可达三年以上。
（2）过渡区的防磨：采用水冷壁向外弯制的避让结构。
（3）炉膛受热面的防磨：设计合理。因为在循环床锅炉中煤是低温燃烧，飞灰并未经过熔化、凝固的过程，故飞灰较软。此外炉内灰粒流动方向与膜式水冷壁布置同向，产生的撞击角很小，年磨损在常规范围内。
炉膛内屏式过热器和屏式再热器，采用膜式壁结构，烟气在其中间垂直流动，不会发生异常磨损。但在烟气直冲和转向部位即其下部及炉膛出口处，由于烟气方向改变易引起磨损部位均加设防磨护瓦和浇注料。
（4）对流受热面的防磨：高、低温过热器、低温再热器和省煤器受热面分别采用较低的烟气流速，所以对受热面磨损较小，并且每组过热器和省煤器前排及弯头都装有可靠的防磨装置。
（5）空气预热器防磨：每层空气预热器烟气进口侧前排管装有防磨套管，避免磨损。
（6）风冒与中心筒防磨：本炉的床上风帽使用合金耐热铸钢，高温旋风分离器中心筒采用合金钢制造，运行中不变形，抗磨损。
以上的这些措施，保证了锅炉能稳定长期运行。
1. 省煤器防磨问题
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7.
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四角燃烧锅炉水冷壁磨损的原因分析及防磨措施 |
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0 前言
在国产电站锅炉中采用四角布置直流燃烧器，一般情况下喷口附近的水冷壁管子容易发生局部磨损。其特征是：局部磨损面积比其它受热面(过热器、省煤器等)管子大；磨损面减薄后在管内高压炉水作用下翻开，呈开窗状泄漏点，造成大量炉水喷入炉膛。如果泄漏发生在上一次风喷口附近，则炉膛火焰马上被水浇灭；如果泄漏发生在下二次风喷口附近，也会因为锅炉保持不了水位而被迫紧急停炉。所以对于单元制机组来说，喷口附近的水冷壁磨损会造成停炉停机事故，给电网的安全带来威胁。
1 喷口附近水冷壁磨损实例
牡丹江第二发电厂HG410/1009型锅炉，四角切圆燃烧，在上二次风喷口右侧的水冷壁上发生过局部磨损曾引起泄漏，泄漏面积(长×宽)170mm×45mm，导致停炉停机事故。
水冷壁规格φ60×5mm，局部磨损发生在喷口右侧第4～8根水冷壁管子上；磨损长度在130～340mm范围内，离喷口较远的第8根管子磨损面积较大，反之则较小；除第8根管子爆管，其余4根管子磨损最深已达1.8～3.0mm；磨损面下线基本与上二次风喷口下倾角度线对应(见图1)。
图1 喷口附近水冷壁磨损示意
一、二次风喷燃器采用1Cr18Ni9Ti不锈钢板焊制成，厂家设计的一、二次风速(冷态)分别为23～23m/s和44～46m/s。喷口检查：一次风喷口正常；二次风喷口上边左侧已经烧毁变形，并向下塌腰(最大约40mm)，喷口左侧钢板向水冷壁变形约10mm，喷口里面接口处的二次风管上下左右都已经变形，呈波浪状。
2 原因分析
2.1 喷口出口射流与水冷壁的夹角
直流喷燃器以一定角度布置在炉膛四角上，在炉内旋转气流的作用下，喷口出口射流两侧的补气条件是不一样的，形成作用于射流侧面的压力差，使射流向压力较低一侧偏转，因此喷口出口射流两侧与水冷壁之间的夹角，分为小角和大角。做炉内空气动力场试验，在设计工况下测得炉内实际旋转速度圆大小为φ5.50～6.25m，喷口出口大、小夹角分别约为31°和4～5°(见图2)。可见小角侧气流根部距水冷壁很近，如果操作不当或炉内旋转速度圆直径偏大，气流就要冲刷水冷壁。
图2 喷燃器出口大、小角示意
2.2 喷口处的温度
在锅炉额定负荷下，测试下二次风口的温度：测试探头在喷燃器内距喷口端面1m，热风门全开，测得温度为320℃；探头至喷口端面，热风门全开，温度为540℃，热风门全关，此时温度为832℃。炉膛最高温度在1600℃左右，上二次风喷口对应中心火焰位置。由此可见，如果锅炉在额定负荷下，上二次风门全关时，其喷口处温度将远远超过下二次风口的温度(估计在1000℃左右)。
2.3 喷口的材质
喷口采用1Cr18Ni9Ti炉用耐热钢板。根据现场经验处于温度相对较低的下二次风喷口，也经常发生烧变形的情况。可见1Cr18Ni9Ti只适用于温度在600℃以下的工作环境。
2.4 二次风气流主导作用
