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摘要：循环流化床锅炉作为一种洁净的发电技术，具有污染排放低、燃料适应性强等优点。磨损问题是困扰锅炉技术发展的关键因素。本文详细剖析其产生原因及机理，并提出防磨措施。
关键词：循环流化床锅炉 磨损机理 原因分析 防磨措施
循环流化床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更是突飞猛进。在环保要求日趋严格的今天，循环流化床锅炉已成为当前最有前景的燃烧设备，但是循环流化床锅炉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。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甚至上百倍，加上设计原因和运行情况的复杂性，受热面和炉体受到大量固体物料的不断冲刷，磨损仍比较严重。
1.运行中的磨损机理
1.1 物料运动速度的影响
循环流化床锅炉的燃烧采用的是低温、循环式燃烧方式，它的燃烧效率之高主要是靠多次的大循环和炉内成千上万个小循环来实现的。可以将炉膛沿高度方向切成若干个截面，由于高度的不一样，在各个截面上的载热体浓度和载热体物料的直径也不一样，可以得出一个结论：物料的浓度和物料粒子直径是与炉膛高度呈反比例变化的。在布风板上的风帽出口处的风速虽然很高，到满负荷时可达35m/s～45m/s，甚至更高。运行中的物料和刚入炉的0mm～13mm及有一定级配比的原煤立即被流化，并在炉膛中心向上运动。经分析可知，凡是向上运动的物料粒子，不论其直径大小，都同时受着多个力的作用，首先拿三个方向的作用力来研究：即粒子本身的重力，烟风流动对粒子向上的推动力和粒子与粒子之间在运动的过程中他们之间的摩擦力。当粒子本身的重力和粒子运动时之间的摩擦力之和，大于烟风流动对粒子向上的推动力时，该粒子就会向下降或向烟风推动力较小的四周飘移。从中心向四周飘移的粒子在本身重力的作用下，就会沿着水冷壁管外表面向下滑动（有许多资料介绍向下流动的物料叫贴壁灰），物料在向下滑动的过程中磨损也就开始了。经理论研究和在试验室试验证明，物料对管子的磨损量的大小主要是与物料的浓度、物料的硬度、物料的粒子直径、炉膛内压力、物料运动速度的三次方多一点等因素成正比关系，而与燃用煤种的可磨性系数成反比关系。
1.2 燃煤的影响力
沿炉膛高度的任何一个截面，其物料粒子直径和单位容积内物料浓度均不相等。若取任一截面为例进行分析，当物料粒子的重力和摩擦力之和大于或等于烟风向上的推力时，粒子就会下降或停止向上运动，并向四周飘移后沿水冷壁管外壁和鳍片表面下滑。所以说沿炉膛高度向下滑动的物料越往下越多、浓度越大、在重力加速度的作用下，越往下滑动的速度越快，越往下物料直径越大，越往下炉内的压力越高，所以越靠近密相区时受热面管子磨损就越严重，这是一个不争的事实。根据我们国家目前各锅炉厂设计生产的高温、高压，还是次高温、次高压外置式高温分离的循环流化床锅炉设计的循环倍率计算，在循环的物料中约有5%～8%左右是新入炉的煤，在密相区的底料中视煤种特性而定，如入炉煤矸石较多，热值较低，粒度又较大，这时底料中含煤量就较多，无论怎么讲底料中90%以上均是循环物料和已燃尽的原煤中的灰分。在炉内的整个燃烧过程中，入炉煤在燃烧后放出自己本身热量，首先建立密相区燃烧场的温度而后再传给炉内的循环物料，最后由循环物料将热量传给水冷壁和各受热面及维持物料循环途中的空间温度。较大颗粒的燃料在密相区爆炸燃烧生成许多小的颗粒，较小颗粒的原煤在循环中燃烧了自己，使原来的颗粒变小或全部变成了细灰，参加多次的循环后被排往大气，较大颗粒的物料继续参加流化循环，最后从放渣管被排往炉外，炉内的气、固两种物质每时每刻总是这样周而复始地进行着。