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【摘 要】本文针对5#循环流化床锅炉水冷壁频繁磨损爆管现象、阐述了磨损的基本原理，本厂5#炉磨损的原因。在不改变现有每种情况下，提出了减轻磨损的措施并讲述了如何在运行中发现泄漏。
【关键词】流化床；锅炉；煤种
龙口矿业集团热电公司5#炉2006年6月份正式投入运行，是济南锅炉厂生产的YG-140/9.8-M循环流化床锅炉。循环流化床是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点。
1.5#炉燃烧的和磨损基本原理
1.1循环流化床锅炉的燃烧机理
循环流化床锅炉炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。其燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。
循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。所以，燃料的燃尽度很高，相应的锅炉效率也提高了。
1.2循环流化床锅炉磨损的基本机理
含灰颗粒以一定速度和角度流过受热面时，具有一定动能的灰粒子就会冲击受热面，使水冷壁管壁变薄，直至到达泄露极限就会泄漏或爆管。飞灰颗粒与水冷壁磨损其角度有两种：一是飞灰颗粒与水冷壁角度很小甚至平行呈0°角，物料回落紧贴水冷壁管向下，这种磨损叫冲刷磨损。一是飞灰颗粒与水冷壁表面冲击角很大甚至接近90°称为撞击磨损。
2.5#炉磨损原因分析
虽然循环流化床有其他炉型不可替代的优越性，但锅炉的磨损问题仍然和其他炉型一样是客观存在的。在近六年的运行时间里，5#炉也出现了很多缺陷，最多的就是炉膛内卫燃带以上部分水冷壁的磨损。水冷壁的磨损制约了流化床优越性的发挥，增加了锅炉起停能源浪费，增加了运行检修费用，造成水冷壁磨损的主要原因个人认为有以下几方面：
2.1水冷壁受热面的局部不平整造成水冷壁的局部磨损
局部不平整产生的原因有：制造厂在制造过程中局部凹凸；炉膛温度测点；安装过程中焊口位置有焊瘤；泄漏后补焊的位置；5#炉加装护瓦末端；为延长运行时间对局部厚度减少后进行补焊的位置；这些局部不平整就使得贴壁流物料在这些位置产生涡流磨损泄露，在5#炉运行的这几年里，有几次泄露就是这种原因造成的，比如近期11月28日水冷壁泄露磨损就是这种原因。该种磨损的特点是磨损区域较小，但是磨损位置变化不固定，所以泄漏部位变化不固定。因此，应尽量避免凹凸不平的情况发生，尤其是在焊接的时候焊缝要光滑。
2.2卫燃带与水冷壁管过度区域管壁的磨损
炉膛下部卫燃带与水冷壁管过度区域管壁的磨损原因主要有两个方面：一是物料流产生的內循环造成的涡流；二是沿炉膛内壁向下回流的物料在交界区域也就是浇注料上部产生流动方向的改变而对卫燃带部分冲刷磨损。浇注料和水冷壁结合部位形成一个小“平台”，以加速度降落的燃烧颗粒在此由于平台的作用产生一个循环的涡流，使这一带的颗粒密度大大增加，致使磨损加剧，一般平台越宽磨损的高度越高。这种磨损前墙、后墙、东墙、西墙都有可能出现，磨损区域较大。
2.3运行调整原因造成的水冷壁磨损
5#炉是循环流化床锅炉，其燃烧的煤种是劣质煤。劣质煤密度大且煤中矸石较多加上破碎粒度不均匀，所以送风量必须充足，但是提高送风量，为维持炉膛出口负压就不得不增加引风量，烟气流速增大。理论上讲：锅炉磨损与烟气流速的三次方成正比。从这里不难看出：烟气流速在很大程度上决定了磨损的程度。
2.4煤种的选择