二次风射流喷出后，不断卷吸周围的空气，因为二次风风速较高，大约是一次风的2倍，所以也不断卷吸位于上下的一次风粉混合物。如果二次风刷墙，则卷吸的煤粉就会磨水冷壁，管子的磨损量与烟气流速成3次方，因此喷口附近水冷壁的磨损一般都发生在二次风附近。从水冷壁磨损的情况可以看出，磨损位于二次风射流的下边(再下面是上一次风)，其磨损面正确地反映了一次风中的部分煤粉被卷吸到二次风后所留下的痕迹。
2.5 喷口处水冷壁结构
HG410/1009型锅炉喷口处水冷壁的结构见图3a，其喷口出口端面深入炉膛仅100mm(与四角顶点的距离)，喷口气流的根部基本上是贴着水冷壁。当出现喷口变形、炉内切圆直径偏大以及操作等原因使气流偏转时，都可能造成水冷壁的磨损。可见HG410/1009型锅炉，喷燃器的布置不尽合理。
图3 锅炉燃烧器布置示意
3 防止水冷壁磨损的措施
3.1 采用耐热铸钢喷口
将1Cr18Ni9Ti喷燃器改为耐温为1000℃的耐热铸钢喷燃器，实践证明改进后的喷燃器，运行中不变形，寿命都在40000h以上。
3.2 加长喷燃器
将喷燃器出口端面深入炉膛100mm(与四角顶点的距离)改为200mm，若不考虑其它因素，经计算小角侧*第8根水冷壁管与喷口射流之间的距离可增加50mm左右。在实际运用中在二次风喷口*小角侧焊一块不锈钢板，由于钢板的导流作用，小角侧的喷口位置向炉内推进了一些，增加了射流与水冷壁之间的距离；在二次风气流的影响下，避免了一次风中的煤粉磨水冷壁，这种办法在锅炉检修中是一种临时措施，可解决一些问题，比较正规的方法是制作加长的耐热铸钢一、二次风喷燃器，将旧喷燃器全部更换；这种方法比较适用于旧炉改造，改造后喷口附近水冷壁检查可由一个小修期延长至一个大修期，可省却大量炉膛搭架子的工作。实践证明效果很好。
3.3 校正切圆直径
将炉内假想切圆直径减小，可增加小角侧射流与水冷壁之间的距离。国内对固态炉采用的假想切圆直径一般为0.05～0.10的炉膛宽、深的平均值。HG410t/h锅炉的假想切圆直径为1m，经计算选用的是最大值，因此还有调整的余地。在检查或矫正假想切圆直径时，除了对一次风管道进行检查，更重要的是要对二次风管道(包括喷燃器)进行拉线检查和调整。
3.4 合理的喷口处水冷壁结构
对于四角布置切向燃烧器，国外技术的特点是，喷口端面深入炉内较长。如上锅厂引进的CE技术，喷口端面距炉膛断面角顶点距离约350mm(见图3b)。B&WB410t/h锅炉，采用美国B&W技术，其喷口处水冷壁的结构也很独特(见图3c)，喷口深入炉膛750mm，喷口端面与两侧水冷壁平行，小角侧与喷口气流对应的水冷壁管为第14根，喷口出口射流两侧与水冷壁的距离均较远，已经远远避开了容易磨损的第4～8根管区域。即使发生喷口变形、切圆直径较大、运行操作不当等问题，煤粉气流也冲刷不到水冷壁。上海石化热电二站目前有4台B&WB410t/h锅炉，喷口材料为1Cr18Ni9Ti，2号炉在设计工况下测得炉内实际旋转速度圆为φ6m，锅炉都装有浓相喷口，运行最长的锅炉已经有7个年头。7年来喷口附近的水冷壁从未发生过磨损。
4 结论与建议
4.1 四角布置切向燃烧器附近水冷壁的磨损，主要与喷口材质、燃烧器布置的角度、喷口端面太*近四角顶点以及运行操作等因素有关。
4.2 对于旧炉改造，采用耐高温1000℃的铸钢及加长喷口长度，是一种防止水冷壁磨损，既经济又有效的措施。
4.3 二次风风速较一次风大，能卷吸一次风中的煤粉，如果二次风喷口变形或角度布置偏大，将对水冷壁磨损。所以一般情况磨损都发生在二次风附近，因此在进行水冷壁的检查、喷口矫正和检查炉内切圆直径等工作时，要特别重视对二次风燃烧器及附近水冷壁的检查。
4.4 实践证明四角布置切向燃烧器喷口端面距炉膛断面角顶点的距离采用750mm时，喷口附近水冷壁不磨损，锅炉安全可*性高。建议锅炉设计或选型时作借鉴。 |
循环流化床锅炉的防磨措施
1 引言
循环流化床(CFB)锅炉是近几年在我国发展起来的一种新型燃烧设备，而循环流化床燃烧技术的发展以其高效率低污染的高性能更是突飞猛进。在环保要求日趋严格的今天，CFB锅炉已成为当前最有前途的燃烧设备，但是CFB与其它锅炉相比，磨损比较严重，本文对此问题进行讨论。
2 磨损机理及防磨措施
磨损在工程上常被理解为由于机械原因产生的颗粒剥离脱落引起的材料表面所不希望的逐渐变化，如减薄，开裂。锅炉常见的磨损即高速的灰粒子从不同的角度冲刷碰撞炉墙或受热面而引起的种种变化。有资料介绍，磨损量与烟速的3.22次方成正比，并随灰粒子的浓度增大而增大。单从理论上讲，降低磨损应从降低烟气流速，减小灰粒子浓度和减小粒子的颗粒直径入手。