所以说燃用一些热值较高的煤，且成灰性又较好，颗粒度比较均匀且级配比又比较合适，煤的可磨性系数又较大、矸石的成分又较少、循环倍率和炉内流速又接近设计值，这时的磨损就较轻。相反经常燃用成灰性不好，可磨性系数又较小，煤矸石较多，颗粒又较大，级配比也不合适，相应对受热面磨损就较重，就会经常发生由于磨损造成爆管漏泄事故。所以说燃用的煤质好坏和运行调整的是否得当，对锅炉的安全经济运行至关重要。虽然循环流化床锅炉有燃用劣质煤的特性，但是经常燃用一些挥发份较高、煤的成灰性较好、矸石的含量也不大、颗粒度较合适、可磨性系数较大的烟煤，磨损就会减缓、事故率也会下降许多。
2. 磨损原因分析
2.1 水冷壁管磨损原因分析
炉内水冷壁管的磨损主要集中在3个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁；炉膛4个角落区域的管壁；不规则区域管壁。炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁磨损的原因：一是在过渡区域内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4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。
2.2对流烟道受热面的磨损原因分析
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：一是设计上考虑不周，安装时出现误差；另一个原因是受热面材质不好。
2.3 风帽磨损 原因分析
风帽磨损的原因如下：（1） 结构设计不合理；（2） 铸造壁较薄；（3） 风帽孔径小。
2.4 过热器管磨损原因分析
从旋风分离器中心筒出来的烟气会因惯性偏过热器室顶棚，因此对过热器上部管子冲刷较重。
3.防磨措施
3.1水冷壁与耐火材料的交界处受热面的防磨
早期的设计中，一般都采用将水冷壁与耐火材料的交界处设计成一个明显的水平台阶，该台阶干扰了下降的固体粒流，造成附近管子表面的磨损。为减缓该部位的磨损，从流化床发展的历程看，所采取过的解决方法有：
（1）可能减小耐火材料台阶的尺寸。
（2）加台阶数量从而降低单个台阶的碰撞效应。
（3）易磨损的区域增加 1 层表面堆焊。
（4）采用简单的弯管改变水冷壁与耐火材料交界处的几何形状。
（5）在易磨损的部位加焊防磨护瓦。
（6）在易磨损的部位喷涂耐磨合金。
方法（1）、（2）收效甚微。方法（3）、（5）在一定周期内效果较好，但由于堆焊和加焊防磨瓦后，尽管台阶的尺寸只有几毫米，也还是干扰下固体粒子的流动方向，因此在堆焊区部和护瓦的上沿及上部两角处附近的受热面在经过一段时间运行后也会出现磨损。方法（4）可在一定程度上减轻该部位受热面的磨损，但不宜单独使用，因为该部位的耐磨耐火材料较薄，在运行一段时间后易出现脱落和磨损而出现台阶。
3.2炉膛烟气出口四周的防磨
该部位的防磨可以在受热面管上焊接抓钉后浇注耐磨耐火混凝土，或者采用喷涂耐磨合金的方法。
3.3炉顶部受热面的防磨
使炉顶受热面高于炉膛出口的上沿一定尺寸，使该空间成为烟气的“死角”。 减弱靠惯性冲刷固体粒子的冲击力。
3.4旋风分离器筒体“靶面”的防磨
可通过采用优良的耐磨耐火材料和定期维修来进行，由于该部位的耐磨耐火材料厚度较大，因此使用周期较长。
循环流化床锅炉虽然已经采取一定的防磨措施，取得良好的效果， 但运行结果仍表明设备的磨损仍是十分严重的。因此如何从防磨机理出发，采取进一步的防磨措施，还要作进一步的努力，这对循环流化床的推广应用是一个十分重要又现实的问题。
