论文部分内容阅读
摘要:本文介绍了循环流化床锅炉磨损机理，锅炉主要部位产生磨损的情况。通过对锅炉结构设计、防磨材料选用、表面处理和锅炉运行等方面进行分析，提出了预防和减小磨损的措施。
关键词:流化床锅炉；磨损；防磨
中图分类号：TK229文献标识码： A
循环流化床锅炉与其它类型锅炉相比，其炉内物料浓度要高出几十倍到上百倍，尾部烟道的烟气流速达8～16m/s，锅炉的磨损要比其它类型锅炉严重得多，因此，循环流化床锅炉的磨损问题，一直是困扰流化床锅炉经济运行和进一步发展的关键问题。
一.主要部位的防磨机构设计
1. 燃烧室的防磨设计
(1) 燃烧室下部密相区物料浓度高，混合及湍流流动强烈，导致该区域磨损严重，所以在下部密相区衬有一定厚度的耐磨耐火浇注料。
(2) 附壁式水冷壁布置于燃烧室内，其下部处在气固两相流的流场中，易于磨损，特别是在管子穿墙处，由于流场发生变化，使得磨损更加厉害。这些区域敷设有耐磨耐火浇注料
2. 回料装置内部的防磨设计
( 1) 在钢壳形状简单，易于安放保温砖的部位，采用耐磨砖衬里加保温砖的形式，使保温砖之间的灰浆缝为2 mm，并留有膨胀缝以解决膨胀问题。在适当高度设有高温热强钢制托架把耐磨砖的重量分层传递到钢壳上。
( 2) 在钢壳形状较复杂及其它不适合安放保温砖的部位，采用耐磨砖加保温浇注料的形式。耐磨砖之间的灰浆缝同样为2 mm，适当间隔留有膨胀缝，每间隔一定高度设有砖托分层卸载。
( 3) 在耐磨衬里表面复杂部位及设备顶面，采用耐磨浇注料加保温浇注料的形式。将“Y”形抓钩按一定规律布置用以固定防磨衬里，并在抓钩上涂有厚度为1 mm 的沥青以解决金属抓钩与耐磨浇注料之间的膨胀差异，耐磨浇注料按2% 的比例加入不锈钢纤维，耐磨衬里适当留有膨胀缝。
3.分离器的防磨设计
分离器的防磨措施的关键是要防止分离器中耐磨材料的脱落。分离器内的耐磨耐火材料脱落将直接影响分离器效率，扰乱物料循环的正常平衡状态，导致锅炉负荷不稳定。更为严重的情况是，脱落的耐磨耐火材料碎块进入返料装置中，破坏返料器的流化状态直至不能正常回料，造成被迫停炉［3］。根据分离器内部表面的状况的不同，同样采用耐磨砖衬里加保温砖、耐磨砖加保温浇注料及耐磨浇注料加保温浇注料这几种防磨形式，且本锅炉分离器的耐磨砖有用于拉钩固定的凹槽，用焊在钢壳上的拉钩进行加固，以防止其脱落。
二、磨损状况分类、机理及磨损部位
1. 循环流化床锅炉磨损状况分类通常可分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损和微动磨损等，在循环流化床锅炉中，受热面和耐火材料的磨损主要表现为冲蚀磨损。受热面主要包括炉膛水冷壁、炉内受热面(包括屏式翼形管、屏式过热器和水平过热器管屏)、尾部对流烟道受热面、外置式换热器等。
2. 循环流化床锅炉磨损机理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. 循环流化床锅炉主要金属磨损部位，炉膛水冷壁磨损主要发生在水冷壁与耐火材料交接处，由于循环流化床锅炉为了增加蒸发受热面，炉膛稀相区的水冷壁不再敷设耐火材料，仅在炉膛下部密相区的水冷壁管上敷设耐火材料，因而在耐火材料与水冷壁的交界处气、固两相的正常流动发生变化，导致此区域的水冷壁磨损。
观火孔炉膛开孔处弯管下部区域也易出现磨损。因为气流在此处形成冲刷，导致磨损严重。
翼形管、屏式过热器、水平过热器管屏等磨损机理与炉膛水冷壁处相似。主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性。