化验数据表明5#炉的入炉煤干燥基灰分含量高达45%-55%，并且灰颗粒多硬性物质粗大且有棱角，所以其磨损特性较强。煤的颗粒度影响：设计要求煤颗粒度≤13mm，其中1mm以下的颗粒含量重量比不小于50%。但实际煤炭入厂时1mm以下细颗粒就占到60%以上，在破碎设备之间没有经过筛分，大小颗粒同时进行破碎，小颗粒更小，大颗粒也有部分被破碎成细粉大小颗粒不均匀，因此入炉煤之前1mm以下颗粒占到85%以上甚至更多。而燃烧过程中一次风量控制是以大颗粒流化不得沉积为最低流化风量的，为使大颗粒达到流化，一次风量就可能要大一些，所以细小颗粒质量小就容易被吹得过高，同样也会增加磨损。
3.在现有煤种条件下，减轻5#炉磨损的措施
燃料特性是锅炉磨损很重要的一方面原因。但是由于我公司某些无法改变的原因，5#炉必须在现有煤种下探求减轻磨损的方法。
（1）定期对5#炉停炉全面检查，尤其是水冷壁的检查，通过定期检查方式查出水冷壁薄弱点，对薄弱点和有薄弱倾向的区域进行防护。目前，主要采用的方式主要有：对局部区域较小的磨损采用补焊的方式，但要求电焊工有一定水平，补焊光滑均匀，不得有焊瘤突出。对磨损区域较大的比如卫燃带区域可采用补焊加护瓦。对有一定磨损但不严重的区域可用加护瓦方式。这种方式也是我公司在每次5#炉泄漏后常规使用的方法。
（2）对卫燃带或磨损较重的区域进行防磨喷涂。在2011年10月份5#炉大修更换部分前墙水冷壁，利用大修时间我公司对5#炉前墙卫燃带以上3米位置进行了喷涂，喷涂使用的是耐磨合金。截止目前为止已经过了4个月时间，从2012年2月2日5#炉西墙卫燃带以上700mm处水冷壁泄漏停炉检查的结果来看：喷涂区域以上管壁厚度在4.8-5.0mm，未发现明显磨损部位。由于喷涂的时间较短，喷涂预防磨损的效果还在观察中。但是喷涂也有其不可避免的弊端，如果喷涂区域出现泄漏，那需要将泄漏附近的喷涂层彻底清除干净才可以进行焊接处理，否则影响焊接质量同时也增加了检修时间和处理难度。 （3）多方查找及搜寻资料，积极探讨更加先进的防磨技术。比如淄博蓝涂经贸公司推广使用意大利进口的“蓝泥”防磨材料，可在水冷壁与卫燃带处施工，可以改变任何几何角度，也可根据情况做到任何高度，几乎不影响锅炉出力，目前正在与厂家沟通过程中，建议有机会对该公司正在施工或有过施工正在检修的单位进行考察。
（4）在运行调整方面采取以下措施减轻磨损。
1）严格控制适宜的风量，在满足流化的情况下，降低一次风机电流、降低引风机电流也就是降低送风量和烟气流速。烟气流速是影响锅炉磨损的很重要的因素，由于磨损量与烟气流速的三次方成正比，因此在运行中，注意风量控制，降低烟气流速；控制燃料的筛分比例，减少灰粒子的浓度及直径来减轻磨损。同时加强对磨损量的监控，定期检查维护。在正常运行中，一次风量可以降到30A，引风机电流最低可降到12-14A，因此，运行中要注意合理一、二次风配比，降低烟气流速，降低磨损。
2）控制料层差压，料层差压偏高则需要提高一次风量，相应就会增加磨损。5#炉料层差压在满负荷时一般保持在8.5-9.5KPa，如果高于9.5KPa就必须及时放渣。以减少炉膛内飞灰的浓度，降低对水冷壁的磨损。
3）控制炉膛差压，降低受热面的磨损。炉膛差压（下转第37页）（上接第9页）是指流化床上部悬浮物料浓度的量，也就是炉膛烟气中所含灰的浓度。炉膛上部空间一定的物料浓度，对应一定的炉膛差压，流化床内物料粒子浓度是决定炉膛上部蒸发受热面传热强度的主要因素之一。但物料浓度的增加，也导致水冷壁的磨损加剧，合理调整炉膛差压，减少炉膛内的物料浓度，减少物料颗粒的直径，来对预防水冷壁磨损。对于同一煤种，物料浓度增加，炉膛差压值增大，对炉膛上部蒸发受热传热强度越大，锅炉出力越强，反之锅炉出力越弱。因此在锅炉运行中应根据所带负荷的要求，来调节炉膛差压。而炉膛差压则通过锅炉分离装置下的放灰管排放的循环灰量的多少来控制，一般炉膛差压控制在400-800Pa之间，超过了1000pa时要及时进行放灰。根据我公司的实际运行情况，在5#炉6#炉同时运行时，在保证满发满供的前提下，尽量降低5#炉的炉膛差压，减少炉膛内部物料的浓度，来减轻水冷壁的磨损。