下面从炉墙和受热面两个方面入手来介绍锅炉常见的磨损部位及处理办法。
2.1 炉墙
2.1.1 床体燃烧室部分因颗粒直径大，物料浓度高对炉壁造成的磨损最严重。若风室和床体为非水冷壁结构，因炉墙太厚造成的热应力和物料的磨损常常导致墙体内表面产生脱落和出现裂纹。通过把拐角处用圆角代替方角的方法很好地解决了这个问题，如图1所示。为保证床体的温度，床体的上部常保持一定高度的卫燃带，在炉墙与水冷壁的结合处磨损较严重，如图2(a)所示。原因是该处的截面形状发生了变化，导致烟气在此形成涡流区，加速了管子的磨损。我们顺势利导，把水冷壁下部的炉墙做成和膜式壁一样的截面，使炉壁在竖直方向上没有截面变化。如图2(b)所示，磨损大大减轻了。
图1
图2
2.1.2 旋风分离器出口的顶部由于烟气速度高且对炉顶是正面冲击，故此炉墙的脱落异常严重。在烟气速度、颗粒的直径和硬度都不可变的情况下，只能考虑更耐磨的炉墙材料来解决。如硅线石或棕刚玉等。
2.2 受热元件
针对锅炉受热面的磨损，我们从结构和工艺上进行一些探讨。
2.2.1 结构方面：采用一些常规的防磨结构：如在管子表面加装防磨套管或在易磨损部位加大壁厚；用Ω管或方形管等。都在循环流化床中得到了大量的应用，并收到了良好的效果，而一些特别的部位却需要特别地对待。
(A)炉膛中的屏式受热面
当屏如图3所示布置时，经观察发现弯头部位磨损相当严重，因屏式受热面横向间距很大，用常规保护结构是不可能的，后来采用了图4形式，在弯头处加装了耐磨合金板做成的保护罩，效果不错。芬兰ALSTROM公司生产的410 t/h的CFB锅炉的屏结构如图5所示，炉膛内不出现弯头，每一片过热器屏都有独立的两个集箱。这种结构单从防磨观点上看不失为一种好办法，显然它的缺点是使系统变得复杂，成本提高。
图3
图4
图5
(B)尾部受热面
图3所示，转向室内设置导向板，避免了因离心作用导致的局部灰浓度过高而造成的对吊管和尾部受热面的磨损。横置式过热器和经济器的弯头的保护有多种方式，图6的缝板结构和孔板结构无疑是比较理想的结构形式。
图6
2.2.2 工艺方面：通过热处理使表面硬化，提高易磨部件的耐磨性；
通过喷涂工艺，提高管子表面的耐磨性能；
在管子和水冷壁上加装防磨陶瓷。
上述方法均不同程度地提高了受热面的寿命，但也存在着工艺水平不足的问题，使得涂层易从受热面上剥离。
3 小结
综上所述，磨损问题应从主动性和被动性两方面来解决。主动性是指从设计上降低烟气流速和降低粒子的浓度、避免容易引起磨损的结构。被动性是指增加易磨损部位的耐磨性来延长锅炉的寿命，从而被动地解决磨损。
关于循环流化床的磨损问题我们已经有了基本的认识，但要彻底地解决磨损，达到和煤粉炉同样的寿命，还要作进一步的努力。
循环流化床锅炉浇注料施工工艺探讨
我公司465t/h循环流化床锅炉炉膛密相区、II级过热器、热段再热器、尾部烟道上部进口管排、双面水冷壁下联箱、需防磨的相关部分采用带螺纹的圆销钉固定防磨结构；旋风分离器、出口烟道、料腿、回料阀及冷渣器则作防磨的轻型炉墙设计。以下部位的表面采取了耐火材料防磨：
（１） 布风板与风帽之间；
（２） 炉内下部四周水冷壁表面；
（３） 炉内热段再热器、二级过热器下端表面及穿墙处四周及前后水冷壁部分；
（４） 炉膛出烟口内表面及与出烟口相邻的后墙部分表面；
（５） 旋风分离器内表面；
（６） 料腿及回料腿内表面；
（７） 出口烟道内表面；
（８） 尾部烟道入口立管及集箱表面；
（９） 冷渣器及锥形阀内表面；
（１０）双面水冷壁集箱及穿墙外表面。
在耐磨耐火材料选型方面，我公司进行了充分的调研，考察兄弟电厂成功的经验，锅炉使用的耐磨耐火材料大部分是江苏宜兴市刚玉砖厂生产。在材料施工中我们加强管理，严格控制材料施工工序、工艺和质量，关键工序进行全过程旁站质监。锅炉施工前编写了《循环流化床锅炉施工质量检验及评定标准》，包含所有耐磨耐火材料的验评标准。下面重点对浇注料的施工进行探讨。
浇注料的施工程序一般为：
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⑴材料到货验收 |
⑵取样化验合格 |
⑶机务安装验收合格 |
⑷销钉焊接及补焊 |
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⑸施工面清理 |