尾部对流烟道处磨损， 主要原因是分离器运行效率达不到设计值或安装失误，致使较多的飞灰颗粒进入对流受热面，烟气飞灰浓度太高而使其磨损加剧。
循环流化床锅炉布风装置的磨损主要是风帽磨损， 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而导致的。
循环流化床锅炉主要金属磨损部位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。
三、影响磨损的主要因素
1.燃料特性：循环流化床锅炉可以燃烧优、劣质煤、煤矸石、木材及固体垃圾等，不同种类的燃料与受热面、耐火材料的磨损相关。
2.床料特性：床料粒径较小，受热面所受的冲蚀磨损较少；粒径达到临界值0.1mm 后，磨损量几乎不变，这是由于冲刷管壁的总颗粒数下降，磨损量变化不大。但带棱角的床料颗粒较球形颗粒对锅炉的磨损影响较大。床料颗粒在炉内停留一段时间后，其表面会形成一膜层，其硬度会高于新添的床料。含硅和铝成分较高的床料要比含钙和硫较高的床料对受热面的磨损性更强，因后者可使受热表面产生较厚的保护层从而降低磨损。
3.温度特性：床温升高，烟气和受热面的温度也随之升高，温度的变化势必影响到受热面管壁的温度。加剧受热面的腐蚀和疲劳磨损。
4.速度特性：烟气速度的提高，会加速灰粒对炉膛的撞击频率，从而导致冲蚀磨损的迅速增加。
5.管束排列特性：管束有顺列和错列两种布置方式，以密相床层中的横埋管束为例，管束将整个床层分割成若干区域，乳化相穿过管束的空隙流动时，形成沟流。按顺列方式布置，流动截面宽，沟流速度低，磨损程度低于错列布置方式，另外顺列管束对气泡生长和限制固体颗粒流动的影响相对要小，故横埋管束采用顺列结构。在布置管束时， 底排管距风帽小孔的距离和管件的安装倾角对磨损有直接影响，距离增大，管束底部无埋管区的气泡自由上升的行程变大，在上升过程中会伴随着趋于床层中心的横向运行，会加速底排管的磨损。管件的安装角度往往会形成气泡在床层中的短路效应， 安装倾角越大，短路效应越明显，气泡沿管件造成的磨损也越明显。
四、防磨措施
1．承压管的选用，碳钢和合金钢的主要用途是制作承压管。选择是一定要注意钢材的型号，防磨盖板是锅炉传统防磨措施之一，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2mm。
2. 耐火材料的选用： 考虑锅炉系统特点和整体性能和敷设点的工作环境。内循环涡流型湍流床的内衬，要求耐磨、耐高温和抗冲刷；高中温外循环分离器入口段内衬，要耐磨、耐高温；点火燃烧室烟道，要抗热、耐冲击:悬浮室要求抗热冲击、耐磨、热惰性小。耐火材料的选择还需考虑内衬部位的特点结构和经济性。因此通常采用几种不同的材料进行分部位敷设。
3. 防磨鳍片：①结构埋管受热面的防磨鳍片阻碍气泡与埋管表面的直接接触，以减轻气泡尾涡粒子对表面的冲击；②隔断颗粒沿埋管表面滑动，减弱其流化强度，以及对表面产生的锤击效应。
结语:虽然采取了一系列的防磨措施，但由于在防磨设计、施工、材料的选用等方面有所不足，在后期运行中出现一系列不同程度的由磨损引发的问题。循环流化床锅炉的磨损是一个多因素相互影响的复杂过程，包括环境因素、工作条件、材料种类、设备结构等，单一的防磨方案并不能彻底解决问题，需要把材料防磨、结构防磨、运行防磨几个方面有机地结合起来。防磨工作也不可能做到一劳永逸，首先在前期的设计和设备安装过程中应当最大程度地采取预见性措施，此后在机组运行过程中不断地总結经验，对出现的问题采取具有针对性的改进措施。