4）加强燃料的管理，保证燃料的筛分比例，减低细小颗粒的比例。各级粒径配比不合适，燃煤细小颗粒占的比例大，循环灰量增加，增加了水冷壁的磨损。建议我公司：①进煤时对燃煤颗粒度提出一定要求：1mm以下细粉不要过多。②燃料车间对入场煤进行筛分，对10mm以上大颗粒再进行破碎，避免小颗粒二次破碎现象，尽量减少入炉煤颗粒度。
4.如何在运行中及时发现水冷壁的泄漏
由于循环流化床锅炉燃烧特性，决定了锅炉磨损存在的必然性，在采取措施减少、延缓水冷壁管磨损的同时，如何及时发现已出现泄漏的水冷壁管，避免更大范围的泄漏，结合锅炉運行情况，提出以下几点：
（1）锅炉给水流量大于锅炉主蒸汽流量时，在确认流量表计显示的正确性的情况下。此现象可作为判断水冷壁管出现泄漏最直接、简单依据之一。
（2）锅炉运行中，应注意观察卫燃带附近炉墙是否潮湿、倾听声音是否有泄漏声等来判断水冷壁管是否出现泄漏。
（3）炉膛出口负压急剧变化，出现正压，如果水冷壁泄露严重，风室风压会下降，床温下降，放渣管有水流出。
（4）如果锅炉燃用煤质相对稳定，可通过锅炉机组其他表计，如蒸汽、给水压力、引风机电流、排烟温度、返料器温度表计的变化，来判断水冷壁管是否出现泄漏。
虽然我公司劣质煤的燃料特性比较适合循环流化床的应用，但是循环流化床的磨损问题也是众多电厂及专家研究的难题，而锅炉水冷壁管磨损是锅炉受热面磨损最严重的部位之一，随着锅炉运行时间加长，锅炉水冷壁管磨损问题越突出。因此在客观存在的问题面前，我们必须要从多方面寻求减轻磨损的途径，延长锅炉运行时间，减少非计划停炉次数，如何在锅炉安全与经济运行之间选择最佳运行工况，是我公司亟待解决的问题，我们需要在锅炉运行过程中，不断进行分析，总结经验，提高锅炉水冷壁管磨损控制和预防水平，实现锅炉安全、经济运行。 [科]
【关键词】流化床；锅炉；煤种
龙口矿业集团热电公司5#炉2006年6月份正式投入运行，是济南锅炉厂生产的YG-140/9.8-M循环流化床锅炉。循环流化床是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点。
1.5#炉燃烧的和磨损基本原理
1.1循环流化床锅炉的燃烧机理
循环流化床锅炉炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。其燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。
循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。所以，燃料的燃尽度很高，相应的锅炉效率也提高了。
1.2循环流化床锅炉磨损的基本机理
含灰颗粒以一定速度和角度流过受热面时，具有一定动能的灰粒子就会冲击受热面，使水冷壁管壁变薄，直至到达泄露极限就会泄漏或爆管。飞灰颗粒与水冷壁磨损其角度有两种：一是飞灰颗粒与水冷壁角度很小甚至平行呈0°角，物料回落紧贴水冷壁管向下，这种磨损叫冲刷磨损。一是飞灰颗粒与水冷壁表面冲击角很大甚至接近90°称为撞击磨损。
2.5#炉磨损原因分析
虽然循环流化床有其他炉型不可替代的优越性，但锅炉的磨损问题仍然和其他炉型一样是客观存在的。在近六年的运行时间里，5#炉也出现了很多缺陷，最多的就是炉膛内卫燃带以上部分水冷壁的磨损。水冷壁的磨损制约了流化床优越性的发挥，增加了锅炉起停能源浪费，增加了运行检修费用，造成水冷壁磨损的主要原因个人认为有以下几方面：
