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【摘 要】循环流化床锅炉省煤器长期存在磨损和频繁爆管问题，对此采用迎风面管壁亚音速火焰金属喷涂、改变防磨套传统的焊接工艺和管排的安装工艺，改造后，再没有发生过省煤器管爆管事故，大大延长了省煤器的使用寿命，经济效益显著。
【关键词】循环流化床 锅炉 省煤器 防磨技术
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）02-01-01
一、 设备现状
建峰热电厂于2000年、2005年、2007年分别安装和投运了二台75t/h、二台150t/h，P0=8.83MPa，t0=540℃高温高压循环流化床锅炉，其炉膛采用膜式水冷壁结构，炉膛出口布置高温旋风分离器，结构紧凑，燃烧效率高、适用煤种广、负荷调节范围大等优点，给企业带来了较好的经济效益。但是，锅炉自运行以来，由于受热面的严重磨损，频频发生泄漏，给我企业造成极大的损失，特别是省煤器的磨损，虽然每次检修都作为重点进行检查和检修，花费大量的财力、物力和人力，但收效甚微，往往运行二个月或一个月就发生省煤器磨损泄漏，在高峰期有时一个月泄漏两次，不得不停炉检修。
二、 原因分析
1、 省煤器磨损机理分析
由磨损导致的爆管中，飞灰磨损是主要原因，影响的因素包括飞灰浓度、烟气流速、飞灰的磨损性能等方面；省煤器型式和结构不同其磨损程度不同。
管排磨损速率可由半经验公式计算：
E=kMdp1.5vp2.3（1.04-ФP）（0.448cos2θ+1）
式中：E—为局部磨损速率，μm/（100h）；
k—为与管排材有关常数；
M—为冲击管排表面的物料流率，kg/（m2·s）
dp—为颗粒直径，mm
vp—为颗粒冲击速度，m/s；
ФP—为床料的球形度；
θ—为颗粒冲击角；
1.1、 飞灰浓度
飞灰浓度大，烟气中含灰量多，灰粒撞击受热面的次数增多，引起磨损加剧。燃煤中灰份平均含量37%，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，增加省煤器磨损。
1.2、 烟气流速
烟气流速是影响受热面磨损的主要原因之一。磨损量与烟气流速的2.3次方成正比。烟气流速越高，则省煤器的磨损越严重。磨损量甚至能与烟气速度成n（n>3）次方关系。
1.3、 省煤器结构的影响
所选省煤器的型式和结构不同，其磨损程度不同。省煤器采用错列布置，换热效果较好，但管排间距有10mm，出现积灰后和变形后，间距会更小，流速加快，磨损量激剧增大。若采用顺列布置，飞灰颗粒冲击管壁的几率小，对管壁磨损相对小，但是换热效果差。
2、 磨损部位分析：
泄漏次数和漏点分布（包括防磨瓦脱落磨损泄漏）统计表
时间部位描述 上部第一排 上部第二排 中部 下部 侧墙附近两排 后墙弯头
2009-4-25 ●
2009-5-25 ●
2009-7-21 ●
2009-8-2 ●
2009-8-11 ●
2010-11-17 ●
从省煤器泄漏点分布统计表可以看出：
2.1、 后墙弯头迎风面磨损也比较严重。锅炉后墙与侧墙一样也是采用保温砖砌成的，表面凹凸不平，烟气通过间隙时产生紊流，不但省煤器上层弯头迎风面承受飞灰的直接冲刷，而且下部各层弯头还承受烟气中飞灰紊流对管壁的冲刷。（如图1）
图1
2.2、 每榀上面两层迎风面磨损严重。由于管壁迎风面直接承受飞灰的冲刷，管壁厚度会逐渐减薄直至泄漏。
2.3、 两侧墙附近两榀泄漏频率较高。由于两侧墙是采用保温砖砌成的，表面凹凸不平，烟气通过间隙时产生紊流，对管壁的迎风面和背风面均产生无规则磨损，无法寻找磨损分布规律。
