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【摘 要】本文从循环流化床锅炉受热面磨损机理出发，结合重庆松藻电力公司循环流化床锅炉运行情况，对常见的循环流化床锅炉受热面磨损现象进行分析，并提出了有效的防范措施。
【关键词】循环流化床锅炉；水冷壁；磨损；预防
一、前言
近年来，循环流化床锅炉以其煤种适应性广、燃料效率高、环保性能好、负荷调节范围大和灰渣综合利用高等优点得到了广泛应用。由于循环流化床锅炉具有特定的燃烧方式，炉内的固体物料浓度为煤粉炉的几十倍到上百倍。这种高浓度的固体物料杂质多、灰分高、成灰量大，从而使锅炉水冷壁磨损情况较为严重。在我国水冷壁泄露或爆管是事故停炉的主要原因。因此，本文对循环流化床锅炉水冷壁磨损的原因进行了分析，并提出了具体的防磨措施，延长了锅炉的使用周期。
1、磨损概述
循环流化床锅炉受热面的耐磨性取决于其结构特点。易磨损的部位主要集中于炉膛下部的密相区与水冷壁管过渡区域凸面以上400mm左右；靠近炉膛四周中心区域的水冷管与水冷凭管垂直相交的夹角部位，特别是管子表面有突出或者凹陷的部位，其磨损减薄情况更为突出。磨损量一般由下面公式衡量：
n值一般在3以上，从上式可以看出，对受热面磨损影响最大是物料速度。烟气流速越高，磨损越严重；烟气中的物料粒径越大，磨损量越大；烟气中物料浓度越高，物料粒子碰撞受热面的几率增加，磨损量也增加。此外，影响受热面磨损的因素还与受热面的表面粗糙度、硬度及布置方式有关，当表面粗糙度较大时，摩擦阻力大，磨损速度较快；当表面硬度较大时，磨损速度较慢。
2、水冷壁磨损机理分析
循环流化床锅炉的密相区磨损比较严重，在设计中为了避免或者减轻这种磨损，密相区敷设了耐火、耐磨层，但为了保证锅炉的蒸发量从而限制了耐火、耐磨层的厚度，于是在耐火、耐磨层与水冷壁交界处产生了一个台阶，从而造成了严重的磨损。磨损机理如下：
（1）冲击磨损：沿四壁下落的物料颗粒落到耐火、耐磨层与冷却壁交界处的台阶上，反弹冲击水冷壁管，使水冷壁管产生塑性变形或显微裂痕，造成磨损爆管。
（2）切削磨损：沿四壁下流的物料颗粒在台阶处产生方向改变，以一定的角度冲刷水冷壁管，产生切削磨损。
（3）涡流磨损：沿四壁下流的物料颗粒与上升的物料颗粒之间形成逆时针旋转的颗粒涡流，对水冷壁管产生疲劳磨损。
在冲击、切削、涡流三方面的综合作用下，流化床锅炉水冷壁的磨损较严重。
二、循环流化床锅炉存在问题
重庆松藻电力公司所使用的是DG490/13.8-II2循环流化床锅炉，自2006年投运以来 因锅炉水冷壁磨损造成锅炉泄漏停机达30多次，严重影响了其机组运行的稳定性和经济性。通过对锅炉水冷壁管的检查分析，发现水冷壁磨损主要集中在以下几个部位。
1、炉膛下部耐磨材料上沿附近的水冷壁管。此部位由于处于密相区，颗粒浓度特别高，比较容易磨损。锅炉制造单位也在此处的结构设计中采取了一些方法来减轻磨损，但效果不明显。根据现场应用经验，针对以上问题总结出以下几个解决措施：
（1）让管技术
让管技术的出现对防止浇注料和水冷壁管过渡区的磨损起到了很好的效果。贴壁灰流沿水冷壁流下后直接冲刷到浇注料上，避开了颗粒对交界处的冲刷，从根本上解决了水冷壁的磨损问题。
（2）热喷涂技术
热喷涂技术是一种材料表面保护和强化的防磨技术。它以气体、液体燃料以及电弧等离子弧作热源，将金属、合金、陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态，借助于火焰推力或压缩空气喷射而粘附到预先经过表面处理的工件表面形成涂层，以达到提高工件性能，延长设备使用寿命的一种技术。一般采取对浇注层以上1m范围的水冷壁管进行热喷涂防磨，管子表面的喷涂层对缓解该处的磨损确实有一定的效果。
（3）焊防磨板或防磨瓦
这种防磨措施主要是在过度区域焊接以耐磨钢材为主的防磨板来延长磨损的时间，以增加机组运行周期。在实际应用过程中，由于焊接的防磨板或防磨瓦与水冷壁管无法光滑过度，造成磨损更加严重。