⑹涂刷沥青漆或膨胀材料 |
⑺验收合格 |
⑻制模板(控制尺寸) |
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⑼验收合格 |
⑽施工现场准备 |
⑾浇注料加料、配水 |
⑿制作试样 |
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⒀搅拌、振捣（旁站监督） |
⒁检查是否有跑模现象（跑模立即拆除模板清理，返工） |
⒂自然干晾3天以上 |
⒃烘炉热养生 |
现主要针对浇注料施工关键工序进行讨论。
1 耐磨耐火浇注料施工
浇注料施工重点抓好销钉焊接、沥青涂刷、配水搅拌、制模固定、振捣、脱模保护、尺寸保证、测点准确等几个环节，严格按照材料厂家和锅炉厂要求进行施工。
1.1 配水控制
严格控制耐磨耐火浇注料的配水量，使用定量容器专人配水。使用PH＝6－7.5、氯离子含量≤50PPm的除盐水，施工前对水质进行取样化验。耐磨耐火浇注料加水量控制在5.5－6.5％。加水过多，凝固时间延长，耐磨浇注料的机械强度急剧降低，加水少，浇注料不易振捣，施工局部部位不能完全填充，材料质地不均。加水量可根据浇注现场的温度、距离，控制在一定的范围。
1.2 制模前检查
制模前必须经机务验收合格，然后进行浇注料施工，这一点非常重要。若机务安装有误，将导致浇注料返工，工作量非常大。制模前需认真检查销钉、钩钉、支承件是否满足图纸要求，是否补焊全并焊接牢固，临时金属件是否割除。检查所有该涂刷沥青的金属件是否达到要求。在拐角部位要加密销钉数量，特别是炉膛内部管口位置，可使用不锈钢筋将浇销钉进行网状连接，提高拐角处浇注料强度。
1.3 制模控制
浇注料制模是一道非常关键的工序，模板制的好与坏直接影响浇注料的质量。模板控制重点验收其牢固性和尺寸的准确性。模板必须牢固，这是防止跑模的主要措施，一旦发现浇注料跑模，立即停工拆除模板清理干净，重新制模施工。浇注料跑模，将导致部分浇注料厚度不均，内部骨料密实度不均，同时造成膨胀缝不齐等缺陷，我公司在浇注料施工中曾出现一次跑模现象。浇注料一次施工高度在300－600mm之间，以便于振捣。木模要按照施工图尺寸要求放样，预制拼装，表面光滑，接口严密，表面刷两道脱模剂。模板必须经过验收后方可施工。
1.4 搅拌振捣控制
每次浇注料搅拌量不易过多，搅拌机干混均匀后缓缓加水，水量不得加到一处，浇注料要充分混合。需要在浇注料另加钢纤维的，在加水混湿过程中加入，不得成团掺入。搅拌后的浇注料存放时间不超过30分钟。浇注料倒入模中，及时振捣，缓慢插入料层连续振动，振捣以大量排出料中气泡，表面轻微泛浆为宜，缓慢拔出，以防漏振和留下孔洞，每点振动时间不宜过长，防止粗大骨料上浮，保证振捣要填充，不得出现空穴和死角。在无法振动的地方用榔头沿模板竖立方向轻轻振动模板，或在振动棒上焊接Φ16mm园钢进行振动，保证浇注料质地均匀，不出现蜂窝麻面。浇注部件一次性连续施工，尽量不中断，严禁重复利用浇注料。浇注料施工后严禁二次施工进行修补抹面找平。
1.5 膨胀缝的预留
由于浇注料的膨胀系数与钢材膨胀系数不一致，为钢材的一半左右（耐磨浇注料线胀系数为5.7×10－6mm/mm℃）。一般情况有四种方式解决浇注料的膨胀：一是在销钉、金属表面涂刷沥青漆的方式，厚度不低于1mm。二是浇注料分块间隔浇注，分块处用3mm厚的胶合板作为膨胀缝。三是在风帽、仪表管件、金属穿墙件表面缠绕2mm厚的陶瓷纤维纸作为膨胀缝。四是可塑料施工时可用小刀切出厚度一半缝隙，和在可塑料上扎孔来解决膨胀的问题。
浇注料膨胀缝预留非常重要，直接影响浇注料的热养生和寿命，施工中要科学地设置膨胀缝，防止浇注料在烘炉中发生网状裂纹和贯穿性的裂纹。我公司在浇注料施工中严格执行该要求，通过烘炉和试运检查，没有发生超标的裂纹。
1.6 测点孔的预留
CFB锅炉在炉膛、循环回路和排渣设备等处设有较多的温度和压力测点，它相当于锅炉的“眼睛”，测点正确安装和数据准确，真实反应炉内工况，为运行人员燃烧调整提供可靠的依据。炉膛密相区、冷渣器、回料阀内的温度、压力测点显得尤为重要。浇注料施工中重点防止测点的标高和角度偏差，若温度和压力测点标高不一致将导致锅炉内部参数的差异，使得部分测点为废点。特别是炉膛下层压力测点，由于下床压是反映物料数量和厚度的最为重要的依据，若数值不准将直接影响锅炉的排渣和燃烧。比如我公司在浇注料施工中由于工期紧张，对测点的认识不够深刻，防范措施不良，导致下床压测点标高不一的现象，最多相差320mm，运行中其床压数值偏差在3－4Kpa。施工中还要防止浇注料振捣时使测点套管松动，角度发生偏差导致一次元件安装困难。