2.1水冷壁受热面的局部不平整造成水冷壁的局部磨损
局部不平整产生的原因有：制造厂在制造过程中局部凹凸；炉膛温度测点；安装过程中焊口位置有焊瘤；泄漏后补焊的位置；5#炉加装护瓦末端；为延长运行时间对局部厚度减少后进行补焊的位置；这些局部不平整就使得贴壁流物料在这些位置产生涡流磨损泄露，在5#炉运行的这几年里，有几次泄露就是这种原因造成的，比如近期11月28日水冷壁泄露磨损就是这种原因。该种磨损的特点是磨损区域较小，但是磨损位置变化不固定，所以泄漏部位变化不固定。因此，应尽量避免凹凸不平的情况发生，尤其是在焊接的时候焊缝要光滑。
2.2卫燃带与水冷壁管过度区域管壁的磨损
炉膛下部卫燃带与水冷壁管过度区域管壁的磨损原因主要有两个方面：一是物料流产生的內循环造成的涡流；二是沿炉膛内壁向下回流的物料在交界区域也就是浇注料上部产生流动方向的改变而对卫燃带部分冲刷磨损。浇注料和水冷壁结合部位形成一个小“平台”，以加速度降落的燃烧颗粒在此由于平台的作用产生一个循环的涡流，使这一带的颗粒密度大大增加，致使磨损加剧，一般平台越宽磨损的高度越高。这种磨损前墙、后墙、东墙、西墙都有可能出现，磨损区域较大。
2.3运行调整原因造成的水冷壁磨损
5#炉是循环流化床锅炉，其燃烧的煤种是劣质煤。劣质煤密度大且煤中矸石较多加上破碎粒度不均匀，所以送风量必须充足，但是提高送风量，为维持炉膛出口负压就不得不增加引风量，烟气流速增大。理论上讲：锅炉磨损与烟气流速的三次方成正比。从这里不难看出：烟气流速在很大程度上决定了磨损的程度。
2.4煤种的选择
化验数据表明5#炉的入炉煤干燥基灰分含量高达45%-55%，并且灰颗粒多硬性物质粗大且有棱角，所以其磨损特性较强。煤的颗粒度影响：设计要求煤颗粒度≤13mm，其中1mm以下的颗粒含量重量比不小于50%。但实际煤炭入厂时1mm以下细颗粒就占到60%以上，在破碎设备之间没有经过筛分，大小颗粒同时进行破碎，小颗粒更小，大颗粒也有部分被破碎成细粉大小颗粒不均匀，因此入炉煤之前1mm以下颗粒占到85%以上甚至更多。而燃烧过程中一次风量控制是以大颗粒流化不得沉积为最低流化风量的，为使大颗粒达到流化，一次风量就可能要大一些，所以细小颗粒质量小就容易被吹得过高，同样也会增加磨损。
3.在现有煤种条件下，减轻5#炉磨损的措施
燃料特性是锅炉磨损很重要的一方面原因。但是由于我公司某些无法改变的原因，5#炉必须在现有煤种下探求减轻磨损的方法。
（1）定期对5#炉停炉全面检查，尤其是水冷壁的检查，通过定期检查方式查出水冷壁薄弱点，对薄弱点和有薄弱倾向的区域进行防护。目前，主要采用的方式主要有：对局部区域较小的磨损采用补焊的方式，但要求电焊工有一定水平，补焊光滑均匀，不得有焊瘤突出。对磨损区域较大的比如卫燃带区域可采用补焊加护瓦。对有一定磨损但不严重的区域可用加护瓦方式。这种方式也是我公司在每次5#炉泄漏后常规使用的方法。
（2）对卫燃带或磨损较重的区域进行防磨喷涂。在2011年10月份5#炉大修更换部分前墙水冷壁，利用大修时间我公司对5#炉前墙卫燃带以上3米位置进行了喷涂，喷涂使用的是耐磨合金。截止目前为止已经过了4个月时间，从2012年2月2日5#炉西墙卫燃带以上700mm处水冷壁泄漏停炉检查的结果来看：喷涂区域以上管壁厚度在4.8-5.0mm，未发现明显磨损部位。由于喷涂的时间较短，喷涂预防磨损的效果还在观察中。但是喷涂也有其不可避免的弊端，如果喷涂区域出现泄漏，那需要将泄漏附近的喷涂层彻底清除干净才可以进行焊接处理，否则影响焊接质量同时也增加了检修时间和处理难度。 （3）多方查找及搜寻资料，积极探讨更加先进的防磨技术。比如淄博蓝涂经贸公司推广使用意大利进口的“蓝泥”防磨材料，可在水冷壁与卫燃带处施工，可以改变任何几何角度，也可根据情况做到任何高度，几乎不影响锅炉出力，目前正在与厂家沟通过程中，建议有机会对该公司正在施工或有过施工正在检修的单位进行考察。