关键词:流化床锅炉；磨损；防磨
中图分类号：TK229文献标识码： A
循环流化床锅炉与其它类型锅炉相比，其炉内物料浓度要高出几十倍到上百倍，尾部烟道的烟气流速达8～16m/s，锅炉的磨损要比其它类型锅炉严重得多，因此，循环流化床锅炉的磨损问题，一直是困扰流化床锅炉经济运行和进一步发展的关键问题。
一.主要部位的防磨机构设计
1. 燃烧室的防磨设计
(1) 燃烧室下部密相区物料浓度高，混合及湍流流动强烈，导致该区域磨损严重，所以在下部密相区衬有一定厚度的耐磨耐火浇注料。
(2) 附壁式水冷壁布置于燃烧室内，其下部处在气固两相流的流场中，易于磨损，特别是在管子穿墙处，由于流场发生变化，使得磨损更加厉害。这些区域敷设有耐磨耐火浇注料
2. 回料装置内部的防磨设计
( 1) 在钢壳形状简单，易于安放保温砖的部位，采用耐磨砖衬里加保温砖的形式，使保温砖之间的灰浆缝为2 mm，并留有膨胀缝以解决膨胀问题。在适当高度设有高温热强钢制托架把耐磨砖的重量分层传递到钢壳上。
( 2) 在钢壳形状较复杂及其它不适合安放保温砖的部位，采用耐磨砖加保温浇注料的形式。耐磨砖之间的灰浆缝同样为2 mm，适当间隔留有膨胀缝，每间隔一定高度设有砖托分层卸载。
( 3) 在耐磨衬里表面复杂部位及设备顶面，采用耐磨浇注料加保温浇注料的形式。将“Y”形抓钩按一定规律布置用以固定防磨衬里，并在抓钩上涂有厚度为1 mm 的沥青以解决金属抓钩与耐磨浇注料之间的膨胀差异，耐磨浇注料按2% 的比例加入不锈钢纤维，耐磨衬里适当留有膨胀缝。
3.分离器的防磨设计
分离器的防磨措施的关键是要防止分离器中耐磨材料的脱落。分离器内的耐磨耐火材料脱落将直接影响分离器效率，扰乱物料循环的正常平衡状态，导致锅炉负荷不稳定。更为严重的情况是，脱落的耐磨耐火材料碎块进入返料装置中，破坏返料器的流化状态直至不能正常回料，造成被迫停炉［3］。根据分离器内部表面的状况的不同，同样采用耐磨砖衬里加保温砖、耐磨砖加保温浇注料及耐磨浇注料加保温浇注料这几种防磨形式，且本锅炉分离器的耐磨砖有用于拉钩固定的凹槽，用焊在钢壳上的拉钩进行加固，以防止其脱落。
二、磨损状况分类、机理及磨损部位
1. 循环流化床锅炉磨损状况分类通常可分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损和微动磨损等，在循环流化床锅炉中，受热面和耐火材料的磨损主要表现为冲蚀磨损。受热面主要包括炉膛水冷壁、炉内受热面(包括屏式翼形管、屏式过热器和水平过热器管屏)、尾部对流烟道受热面、外置式换热器等。
2. 循环流化床锅炉磨损机理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. 循环流化床锅炉主要金属磨损部位，炉膛水冷壁磨损主要发生在水冷壁与耐火材料交接处，由于循环流化床锅炉为了增加蒸发受热面，炉膛稀相区的水冷壁不再敷设耐火材料，仅在炉膛下部密相区的水冷壁管上敷设耐火材料，因而在耐火材料与水冷壁的交界处气、固两相的正常流动发生变化，导致此区域的水冷壁磨损。
观火孔炉膛开孔处弯管下部区域也易出现磨损。因为气流在此处形成冲刷，导致磨损严重。
翼形管、屏式过热器、水平过热器管屏等磨损机理与炉膛水冷壁处相似。主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性。