1.7 几个重点部位施工
锅炉的锥形阀是锅炉排渣的主要设备，浇注料施工关键在于制模板，保证角度正确、表面光滑、尺寸准确，以免锅炉排渣困难。部分设备需要地面施工，硬化后进行安装到位，冷渣器顶板施工前对顶板进行加固，在起吊、翻转、倒扣时放置变形和浇注料损坏。炉膛四周水冷壁在施工时严格依据图纸做好节点的过度，特别注意耐磨耐火浇注料施工的终止线距离中部水冷壁的防磨护板要有3mm的膨胀间隙。涉及错位安装的几个部位，一定留好膨胀缝，如回料阀非金属膨胀节处的浇注料要按照图纸留好膨胀间隙，防止运行中膨胀受阻。
2、水冷风室和床下启动燃烧器浇注料施工注意事项
我公司CFB锅炉水冷风室设计为70mm厚耐火可塑料，床下启动燃烧器预燃室段使用敷设120mm厚的耐火浇注料，筒体和转向室部分敷设300mm厚的保温浇注料和120mm厚的耐火浇注料。由于该处在设计和施工中比较特殊，在此进行简单的介绍。
水冷风室耐火可塑料的施工注意以下几点：
（1）、水冷管和销钉表面涂刷沥青漆，风管外包扎2mm厚的陶瓷纤维纸。
（2）、耐火可塑料要一次性打起，厚度超标部分要挖去，厚度不足的要45°角挖去补齐。可塑料打捣一定密实，不得有空隙、空穴等现象。
（3）、间隔600mm×600mm留一条膨胀缝，避免出现不规则的裂纹。施工中进行分隔、方框施工，膨胀缝留在管子中间，用刀子切出，厚度为耐火可塑料的一半。也用3mm的透气针在耐火可塑料上扎孔，间距在150mm左右，深度在10－15mm。
（4）、搅拌机在使用可塑料前必须清理干净。
（5）、在水冷风室立墙上部浇注料和可塑料之间留有膨胀缝，垂直方向留有3mm的膨胀缝。
（6）、水冷风室在出风口拐角处留出放射状膨胀缝。
（7）、温度高于35°时采取降温措施，材料严禁在太阳下暴晒。
床下启动燃烧器浇注料施工注意事项。
我公司CFB锅炉床下启动燃烧器采用保温浇注料＋耐火浇注料，有的电厂使用的保温转＋耐火保温砖＋耐火浇注料的型式，前者由于保温浇注料掺加的水分约为40－50％，导致床下启动燃烧器水分含量高，给热养生造成困难，为此我们采取以下措施。
（１）、保温浇注料尽早施工，施工前预先开好排湿孔，底部可开长条排湿孔。
（２）、保温浇注料填加水分在保证振捣密实的情况下尽量减少，控制在30％左右。
（３）、保温浇注料施工后加强通风，晾干7天左右，再进行耐火浇注料施工。
（４）、施工耐火浇注料前可在保温浇注料表面涂抹一层沥青漆。（我公司没有实施）
（５）、销钉顶部涂刷的沥青厚度要足够，厚度不足的加套橡胶套，留出膨胀。
（６）、在拐角部位的销钉要使用不锈钢钢筋连接，形成网状。
（７）、将预燃室和一次风口部分耐火浇注料使用性能更好的刚玉莫来石耐火浇注料。
（８）、将热一次风管入口短节浇注料部分加长半米，防止点火时一次风不开，温高将风管烧坏。
循环流化床锅炉磨损分析及处理效果
[内容摘要] 介绍1台燃用福建无烟煤的75t/h 循环流化床锅炉的风帽磨损、蒸发管束受热面磨损、旋风分离器磨损、旋风分离器出口膨胀节磨损情况及分析磨损原因，以及采取相应的防磨措施，提高了锅炉运行的可靠性，取得了良好的经济效果。
[关 键 词] 循环流化床锅炉 磨损 旋风分离器
一 概述
福建无烟煤挥发份极低（Var≤5%）、碳化程度高，煤质脆易爆裂、热稳定性差，细粉含量大，着火和燃尽均十分困难，灰熔点低易结焦，发热量高。一般沸腾炉的燃烧效率和热效率普遍不高，煤粉炉还需掺油助燃和稳燃，这使福建无烟煤长期得不到充分应用。循环流化床锅炉以其燃料适应性强、燃烧效率高、负荷调节性能好、低污染物排放等优点，而成为燃烧福建无烟煤的首选炉型，在福建省得到较广泛的应用。
循环流化床锅炉内的高颗粒浓度和高运行烟速的运行特点，决定了炉内部件都会受到含尘烟气的高速冲刷，磨损问题较为突出[1，2]。尽管锅炉厂在设计时采用了许多有效的防磨措施，但由于循环流化床锅炉内的固体颗粒浓度为煤粉炉的几十倍到上百倍[1]，加上设计原因和运行情况的复杂性，受热面和彻体受到大量固体物料的不断冲刷，磨损还是比较严重。
