循环流化床锅炉水冷壁磨损的控制

一盏台灯

循环流化床锅炉水冷壁磨损的控制

文章摘要：石家庄热电有限公司采用DG410/9.81-9型循环流化床锅炉，由于循环流化床锅炉独特的流态化燃烧方式，不可避免的造成膜式水冷壁的冲刷磨损，以至于爆管事故频繁发生。为此，公司采取的膜式水冷壁局部热喷焊和控制锅炉用风量、控制燃煤粒度等措施，有效的降低了水冷壁的磨损，水冷壁爆管发生率明显降低，锅炉运行周期明显见长，取得了良好的效果。
关键词　循环流化床锅炉 水冷壁  磨损控制

1　前言
循环流化床锅炉具有高效、低污染、调节灵活、煤种适应广、炉渣综合利用率高等特点。特别是环保方面的实用性，使得这种锅炉近年来在电站和热电联产项目上应用广泛。石家庄热电有限公司八期技改工程就采用了四台DG410/9.81-9型循环流化床锅炉。投产运行一年后，由于膜式水冷壁磨损严重，水冷壁爆管频繁发生，以至于最长连续运行时间很难达到一个月，严重影响了公司的经济效益。为此，公司从检修工艺和运行调整两方面入手，采取措施，控制磨损，成效显著。
2　磨损机理分析
物体表面与磨粒相互摩擦引起表面材料损失的现象叫磨粒磨损。它是指一个表面同它相匹配表面上的硬质物体或硬质颗粒，产生切削或刮擦作用，引起材料表面破坏。在流化床系统中，磨粒磨损现象十分严重。
磨粒磨损的机理有三种假说：（1）微切削假说，即磨粒磨损是由于磨料颗粒沿金属表面进行微量切削过程引起的;（2）疲劳破坏假说，即磨粒磨损是磨粒使金属表面层受交变应力和变形，便材料表面疲劳破坏;（3）压痕假说，对于塑性较大的材料，因磨粒在力的作用下压入材料表面而产生压痕，从表面层上挤出剥落物。
总之，磨粒磨损的机理是属于磨料颗粒的机械作用，它在很大程度上与磨粒的相对硬度、形状、大小、固定程度以及载荷作用下磨粒与被磨表面的力学性能有关。
减少磨粒磨损一般从两方面采取措施，一是增强材料的抗磨性能；二是防止或减少磨粒进入摩擦表面间。

3　采取的控制措施
3.1　检修工艺方面
3. 1. 1　膜式水冷壁局部热喷焊
采用先进的电弧喷涂技术，施工过程主要两部分组成：首先进行表面预处理，然后进行耐磨防护喷焊。涂层材料为PT60高强度超耐磨材料，规格为Φ2.5mm。
    表面预处理采用喷砂防锈的方式，喷砂材料选用质坚有棱角、粒径为2～4mm的石英砂，杂质含量低于5%，水分低于1%。喷砂前调整好风压和喷砂量，喷砂气压为0.5～0.6Mpa，砂流量5～8Kg/min，喷枪与工作面成75度，喷砂速度为5～8m2/h,对施工部位全面细致的除锈和表面粗化。表面质量达到sa3级，表面粗糙度达到50～80μm。喷砂除锈粗化后，及时进行喷焊。喷焊至少分10次完成，使涂层厚度最终达到0.6mm以上。
施工完的喷涂层表面均匀光滑，无麻面、起皮、开裂、脱落等现象，涂层边缘平滑过渡。
金相宏观检查：喷焊层与基体结合致密，无分层现象。
微观分析：喷焊强化有三种方式：硬化相强化、固熔强化和弥散强化，其中以硬化相强化为主，并且硬化相强化效应使喷焊层具有很好的红硬性，用里氏硬度计测得产品的喷焊层表面硬度不小于HRC55。

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3. 1. 2　加装防磨平台
在炉膛密相区的浇注料顶端，沿高度方向形成一个宽250mm,高210mm的平台。运行中平台上形成物料堆积，使沿炉膛壁面下流的固体物料在下落时实现软着陆，改变下流物料的运动速度，减小固体颗粒对水冷壁的局部冲刷磨损。
3. 2　运行调整方面
3. 2. 1　严格控制适宜的风量
烟气流速是影响锅炉内壁磨损最主要的因素，研究表明，磨损量与烟气流速的3次方成正比关系。烟气流速的大小直接影响到流动飞灰的运动动能和单位时间内冲击到炉内壁的灰粒量。循环流化床锅炉的运行是流态化的高温物料悬浮燃烧，风量的大小将直接影响到锅炉的安全运行。理论上讲，运行风量略高于最小流化风量即可。但在实际操作中，为了提高保险系数，常以过大风量运行，造成烟气流速过快，这将严重加大锅炉的磨损，同时增加动力消耗。为此，根据锅炉设计要求，严格控制锅炉总风量不超过361000Nm3/h和底部流化风量不超过208000Nm3/h。在锅炉带80%B-MCR以上负荷运行时，应控制氧量在4%以下。燃用任何煤种时，锅炉总煤量不得超过额定工况下的设计给煤量46.93t/h。
3.2.2　严格控制入炉煤的煤质和粒度
由于循环流化床锅炉的燃料适应性广，可以燃用劣质煤，人们就会以为这种锅炉只适宜于燃用劣质煤。实则不然，如果燃用优质煤，循环流化床锅炉的优势则更明显，运行工况更好，消耗低，排渣热损失小，燃烧效率明显提高。若燃用劣质煤，由于其比重大，用风量提高，动力消耗增大，磨损加剧。另外如果煤质变差，灰分增加，燃煤量增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，也会加重水冷壁磨损。所以，燃用优质煤，有利于延长运行周期，经济效益明显。
灰粒磨损特性指灰的硬度、温度、形状和颗粒大小等的影响。如果灰中多硬性物质、灰粒粗大而有棱角，则灰粒的磨损特性增强。因此应该严格控制入炉煤的粒度，根据设计要求，保证入炉煤粒度d50=1mm,最大粒径不超过8mm。
3.2.3　控制锅炉床压
   根据锅炉设计要求控制锅炉床压不超过8Kpa，料层差压在3874～5180Pa范围内。如果料层差压偏高，则会需要较大的流化风量，相应会增加动力消耗和磨损。
4　取得的成果
石家庄热电有限公司的循环流化床锅炉在检修时分别进行了热喷焊处理和加装防磨平台；在锅炉运行过程中严格控制锅炉用风量、严格控制入炉煤的煤质和粒度等，经过一年多的运行与试验观察，膜式水冷壁磨损情况明显减轻，因磨损发生爆管的现象明显减少，锅炉运行周期大大增长，取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献：
[1]　霍林.J.（英） 摩擦学原理. 机械工业出版社, 1981.
[2]　周善斌等. 热喷焊技术在膜式水冷壁上的防磨应用. 热电技术, 2002；（4）.