作者简介：李晖（1985—），男 ，内蒙古商都人，大专，助理工程师，从事电厂集控运行工作。
关键词：循环流化床锅炉 磨损机理 原因分析 防磨措施
循环流化床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更是突飞猛进。在环保要求日趋严格的今天，循环流化床锅炉已成为当前最有前景的燃烧设备，但是循环流化床锅炉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。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甚至上百倍，加上设计原因和运行情况的复杂性，受热面和炉体受到大量固体物料的不断冲刷，磨损仍比较严重。
1.运行中的磨损机理
1.1 物料运动速度的影响
循环流化床锅炉的燃烧采用的是低温、循环式燃烧方式，它的燃烧效率之高主要是靠多次的大循环和炉内成千上万个小循环来实现的。可以将炉膛沿高度方向切成若干个截面，由于高度的不一样，在各个截面上的载热体浓度和载热体物料的直径也不一样，可以得出一个结论：物料的浓度和物料粒子直径是与炉膛高度呈反比例变化的。在布风板上的风帽出口处的风速虽然很高，到满负荷时可达35m/s～45m/s，甚至更高。运行中的物料和刚入炉的0mm～13mm及有一定级配比的原煤立即被流化，并在炉膛中心向上运动。经分析可知，凡是向上运动的物料粒子，不论其直径大小，都同时受着多个力的作用，首先拿三个方向的作用力来研究：即粒子本身的重力，烟风流动对粒子向上的推动力和粒子与粒子之间在运动的过程中他们之间的摩擦力。当粒子本身的重力和粒子运动时之间的摩擦力之和，大于烟风流动对粒子向上的推动力时，该粒子就会向下降或向烟风推动力较小的四周飘移。从中心向四周飘移的粒子在本身重力的作用下，就会沿着水冷壁管外表面向下滑动（有许多资料介绍向下流动的物料叫贴壁灰），物料在向下滑动的过程中磨损也就开始了。经理论研究和在试验室试验证明，物料对管子的磨损量的大小主要是与物料的浓度、物料的硬度、物料的粒子直径、炉膛内压力、物料运动速度的三次方多一点等因素成正比关系，而与燃用煤种的可磨性系数成反比关系。
1.2 燃煤的影响力
沿炉膛高度的任何一个截面，其物料粒子直径和单位容积内物料浓度均不相等。若取任一截面为例进行分析，当物料粒子的重力和摩擦力之和大于或等于烟风向上的推力时，粒子就会下降或停止向上运动，并向四周飘移后沿水冷壁管外壁和鳍片表面下滑。所以说沿炉膛高度向下滑动的物料越往下越多、浓度越大、在重力加速度的作用下，越往下滑动的速度越快，越往下物料直径越大，越往下炉内的压力越高，所以越靠近密相区时受热面管子磨损就越严重，这是一个不争的事实。根据我们国家目前各锅炉厂设计生产的高温、高压，还是次高温、次高压外置式高温分离的循环流化床锅炉设计的循环倍率计算，在循环的物料中约有5%～8%左右是新入炉的煤，在密相区的底料中视煤种特性而定，如入炉煤矸石较多，热值较低，粒度又较大，这时底料中含煤量就较多，无论怎么讲底料中90%以上均是循环物料和已燃尽的原煤中的灰分。在炉内的整个燃烧过程中，入炉煤在燃烧后放出自己本身热量，首先建立密相区燃烧场的温度而后再传给炉内的循环物料，最后由循环物料将热量传给水冷壁和各受热面及维持物料循环途中的空间温度。较大颗粒的燃料在密相区爆炸燃烧生成许多小的颗粒，较小颗粒的原煤在循环中燃烧了自己，使原来的颗粒变小或全部变成了细灰，参加多次的循环后被排往大气，较大颗粒的物料继续参加流化循环，最后从放渣管被排往炉外，炉内的气、固两种物质每时每刻总是这样周而复始地进行着。