本文介绍1台燃用福建无烟煤的75t/h 循环流化床锅炉的风帽磨损、蒸发管束受热面磨损、旋风分离器磨损、旋风分离器出口膨胀节磨损情况，分析其磨损原因，以及采取的防磨措施和效果。锅炉额定蒸发量75t/h，过热蒸汽压力3.82 MPa，过热蒸汽温度450℃。燃料颗粒度≤8 mm，累计运行24666h，主视图见图1。
二 蒸发管束受热面磨损
2002年5月停炉检查（累计运行14436h），发现蒸发管束管存在磨损现象，尤其正对着旋风分离器入口的第1、2排蒸发管束管磨损最严重，个别磨损量超过比后壁厚的1/3，只好更换了12根（总55根），占总数量的22%。分析其主要原因是：最后一排蒸发管束距离旋风分离器入口仅1m，大量含尘烟气要集中通过一个较小的分离器入口，必然在分离器靠两侧炉墙处形成死角，造成一个不均匀的流速场，使正对着分离器入口的蒸发管束处的烟气流速大大提高，而磨损与烟速的3.6次方成正比[1]。蒸发管束除了第1排迎风面加防磨片，其他3排均为光管，因而磨损严重。
目前，我们在对应分离器入口的所有四排蒸发管束管迎风面和侧面都增加防磨片，延长了蒸发管束的磨损寿命。同时，我们计划设置导流板，以改变流速场的分布，彻底解决蒸发管束磨损问题。
图1 循环流化床锅炉主视图
三 风帽磨损
该锅炉布风板设计并布置800多个“７”型定向风帽，风帽出口以一定的角度围绕布风板上的两个排渣管布置，使流化床布风均匀，有利于床内细颗粒的流化以及把较大颗粒排向排渣管口。运行初期，风帽磨损比较严重：有的风帽口缺角，有的头部磨穿，严重的整个风帽上部全部磨掉。主要原因是风帽节距较小，布置过于密集[3]，以及施工的偏差，致使部分风帽喷出的空气混合物直接冲刷前面的风帽，造成风帽磨损。
对现有锅炉要改变风帽节距难度太大，采取加大风帽壁厚、调整最佳安装角度、严把风帽材质关(采用耐热耐磨特种钢)、尽量避免炉床超温运行等一系列措施，在正确的运行管理和精心的维护检修下，风帽寿命一般在7000h以上，保证了锅炉稳定、连续运行。
新设计的循环流化床锅炉应重新布置风帽，可考虑改变风帽出口直径和风帽节距，并采用蘑菇性风帽或柱形风帽与“７”型定向风帽搭配使用，以避免风帽的磨损。
四 旋风分离器磨损
该锅炉采用中温旋风分离（图2），分离器直径较小，分离效率较高，可提高燃烧效率，且制造工艺简单，成本低；物料循环倍率K为18.22，改善了煤的燃烧条件和炉内传热，延长了燃烧时间，利于煤的燃尽。
锅炉运行6485h，发现旋风分离器漏灰，停炉检查为分离器中心筒（12Cr1MoV，δ=12 mm）中部、法兰处等多处被磨穿，并有许多深浅不一的冲蚀点，分离器入口处、迎流面等局部磨损较严重，内衬耐磨可塑料多处脱落。结合循环流化床锅炉的燃烧机理[1]，根据磨损情况可以判断，分离器的磨损是受到含尘烟气的高速撞击和冲刷而造成的，即是一种冲蚀磨损，分析其主要原因为：
（1）入炉煤细粉所占比例过大，小于1mm的颗粒重量百分比超过50%，远高于30%的设计值；煤粒在挥发份析出阶段破碎和燃烧过程磨损、挤压又产生大量细粉，大大提高了分离器入口的飞灰浓度，而磨损与浓度成正比[1]。
（2）实际燃煤灰分含量比设计燃料高10%以上，分离器收集的灰量无法全部返回炉膛再燃烧，多余的灰最终随烟气直接经分离器中心筒排到尾部烟道，造成中心筒和转向室的冲刷磨损。
（3）锅炉厂在设计时低估了分离器恶劣的工作环境，没有充分考虑中心筒和转向室的磨损问题（内壁没有衬任何耐磨材料），使高速的含尘烟气直接冲刷、撞击金属元件而造成严重磨损[3]。
1—出口膨胀节
2—出口转向室
3—中心筒法兰
4—分离器中心筒
5—入口膨胀节
6—分离器筒体
7—分离器锥体
图2 旋风分离器结构简图
公司技术管理人员在充分调研的基础上，借鉴其他锅炉的成功经验，从材料性能着手，采用“龟甲网＋纯刚玉耐磨耐火可塑料”对分离器进行技术改造：打掉分离器入口处、筒体内壁敷设的耐磨可塑料表面层，露出销钉，在销钉上焊接规格为20×2的龟甲网，再敷设一层厚度为25mm的纯刚玉耐磨耐火可塑料；对中心筒磨穿部位进行修补，然后在其内壁焊接龟甲网，再敷设23mm厚的纯刚玉耐磨耐火可塑料（中心筒金属部分仅起支架作用）。
首先将龟甲网平整焊接，龟甲网上的金属销钉进行圈焊，焊渣及杂物清除干净，才能敷设可塑料。施工时，应严格按生产厂家提供的施工工艺，将可塑料、添加剂、磷酸铝胶水按比例混合后，在搅拌机内充分搅拌至料色均一、手捏成团且不粘手后方可出料，然后将拌好的可塑料倒入龟甲网中，并及时用加橡皮垫的木锤沿同一方向或呈放射状方向捣打3～5遍至实。敷设时，注意可塑料的施工厚度以盖过龟甲网5mm为宜，过薄起不到防磨作用，太厚则容易脱落，必须按照规定厚度一次性布料，切忌在平行于工作面的方向上出现分层施工现象。