重庆松藻电力公司的循环流化床锅炉在前、后墙和两侧墙的浇注料和水冷壁管的过渡区采用了让管技术，基本上避免了该区域的磨损，但是在中隔墙上，由于无法采用让管技术一直磨损比较严重，每次停炉要对该区域磨损管道进行堆焊。为了防止该区域的磨损，对该浇注料的过渡区原有的斜面打平，采用飞灰软着陆技术减轻磨损，但是由于涡流磨损的存在，该区域的磨损仍没有较好的解决。
2、炉膛四角的磨损也是水冷壁磨损泄漏发生的主要原因。炉膛四周角落区域管壁磨损比较严重的原因是炉膛四周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，流速也较四壁高，所以磨损大大超过炉膛四壁水冷壁管。该公司二次风采用前后墙布置，播煤口前墙布置，造成后墙与侧墙的夹角风速非常高，磨损最严重，该处经常发生磨损爆管事故。2008年上半年对该区域进行局部的热喷涂，磨损情况得到有效控制。
3、膜式水冷壁焊缝或鳍片焊缝引起的磨损。这种磨损一般是由于施工质量引起，水冷壁管间的焊缝打磨不光滑，这种磨损在炉膛循环区域内任何位置都有可能发生。而鳍片与管子间焊接出现较大凸起时也会产生严重的磨损。如果鳍片间有较大凸起，鳍片会被磨穿，炉内的烟气以较高流速外漏，从而会使水冷壁管产生横向磨损。这种磨损，通常在停炉时对水冷壁管进行仔细检查，对焊缝凸起部进行堆焊打磨即可有效预防。该公司因为安装时锅炉后墙水冷壁对口出现偏差，打磨处理效果不好，造成大面积焊口朝一侧偏移，导致磨损严重。2008年该公司对该段区域焊口进行了热喷涂处理，运行一段时间后，观察效果良好。
4、不规则管壁处的磨损，包括穿墙管，炉墙开孔处的弯管等。经验表明，即使很小的不规则区域也会造成局部的严重磨损。不规则区域管壁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。
三、磨损的预防
根据公式（1）分析运行控制时可以通过降低颗粒浓度，降低烟气流速，控制入炉煤粒径等方面预防磨损。
1、降低烟气浓度。因为烟气的浓度与锅炉负荷、煤量与风量的配比及燃煤的特性有关，
运行调整要根据不同负荷、不同煤质在保证适当飞灰可燃物的同时，保持合适的过剩空气系数，另外还要防止局部烟气浓度过大，这就要求进行合理的配风。
2、适当控制烟气流速。因为烟气流速与锅炉负荷、流化风量、二次风量配比有关，在能满足床料良好流化的情况下，流化风量不易保持过大，燃烧过程所需的氧量应该由二次风补充。由于在二次风的作用下可适当降低密相区的高度；适当的延长燃煤颗粒在炉内的停留时间及减小了对水冷壁的磨损；也可适当降低飞灰可燃物。严格控制入炉风量，一次风在保证正常流化的情况下，合理调整一、二次风配比。一般来说，一次风比例为50～60%，二次风比例为50～40%，降低烟气流速，减少水冷壁管的磨损。
3、严格控制入炉煤粒径。应特别注意燃料特性对磨损的影响，严格控制入炉煤的煤质和粒度。流化床锅炉的燃料适应性广，可以燃用劣质煤，但是燃用优质煤，流化床锅炉的优势更加明显：排渣热损失小，电耗低，锅炉效率高，水冷壁磨损减小。严格控制入炉煤粒度，尽量避免燃用高磨损的燃煤，入炉煤粒度最大不应超过13mm。
4、床料的高度。床料越高所需的流化风量越大，密相区的高度越高，在能够保持床温的情况下，应适当降低床料的位置，也就是适当降低了密相区的高度，让密相区尽可能在耐磨可塑性范围内，从而减轻对水冷壁的磨损。重庆松藻电力公司对底渣系统进行了改造，从原来的风水联合冷渣器改为了滚筒冷渣器，改变了以前排渣困难、长期高床压运行的问题，使炉内颗粒浓度在理想范围内，磨损情况得到了一定程度改善。
四、结束语
通过采取以上措施后，循环流化床锅炉水冷壁的磨损有明显的减轻。由于循环流化床锅炉特性使得受热面必然存在磨损，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，锅炉运行时间越长，锅炉水冷壁管磨损问题越突出。我们要采取措施尽可能减少和避免磨损，延长锅炉运行周期，减少非计划停炉次数。如何在锅炉安全运行与经济运行之间选择最佳运行工况，有待于进一步的分析和研究。