（4）在运行调整方面采取以下措施减轻磨损。
1）严格控制适宜的风量，在满足流化的情况下，降低一次风机电流、降低引风机电流也就是降低送风量和烟气流速。烟气流速是影响锅炉磨损的很重要的因素，由于磨损量与烟气流速的三次方成正比，因此在运行中，注意风量控制，降低烟气流速；控制燃料的筛分比例，减少灰粒子的浓度及直径来减轻磨损。同时加强对磨损量的监控，定期检查维护。在正常运行中，一次风量可以降到30A，引风机电流最低可降到12-14A，因此，运行中要注意合理一、二次风配比，降低烟气流速，降低磨损。
2）控制料层差压，料层差压偏高则需要提高一次风量，相应就会增加磨损。5#炉料层差压在满负荷时一般保持在8.5-9.5KPa，如果高于9.5KPa就必须及时放渣。以减少炉膛内飞灰的浓度，降低对水冷壁的磨损。
3）控制炉膛差压，降低受热面的磨损。炉膛差压（下转第37页）（上接第9页）是指流化床上部悬浮物料浓度的量，也就是炉膛烟气中所含灰的浓度。炉膛上部空间一定的物料浓度，对应一定的炉膛差压，流化床内物料粒子浓度是决定炉膛上部蒸发受热面传热强度的主要因素之一。但物料浓度的增加，也导致水冷壁的磨损加剧，合理调整炉膛差压，减少炉膛内的物料浓度，减少物料颗粒的直径，来对预防水冷壁磨损。对于同一煤种，物料浓度增加，炉膛差压值增大，对炉膛上部蒸发受热传热强度越大，锅炉出力越强，反之锅炉出力越弱。因此在锅炉运行中应根据所带负荷的要求，来调节炉膛差压。而炉膛差压则通过锅炉分离装置下的放灰管排放的循环灰量的多少来控制，一般炉膛差压控制在400-800Pa之间，超过了1000pa时要及时进行放灰。根据我公司的实际运行情况，在5#炉6#炉同时运行时，在保证满发满供的前提下，尽量降低5#炉的炉膛差压，减少炉膛内部物料的浓度，来减轻水冷壁的磨损。
4）加强燃料的管理，保证燃料的筛分比例，减低细小颗粒的比例。各级粒径配比不合适，燃煤细小颗粒占的比例大，循环灰量增加，增加了水冷壁的磨损。建议我公司：①进煤时对燃煤颗粒度提出一定要求：1mm以下细粉不要过多。②燃料车间对入场煤进行筛分，对10mm以上大颗粒再进行破碎，避免小颗粒二次破碎现象，尽量减少入炉煤颗粒度。
4.如何在运行中及时发现水冷壁的泄漏
由于循环流化床锅炉燃烧特性，决定了锅炉磨损存在的必然性，在采取措施减少、延缓水冷壁管磨损的同时，如何及时发现已出现泄漏的水冷壁管，避免更大范围的泄漏，结合锅炉運行情况，提出以下几点：
（1）锅炉给水流量大于锅炉主蒸汽流量时，在确认流量表计显示的正确性的情况下。此现象可作为判断水冷壁管出现泄漏最直接、简单依据之一。
（2）锅炉运行中，应注意观察卫燃带附近炉墙是否潮湿、倾听声音是否有泄漏声等来判断水冷壁管是否出现泄漏。
（3）炉膛出口负压急剧变化，出现正压，如果水冷壁泄露严重，风室风压会下降，床温下降，放渣管有水流出。
（4）如果锅炉燃用煤质相对稳定，可通过锅炉机组其他表计，如蒸汽、给水压力、引风机电流、排烟温度、返料器温度表计的变化，来判断水冷壁管是否出现泄漏。
虽然我公司劣质煤的燃料特性比较适合循环流化床的应用，但是循环流化床的磨损问题也是众多电厂及专家研究的难题，而锅炉水冷壁管磨损是锅炉受热面磨损最严重的部位之一，随着锅炉运行时间加长，锅炉水冷壁管磨损问题越突出。因此在客观存在的问题面前，我们必须要从多方面寻求减轻磨损的途径，延长锅炉运行时间，减少非计划停炉次数，如何在锅炉安全与经济运行之间选择最佳运行工况，是我公司亟待解决的问题，我们需要在锅炉运行过程中，不断进行分析，总结经验，提高锅炉水冷壁管磨损控制和预防水平，实现锅炉安全、经济运行。 [科]