经过技术改造后，锅炉累计运行16781h后对旋风分离器进行检查，除个别部位有小面积脱落、磨损外，绝大部分可塑料表面仍基本完好，没有明显的磨损痕迹（图3），表明纯刚玉耐磨耐火可塑料的耐磨性能良好。
图3 中心筒磨损情况（运行16781h后）
如果出现可塑料脱落现象，可采取局部修补措施；若可塑料与龟甲网受到较严重的磨损，应清理后补焊密度约为50mm×50mm、长度合适的“Y”形销钉，再敷设纯刚玉耐磨耐火可塑料。施工时，“Y”形销钉顶端应均匀涂上1层2mm厚的沥青，再敷设适当厚度的可塑料，并注意保持平面光滑。
五 旋风分离器出口膨胀节损坏
锅炉仅投运8个月就发现旋风分离器出口膨胀节（图2部件1）损坏造成烟道漏气，影响锅炉正常的运行工况，使引风机电耗增加、锅炉运行效率下降，运行人员操作调节困难。
旋风分离器出口膨胀节是锅炉烟风出口的咽喉部位和颈缩段，552℃左右的含尘烟气以约17m/s的速度从此经过，而磨损与烟速的3.6次方成正比，因而造成膨胀节内衬板的磨穿。
我们对该膨胀节进行改进：将其内截面由2168mm×2209mm缩小为1976mm×1939 mm，伸缩缝由120mm缩短为40mm，将内衬板改为防磨板，上面焊上φ6抓钉并浇注200mm厚的耐磨耐火可塑料。
运行至今（累计运行18906h），该膨胀节磨损正常，未再发生损坏漏气故障，提高了锅炉运行的可靠性和经济性，减少了维护和检修工作量。
六 结束语
针对循环流化床锅炉局部磨损情况，通过认真分析原因并相应采取针对性有效防磨措施，是可以较彻底解决锅炉磨损难题的，从而提高了锅炉运行的可靠性和经济性。
[参考文献]
[1] 岑可法，倪明江，等．循环流化床锅炉理论设计与运行[M]．北京：中国电力出版社，1998．
[2] 吕俊复，张建胜，岳光溪．循环流化床锅炉运行与检修[M]．北京：中国水利水电出版社，2003．
[3] 陈勇，等．DG75/3.82-11型锅炉设计资料．东方锅炉厂，1999．
循环流化床锅炉主要的磨损部件及防磨措施
摘 要：循环流化床锅炉中金属部件及耐火材料的磨损是造成其运行事故的主要原因之一。因此，循环流化床锅炉中金属部件和耐火材料的防磨措施，直接影响循环流化床锅炉机组的经济运行和安全运行。为此，介绍了循环流化床锅炉主要金属部件及耐火材料的磨损及其产生磨损的原因，提出对不同的磨损位置及耐火材料，应采取不同的防磨措施。
关键词：循环流化床锅炉；金属部件；耐火材料；防磨
1循环流化床锅炉典型固体物料参数
循环流化床锅炉的受热面和耐火材料受到大量固体物料的不断冲刷，造成固体物料的密度及其烟速的范围变化很大，表1给出了各种锅炉典型的固体物料密度和烟速的范围，从表1的数据可以看出，循环流化床锅炉由于其特定的燃烧方式，炉内的固体物料密度为煤粉炉的几十倍到百倍以上。从美国纽克拉（Nucla）电厂420 t/h循环流化床锅炉在服役期12年内（共运行15 700 h）的事故率汇总统计（见表2）也可以看出，由于磨损（受热面、耐火材料、风帽等）造成的停炉事故接近停炉总数的50%。在国内，已投运的一些循环流化床锅炉受热面磨损爆管事故也时有发生。因此循环流化床锅炉的防磨措施正确与否，直接影响循环流化床锅炉机组的可用率，对机组的安全运行也影响很大。
2循环流化床锅炉主要金属部件的磨损
2.1循环流化床锅炉内主要金属部件的磨损
2.1.1布风装置
循环流化床锅炉布风装置的磨损主要是风帽的磨损，其中风帽磨损最严重的区域发生在循环物料回料口附近，原因主要是由于较高颗粒浓度的循环物料以较大的平行于布风板的速度分量冲刷风帽导致的。
2.1.2炉膛水冷壁管
炉内水冷壁管的磨损主要集中在以下三个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损；炉膛四个角落区域的管壁磨损；不规则区域管壁的磨损。炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损原因一是在过渡区域内由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反，在局部产生涡旋流；另一个原因是沿炉膛壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷。炉膛四个角落区域的管壁磨损原因是角落区域内壁面向下流动的固体物料密度比较高，同时流动状态也受到破坏。不规则区域管壁（如穿墙管、炉墙开孔处的弯管等）的磨损原因主要是不规则管壁对局部的流动特性造成较大的扰动。