2.4、 防磨瓦脱落也是造成管壁磨损的重要原因。由于防磨瓦固定方式是将瓦片通过每隔一定长度点焊的方式固定在省煤器鳍片上，在锅炉启动升温和停运降温过程中，省煤器鳍片和防磨瓦受热膨胀量不一致，焊点处应力集中，防磨瓦片就在焊点固定处脱落，造成管壁直接承受飞灰冲刷减薄直至泄漏。（如图2）
图2
三、 防磨技术的应用
1、 改造方案比较
第一方案：采用增大管排间距，为了保证换热量，就必须增加换热面积，在不改变炉型的前提下，可利用省煤器与相邻换热面之间的检修空间延长管程。此方案可降低烟气流速，减缓飞灰对省煤器管壁的磨损，但是烟气流速降低，会造成省煤器和空气预热器积灰，影响传热效果；相邻换热面之间的检修空间被占用，为检修低温过热器、省煤器和空气预热器的检修带来不便。此方案投资费用约300万元。
第二方案：采用增大管排间距，为了保证换热面积和省煤器与相邻换热面之间的检修空间不变，可扩大省煤器段烟道横截面积来延长管程，增加换热面积。此方案通过降低烟气流速，减缓飞灰对省煤器管壁的磨损，但是烟气流速降低，会造成省煤器和空气预热器积灰，影响传热效果；而且改变烟道横截面积需要重新设计，施工工程量较大。此方案投资费用约380万元。
第三方案：不改变锅炉尾部烟道通流面积和烟气流速，通过改变传统的管排检修工艺、在外管壁迎风面实施金属喷涂后再焊接防磨盖瓦，改进防磨措施。此方案不但避免了对相邻换热面之间检修空间的影响，而且还避免了换热面积灰，降低传热效果。此方案投资费用约180万元。
通过以上三种方案的比较，第三方案改变检修工艺和改进防磨措施，投资最少，施工难度相对简单，并且不改变尾部烟道结构，不影响尾部烟道温度场分布。 2、 防磨技术应用
2.1、 改变传统的管排安装工艺。由于管壁的迎风面和背风面均产生无规律的磨损，无有效的控制手段，因此将靠两侧墙的两榀省煤器安装废旧管排，两端与省煤器联箱不连接，不参与工质换热，即使这两榀管排被磨损，不会造成锅炉停运，对换热效果基本无影响。并在后墙弯头处采用防磨盖瓦全覆盖，防止弯头被磨损。
2.2、 过去采用点焊工艺将防磨盖瓦固定在鳍片上，由于防磨瓦和省煤器管排材质不同，其膨胀系数也不同，锅炉启动或停运过程中，点焊处热应力较大，造成防磨盖瓦变形或脱落，烟气直接冲刷省煤器迎风面，为了增大点焊处的强度，提高焊接处对热应力的承受能力，改变防磨瓦的焊接工艺，由点焊改为段焊。（如图4）
图4
2.3、 亚音速火焰金属喷涂在省煤器管排上的应用。
2.3.1 防护层设计
针对上述省煤器管壁失效机理，省煤器管排采用亚音速火焰金属喷涂。
磨损部位设计制作采取三层防护：第一层打底过渡层，选用镍铝打底粉末对喷砂处理后的清洁表面进行打底，第二层选用防磨、防腐兼备的镍铬合金粉末作为金属防磨耐腐涂层。第三层采用高温耐磨防腐专用封孔剂。此复合涂层结合强度高具有优异的抗磨损、耐腐蚀性能。
交界面设计过渡区域，宽度为150-200mm，涂层由厚到薄，平滑过渡。喷砂对基体表面采用清洁表面，表面喷砂的处理方法。
清洁表面的工作面清洁度达到Sa2.5级，表面喷砂使用面具有一定的粗糙度。表面粗糙度达到Rz60～90μm，对管壁厚度不会造成任何损伤。再进行金属涂层制作及封孔。
四、 结束语
通过对省煤器表面采用亚音速火焰金属喷涂技术后再焊接防磨盖瓦，并改进防磨盖瓦的焊接工艺，以及改进管排的安装工艺，锅炉省煤器经过大修处理后运行了近两年内未发生一次省煤器泄漏，从而大大的延长了省煤器的大修周期，降低了维修成本和事故停炉损失。
参考文献：
[1] 樊建人，岑可法。锅炉受热面受飞灰磨损的机理。1993.1 No.1
[2] 樊建人，周大冬，岑可法。煤灰粒子冲击管子的碰撞和磨损研究。工程热物理学报。1989.Vo1.10。No.4
[3] 常峥等。常压流化床中管束磨损的实验研究。第四届全国多相流、非牛顿流、物理化学流学术会议论文集。1993