尾部对流烟道处磨损， 主要原因是分离器运行效率达不到设计值或安装失误，致使较多的飞灰颗粒进入对流受热面，烟气飞灰浓度太高而使其磨损加剧。
循环流化床锅炉布风装置的磨损主要是风帽磨损， 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而导致的。
循环流化床锅炉主要金属磨损部位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。
三、影响磨损的主要因素
1.燃料特性：循环流化床锅炉可以燃烧优、劣质煤、煤矸石、木材及固体垃圾等，不同种类的燃料与受热面、耐火材料的磨损相关。
2.床料特性：床料粒径较小，受热面所受的冲蚀磨损较少；粒径达到临界值0.1mm 后，磨损量几乎不变，这是由于冲刷管壁的总颗粒数下降，磨损量变化不大。但带棱角的床料颗粒较球形颗粒对锅炉的磨损影响较大。床料颗粒在炉内停留一段时间后，其表面会形成一膜层，其硬度会高于新添的床料。含硅和铝成分较高的床料要比含钙和硫较高的床料对受热面的磨损性更强，因后者可使受热表面产生较厚的保护层从而降低磨损。
3.温度特性：床温升高，烟气和受热面的温度也随之升高，温度的变化势必影响到受热面管壁的温度。加剧受热面的腐蚀和疲劳磨损。
4.速度特性：烟气速度的提高，会加速灰粒对炉膛的撞击频率，从而导致冲蚀磨损的迅速增加。
5.管束排列特性：管束有顺列和错列两种布置方式，以密相床层中的横埋管束为例，管束将整个床层分割成若干区域，乳化相穿过管束的空隙流动时，形成沟流。按顺列方式布置，流动截面宽，沟流速度低，磨损程度低于错列布置方式，另外顺列管束对气泡生长和限制固体颗粒流动的影响相对要小，故横埋管束采用顺列结构。在布置管束时， 底排管距风帽小孔的距离和管件的安装倾角对磨损有直接影响，距离增大，管束底部无埋管区的气泡自由上升的行程变大，在上升过程中会伴随着趋于床层中心的横向运行，会加速底排管的磨损。管件的安装角度往往会形成气泡在床层中的短路效应， 安装倾角越大，短路效应越明显，气泡沿管件造成的磨损也越明显。
四、防磨措施
1．承压管的选用，碳钢和合金钢的主要用途是制作承压管。选择是一定要注意钢材的型号，防磨盖板是锅炉传统防磨措施之一，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2mm。
2. 耐火材料的选用： 考虑锅炉系统特点和整体性能和敷设点的工作环境。内循环涡流型湍流床的内衬，要求耐磨、耐高温和抗冲刷；高中温外循环分离器入口段内衬，要耐磨、耐高温；点火燃烧室烟道，要抗热、耐冲击:悬浮室要求抗热冲击、耐磨、热惰性小。耐火材料的选择还需考虑内衬部位的特点结构和经济性。因此通常采用几种不同的材料进行分部位敷设。
3. 防磨鳍片：①结构埋管受热面的防磨鳍片阻碍气泡与埋管表面的直接接触，以减轻气泡尾涡粒子对表面的冲击；②隔断颗粒沿埋管表面滑动，减弱其流化强度，以及对表面产生的锤击效应。
结语:虽然采取了一系列的防磨措施，但由于在防磨设计、施工、材料的选用等方面有所不足，在后期运行中出现一系列不同程度的由磨损引发的问题。循环流化床锅炉的磨损是一个多因素相互影响的复杂过程，包括环境因素、工作条件、材料种类、设备结构等，单一的防磨方案并不能彻底解决问题，需要把材料防磨、结构防磨、运行防磨几个方面有机地结合起来。防磨工作也不可能做到一劳永逸，首先在前期的设计和设备安装过程中应当最大程度地采取预见性措施，此后在机组运行过程中不断地总結经验，对出现的问题采取具有针对性的改进措施。