【关键词】循环流化床锅炉；水冷壁；磨损；预防
一、前言
近年来，循环流化床锅炉以其煤种适应性广、燃料效率高、环保性能好、负荷调节范围大和灰渣综合利用高等优点得到了广泛应用。由于循环流化床锅炉具有特定的燃烧方式，炉内的固体物料浓度为煤粉炉的几十倍到上百倍。这种高浓度的固体物料杂质多、灰分高、成灰量大，从而使锅炉水冷壁磨损情况较为严重。在我国水冷壁泄露或爆管是事故停炉的主要原因。因此，本文对循环流化床锅炉水冷壁磨损的原因进行了分析，并提出了具体的防磨措施，延长了锅炉的使用周期。
1、磨损概述
循环流化床锅炉受热面的耐磨性取决于其结构特点。易磨损的部位主要集中于炉膛下部的密相区与水冷壁管过渡区域凸面以上400mm左右；靠近炉膛四周中心区域的水冷管与水冷凭管垂直相交的夹角部位，特别是管子表面有突出或者凹陷的部位，其磨损减薄情况更为突出。磨损量一般由下面公式衡量：
n值一般在3以上，从上式可以看出，对受热面磨损影响最大是物料速度。烟气流速越高，磨损越严重；烟气中的物料粒径越大，磨损量越大；烟气中物料浓度越高，物料粒子碰撞受热面的几率增加，磨损量也增加。此外，影响受热面磨损的因素还与受热面的表面粗糙度、硬度及布置方式有关，当表面粗糙度较大时，摩擦阻力大，磨损速度较快；当表面硬度较大时，磨损速度较慢。
2、水冷壁磨损机理分析
循环流化床锅炉的密相区磨损比较严重，在设计中为了避免或者减轻这种磨损，密相区敷设了耐火、耐磨层，但为了保证锅炉的蒸发量从而限制了耐火、耐磨层的厚度，于是在耐火、耐磨层与水冷壁交界处产生了一个台阶，从而造成了严重的磨损。磨损机理如下：
（1）冲击磨损：沿四壁下落的物料颗粒落到耐火、耐磨层与冷却壁交界处的台阶上，反弹冲击水冷壁管，使水冷壁管产生塑性变形或显微裂痕，造成磨损爆管。
（2）切削磨损：沿四壁下流的物料颗粒在台阶处产生方向改变，以一定的角度冲刷水冷壁管，产生切削磨损。
（3）涡流磨损：沿四壁下流的物料颗粒与上升的物料颗粒之间形成逆时针旋转的颗粒涡流，对水冷壁管产生疲劳磨损。
在冲击、切削、涡流三方面的综合作用下，流化床锅炉水冷壁的磨损较严重。
二、循环流化床锅炉存在问题
重庆松藻电力公司所使用的是DG490/13.8-II2循环流化床锅炉，自2006年投运以来 因锅炉水冷壁磨损造成锅炉泄漏停机达30多次，严重影响了其机组运行的稳定性和经济性。通过对锅炉水冷壁管的检查分析，发现水冷壁磨损主要集中在以下几个部位。
1、炉膛下部耐磨材料上沿附近的水冷壁管。此部位由于处于密相区，颗粒浓度特别高，比较容易磨损。锅炉制造单位也在此处的结构设计中采取了一些方法来减轻磨损，但效果不明显。根据现场应用经验，针对以上问题总结出以下几个解决措施：
（1）让管技术
让管技术的出现对防止浇注料和水冷壁管过渡区的磨损起到了很好的效果。贴壁灰流沿水冷壁流下后直接冲刷到浇注料上，避开了颗粒对交界处的冲刷，从根本上解决了水冷壁的磨损问题。
（2）热喷涂技术
热喷涂技术是一种材料表面保护和强化的防磨技术。它以气体、液体燃料以及电弧等离子弧作热源，将金属、合金、陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态，借助于火焰推力或压缩空气喷射而粘附到预先经过表面处理的工件表面形成涂层，以达到提高工件性能，延长设备使用寿命的一种技术。一般采取对浇注层以上1m范围的水冷壁管进行热喷涂防磨，管子表面的喷涂层对缓解该处的磨损确实有一定的效果。
（3）焊防磨板或防磨瓦
这种防磨措施主要是在过度区域焊接以耐磨钢材为主的防磨板来延长磨损的时间，以增加机组运行周期。在实际应用过程中，由于焊接的防磨板或防磨瓦与水冷壁管无法光滑过度，造成磨损更加严重。