[4] 岑可法，倪明江，骆仲泱，严建华，池涌，方梦祥，李绚天，程乐鸣。循环流化床锅炉理论设计与运行。中国电力出版社。1999.6.No. 2
【关键词】循环流化床 锅炉 省煤器 防磨技术
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）02-01-01
一、 设备现状
建峰热电厂于2000年、2005年、2007年分别安装和投运了二台75t/h、二台150t/h，P0=8.83MPa，t0=540℃高温高压循环流化床锅炉，其炉膛采用膜式水冷壁结构，炉膛出口布置高温旋风分离器，结构紧凑，燃烧效率高、适用煤种广、负荷调节范围大等优点，给企业带来了较好的经济效益。但是，锅炉自运行以来，由于受热面的严重磨损，频频发生泄漏，给我企业造成极大的损失，特别是省煤器的磨损，虽然每次检修都作为重点进行检查和检修，花费大量的财力、物力和人力，但收效甚微，往往运行二个月或一个月就发生省煤器磨损泄漏，在高峰期有时一个月泄漏两次，不得不停炉检修。
二、 原因分析
1、 省煤器磨损机理分析
由磨损导致的爆管中，飞灰磨损是主要原因，影响的因素包括飞灰浓度、烟气流速、飞灰的磨损性能等方面；省煤器型式和结构不同其磨损程度不同。
管排磨损速率可由半经验公式计算：
E=kMdp1.5vp2.3（1.04-ФP）（0.448cos2θ+1）
式中：E—为局部磨损速率，μm/（100h）；
k—为与管排材有关常数；
M—为冲击管排表面的物料流率，kg/（m2·s）
dp—为颗粒直径，mm
vp—为颗粒冲击速度，m/s；
ФP—为床料的球形度；
θ—为颗粒冲击角；
1.1、 飞灰浓度
飞灰浓度大，烟气中含灰量多，灰粒撞击受热面的次数增多，引起磨损加剧。燃煤中灰份平均含量37%，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，增加省煤器磨损。
1.2、 烟气流速
烟气流速是影响受热面磨损的主要原因之一。磨损量与烟气流速的2.3次方成正比。烟气流速越高，则省煤器的磨损越严重。磨损量甚至能与烟气速度成n（n>3）次方关系。
1.3、 省煤器结构的影响
所选省煤器的型式和结构不同，其磨损程度不同。省煤器采用错列布置，换热效果较好，但管排间距有10mm，出现积灰后和变形后，间距会更小，流速加快，磨损量激剧增大。若采用顺列布置，飞灰颗粒冲击管壁的几率小，对管壁磨损相对小，但是换热效果差。
2、 磨损部位分析：
泄漏次数和漏点分布（包括防磨瓦脱落磨损泄漏）统计表
时间部位描述 上部第一排 上部第二排 中部 下部 侧墙附近两排 后墙弯头
2009-4-25 ●
2009-5-25 ●
2009-7-21 ●
2009-8-2 ●
2009-8-11 ●
2010-11-17 ●
从省煤器泄漏点分布统计表可以看出：
2.1、 后墙弯头迎风面磨损也比较严重。锅炉后墙与侧墙一样也是采用保温砖砌成的，表面凹凸不平，烟气通过间隙时产生紊流，不但省煤器上层弯头迎风面承受飞灰的直接冲刷，而且下部各层弯头还承受烟气中飞灰紊流对管壁的冲刷。（如图1）
图1
2.2、 每榀上面两层迎风面磨损严重。由于管壁迎风面直接承受飞灰的冲刷，管壁厚度会逐渐减薄直至泄漏。
2.3、 两侧墙附近两榀泄漏频率较高。由于两侧墙是采用保温砖砌成的，表面凹凸不平，烟气通过间隙时产生紊流，对管壁的迎风面和背风面均产生无规则磨损，无法寻找磨损分布规律。
2.4、 防磨瓦脱落也是造成管壁磨损的重要原因。由于防磨瓦固定方式是将瓦片通过每隔一定长度点焊的方式固定在省煤器鳍片上，在锅炉启动升温和停运降温过程中，省煤器鳍片和防磨瓦受热膨胀量不一致，焊点处应力集中，防磨瓦片就在焊点固定处脱落，造成管壁直接承受飞灰冲刷减薄直至泄漏。（如图2）