所以说燃用一些热值较高的煤，且成灰性又较好，颗粒度比较均匀且级配比又比较合适，煤的可磨性系数又较大、矸石的成分又较少、循环倍率和炉内流速又接近设计值，这时的磨损就较轻。相反经常燃用成灰性不好，可磨性系数又较小，煤矸石较多，颗粒又较大，级配比也不合适，相应对受热面磨损就较重，就会经常发生由于磨损造成爆管漏泄事故。所以说燃用的煤质好坏和运行调整的是否得当，对锅炉的安全经济运行至关重要。虽然循环流化床锅炉有燃用劣质煤的特性，但是经常燃用一些挥发份较高、煤的成灰性较好、矸石的含量也不大、颗粒度较合适、可磨性系数较大的烟煤，磨损就会减缓、事故率也会下降许多。
2. 磨损原因分析
2.1 水冷壁管磨损原因分析
炉内水冷壁管的磨损主要集中在3个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁；炉膛4个角落区域的管壁；不规则区域管壁。炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁磨损的原因：一是在过渡区域内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4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。
2.2对流烟道受热面的磨损原因分析
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：一是设计上考虑不周，安装时出现误差；另一个原因是受热面材质不好。
2.3 风帽磨损 原因分析
风帽磨损的原因如下：（1） 结构设计不合理；（2） 铸造壁较薄；（3） 风帽孔径小。
2.4 过热器管磨损原因分析
从旋风分离器中心筒出来的烟气会因惯性偏过热器室顶棚，因此对过热器上部管子冲刷较重。
3.防磨措施
3.1水冷壁与耐火材料的交界处受热面的防磨
早期的设计中，一般都采用将水冷壁与耐火材料的交界处设计成一个明显的水平台阶，该台阶干扰了下降的固体粒流，造成附近管子表面的磨损。为减缓该部位的磨损，从流化床发展的历程看，所采取过的解决方法有：
（1）可能减小耐火材料台阶的尺寸。
（2）加台阶数量从而降低单个台阶的碰撞效应。
（3）易磨损的区域增加 1 层表面堆焊。
（4）采用简单的弯管改变水冷壁与耐火材料交界处的几何形状。
（5）在易磨损的部位加焊防磨护瓦。
（6）在易磨损的部位喷涂耐磨合金。
方法（1）、（2）收效甚微。方法（3）、（5）在一定周期内效果较好，但由于堆焊和加焊防磨瓦后，尽管台阶的尺寸只有几毫米，也还是干扰下固体粒子的流动方向，因此在堆焊区部和护瓦的上沿及上部两角处附近的受热面在经过一段时间运行后也会出现磨损。方法（4）可在一定程度上减轻该部位受热面的磨损，但不宜单独使用，因为该部位的耐磨耐火材料较薄，在运行一段时间后易出现脱落和磨损而出现台阶。
3.2炉膛烟气出口四周的防磨
该部位的防磨可以在受热面管上焊接抓钉后浇注耐磨耐火混凝土，或者采用喷涂耐磨合金的方法。
3.3炉顶部受热面的防磨
使炉顶受热面高于炉膛出口的上沿一定尺寸，使该空间成为烟气的“死角”。 减弱靠惯性冲刷固体粒子的冲击力。
3.4旋风分离器筒体“靶面”的防磨
可通过采用优良的耐磨耐火材料和定期维修来进行，由于该部位的耐磨耐火材料厚度较大，因此使用周期较长。
循环流化床锅炉虽然已经采取一定的防磨措施，取得良好的效果， 但运行结果仍表明设备的磨损仍是十分严重的。因此如何从防磨机理出发，采取进一步的防磨措施，还要作进一步的努力，这对循环流化床的推广应用是一个十分重要又现实的问题。
作者简介：李晖（1985—），男 ，内蒙古商都人，大专，助理工程师，从事电厂集控运行工作。