2.1.3炉内受热面的磨损
炉膛内屏式过热器、水平过热器管屏的磨损机理与炉内水冷壁管的磨损机理相似，主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性。
2.1.4对流烟道受热面的磨损
对流烟道受热面的磨损主要发生在省煤器两端和空气预热器进口处，产生磨损的主要原因是设计上考虑不周，安装时出现误差；另一个原因是受热面材质不好。
2.2循环流化床锅炉内主要非金属耐火材料的磨损
循环流化床锅炉内主要非金属耐火材料的磨损的位置有水冷壁布风板；燃烧室下部四周水冷壁表面；燃烧室内布置的水冷屏、过热器屏等下端表面及其穿墙处周围的水冷壁表面；燃烧室出口周围及出烟口流道内表面；分离器整个内表面；料腿及回料装置内表面；分离器出口烟道内表面；尾部对流烟道入口内表面。
循环流化床锅炉耐火材料破坏的主要原因和机理：一方面是由于温度循环波动和热冲击以及机械应力造成耐火材料产生裂缝和剥落；另一方面是由于固体物料对耐火材料的冲刷而造成耐火材料的破坏。
3循环流化床锅炉的防磨措施
3.1循环流化床锅炉金属部件的防磨措施
3.1.1金属防磨盖板
防磨盖板是锅炉传统防磨措施之一，其结构见图1，主要用于尾部烟道对流受热面，防磨材料根据防磨位置烟气温度选取，一般采用1Cr18Ni9Ti和20G钢两种材料，板厚为2 mm。
3.1.2防磨堆焊
在需要防磨的金属材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金属，使母材具有较高的抗磨损性能，主要用于非金属耐磨耐火材料与非保护区之间的过渡处的防磨，如水冷壁下部、过热器、风帽、高温再热器等部位。
3.2循环流化床锅炉非金属耐火材料的防磨措施
3.2.1水冷壁衬里
水冷壁衬里是用焊在管子表面上的金属销钉将较密的耐磨耐火材料固定在烟气侧的锅炉管件上，结构见图2。图2（a）所示的衬里主要敷设在炉膛下部区域；图2（b）所示的衬里主要敷设在过热器屏和再热器屏易磨损处。
3.2.2非水冷壁薄衬里
非水冷壁薄衬里是用一定规律布置的“Y”形抓钉来把耐磨浇注料固定在保温浇注料层外的，抓钉上要涂1 mm厚沥青，以解决金属抓钉与耐磨浇注料之间的温胀差异，其结构见图3。此种衬里适用于表面复杂的部位及设备顶面。
3.2.3非水冷壁厚衬里
非水冷壁厚衬里主要是把耐磨砖固定在保温砖或保温浇注料的外侧，其结构如图4所示。图4（a）所示的结构适合于大面积或圆弧面处；图4（b）所示的结构适合于钢壳形态较复杂及其它不适合保温砖的部位。
4结束语
文章对循环流化床锅炉的炉膛、炉内受热面、布风板、对流烟道受热面、分离器、回料装置等设备上的某些金属部件或非金属耐火材料产生严重磨损的机理进行了分析并提出了相应的防磨措施，供检修及相关人员参考。
在结构设计方面的防磨措施
发布时间：2006年2月23日 17时42分
磨损原因
1、颗粒团（乳化相）对受热面的冲刷磨损
2、由于气泡的生成、长大、上升、合并、破裂等导致床料的扰动和夹带及喷溅等造成埋管受热面的磨损
3、局部射流引起磨损，如水、汽流，煤、脱硫剂的底饲喷口、飞灰再循环入口等
防磨
阻碍气泡与埋管表面直接接触，降低气泡尾涡粒子对表面的冲击
部分消除表面周期性气隙现象及由此产生的锤击效应
隔断颗粒沿表面的滑动，降低埋管表面的颗粒流化强度
1、在水冷壁管加焊挡板来破坏向下流动的周期性物料流（水冷壁）
2、减少耐火层锥角，使过渡区域变得平坦一些
3、使耐火层过渡区域变得更陡，靠床料的自然堆积改变物料流向
4、变水冷壁管的几何形状、耐火材料结合简易弯管使卫燃带区域与上部水冷壁保持平直
5、提高卫燃带的高度
炉内对流受热面防磨
1、提高分离效率
2、设计选择合理的烟速
3、降低速度场和飞灰浓度场的不均匀性，如导流板
4、管束尽量采用顺列布置
5、防止烟气走廊形成
6、尽可能采用上行烟气流动结构
7、采用膜式省煤器或鳍片式受热面
8、管束前加假管
9、局部易磨处采用厚壁管
10、采用管壁表面处理技术，如喷涂、渗氮
11、防止磨损和腐蚀同时发生
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