图2
三、 防磨技术的应用
1、 改造方案比较
第一方案：采用增大管排间距，为了保证换热量，就必须增加换热面积，在不改变炉型的前提下，可利用省煤器与相邻换热面之间的检修空间延长管程。此方案可降低烟气流速，减缓飞灰对省煤器管壁的磨损，但是烟气流速降低，会造成省煤器和空气预热器积灰，影响传热效果；相邻换热面之间的检修空间被占用，为检修低温过热器、省煤器和空气预热器的检修带来不便。此方案投资费用约300万元。
第二方案：采用增大管排间距，为了保证换热面积和省煤器与相邻换热面之间的检修空间不变，可扩大省煤器段烟道横截面积来延长管程，增加换热面积。此方案通过降低烟气流速，减缓飞灰对省煤器管壁的磨损，但是烟气流速降低，会造成省煤器和空气预热器积灰，影响传热效果；而且改变烟道横截面积需要重新设计，施工工程量较大。此方案投资费用约380万元。
第三方案：不改变锅炉尾部烟道通流面积和烟气流速，通过改变传统的管排检修工艺、在外管壁迎风面实施金属喷涂后再焊接防磨盖瓦，改进防磨措施。此方案不但避免了对相邻换热面之间检修空间的影响，而且还避免了换热面积灰，降低传热效果。此方案投资费用约180万元。
通过以上三种方案的比较，第三方案改变检修工艺和改进防磨措施，投资最少，施工难度相对简单，并且不改变尾部烟道结构，不影响尾部烟道温度场分布。 2、 防磨技术应用
2.1、 改变传统的管排安装工艺。由于管壁的迎风面和背风面均产生无规律的磨损，无有效的控制手段，因此将靠两侧墙的两榀省煤器安装废旧管排，两端与省煤器联箱不连接，不参与工质换热，即使这两榀管排被磨损，不会造成锅炉停运，对换热效果基本无影响。并在后墙弯头处采用防磨盖瓦全覆盖，防止弯头被磨损。
2.2、 过去采用点焊工艺将防磨盖瓦固定在鳍片上，由于防磨瓦和省煤器管排材质不同，其膨胀系数也不同，锅炉启动或停运过程中，点焊处热应力较大，造成防磨盖瓦变形或脱落，烟气直接冲刷省煤器迎风面，为了增大点焊处的强度，提高焊接处对热应力的承受能力，改变防磨瓦的焊接工艺，由点焊改为段焊。（如图4）
图4
2.3、 亚音速火焰金属喷涂在省煤器管排上的应用。
2.3.1 防护层设计
针对上述省煤器管壁失效机理，省煤器管排采用亚音速火焰金属喷涂。
磨损部位设计制作采取三层防护：第一层打底过渡层，选用镍铝打底粉末对喷砂处理后的清洁表面进行打底，第二层选用防磨、防腐兼备的镍铬合金粉末作为金属防磨耐腐涂层。第三层采用高温耐磨防腐专用封孔剂。此复合涂层结合强度高具有优异的抗磨损、耐腐蚀性能。
交界面设计过渡区域，宽度为150-200mm，涂层由厚到薄，平滑过渡。喷砂对基体表面采用清洁表面，表面喷砂的处理方法。
清洁表面的工作面清洁度达到Sa2.5级，表面喷砂使用面具有一定的粗糙度。表面粗糙度达到Rz60～90μm，对管壁厚度不会造成任何损伤。再进行金属涂层制作及封孔。
四、 结束语
通过对省煤器表面采用亚音速火焰金属喷涂技术后再焊接防磨盖瓦，并改进防磨盖瓦的焊接工艺，以及改进管排的安装工艺，锅炉省煤器经过大修处理后运行了近两年内未发生一次省煤器泄漏，从而大大的延长了省煤器的大修周期，降低了维修成本和事故停炉损失。
参考文献：
[1] 樊建人，岑可法。锅炉受热面受飞灰磨损的机理。1993.1 No.1
[2] 樊建人，周大冬，岑可法。煤灰粒子冲击管子的碰撞和磨损研究。工程热物理学报。1989.Vo1.10。No.4
[3] 常峥等。常压流化床中管束磨损的实验研究。第四届全国多相流、非牛顿流、物理化学流学术会议论文集。1993
[4] 岑可法，倪明江，骆仲泱，严建华，池涌，方梦祥，李绚天，程乐鸣。循环流化床锅炉理论设计与运行。中国电力出版社。1999.6.No. 2