重庆松藻电力公司的循环流化床锅炉在前、后墙和两侧墙的浇注料和水冷壁管的过渡区采用了让管技术，基本上避免了该区域的磨损，但是在中隔墙上，由于无法采用让管技术一直磨损比较严重，每次停炉要对该区域磨损管道进行堆焊。为了防止该区域的磨损，对该浇注料的过渡区原有的斜面打平，采用飞灰软着陆技术减轻磨损，但是由于涡流磨损的存在，该区域的磨损仍没有较好的解决。
2、炉膛四角的磨损也是水冷壁磨损泄漏发生的主要原因。炉膛四周角落区域管壁磨损比较严重的原因是炉膛四周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，流速也较四壁高，所以磨损大大超过炉膛四壁水冷壁管。该公司二次风采用前后墙布置，播煤口前墙布置，造成后墙与侧墙的夹角风速非常高，磨损最严重，该处经常发生磨损爆管事故。2008年上半年对该区域进行局部的热喷涂，磨损情况得到有效控制。
3、膜式水冷壁焊缝或鳍片焊缝引起的磨损。这种磨损一般是由于施工质量引起，水冷壁管间的焊缝打磨不光滑，这种磨损在炉膛循环区域内任何位置都有可能发生。而鳍片与管子间焊接出现较大凸起时也会产生严重的磨损。如果鳍片间有较大凸起，鳍片会被磨穿，炉内的烟气以较高流速外漏，从而会使水冷壁管产生横向磨损。这种磨损，通常在停炉时对水冷壁管进行仔细检查，对焊缝凸起部进行堆焊打磨即可有效预防。该公司因为安装时锅炉后墙水冷壁对口出现偏差，打磨处理效果不好，造成大面积焊口朝一侧偏移，导致磨损严重。2008年该公司对该段区域焊口进行了热喷涂处理，运行一段时间后，观察效果良好。
4、不规则管壁处的磨损，包括穿墙管，炉墙开孔处的弯管等。经验表明，即使很小的不规则区域也会造成局部的严重磨损。不规则区域管壁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。
三、磨损的预防
根据公式（1）分析运行控制时可以通过降低颗粒浓度，降低烟气流速，控制入炉煤粒径等方面预防磨损。
1、降低烟气浓度。因为烟气的浓度与锅炉负荷、煤量与风量的配比及燃煤的特性有关，
运行调整要根据不同负荷、不同煤质在保证适当飞灰可燃物的同时，保持合适的过剩空气系数，另外还要防止局部烟气浓度过大，这就要求进行合理的配风。
2、适当控制烟气流速。因为烟气流速与锅炉负荷、流化风量、二次风量配比有关，在能满足床料良好流化的情况下，流化风量不易保持过大，燃烧过程所需的氧量应该由二次风补充。由于在二次风的作用下可适当降低密相区的高度；适当的延长燃煤颗粒在炉内的停留时间及减小了对水冷壁的磨损；也可适当降低飞灰可燃物。严格控制入炉风量，一次风在保证正常流化的情况下，合理调整一、二次风配比。一般来说，一次风比例为50～60%，二次风比例为50～40%，降低烟气流速，减少水冷壁管的磨损。
3、严格控制入炉煤粒径。应特别注意燃料特性对磨损的影响，严格控制入炉煤的煤质和粒度。流化床锅炉的燃料适应性广，可以燃用劣质煤，但是燃用优质煤，流化床锅炉的优势更加明显：排渣热损失小，电耗低，锅炉效率高，水冷壁磨损减小。严格控制入炉煤粒度，尽量避免燃用高磨损的燃煤，入炉煤粒度最大不应超过13mm。
4、床料的高度。床料越高所需的流化风量越大，密相区的高度越高，在能够保持床温的情况下，应适当降低床料的位置，也就是适当降低了密相区的高度，让密相区尽可能在耐磨可塑性范围内，从而减轻对水冷壁的磨损。重庆松藻电力公司对底渣系统进行了改造，从原来的风水联合冷渣器改为了滚筒冷渣器，改变了以前排渣困难、长期高床压运行的问题，使炉内颗粒浓度在理想范围内，磨损情况得到了一定程度改善。
四、结束语
通过采取以上措施后，循环流化床锅炉水冷壁的磨损有明显的减轻。由于循环流化床锅炉特性使得受热面必然存在磨损，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，锅炉运行时间越长，锅炉水冷壁管磨损问题越突出。我们要采取措施尽可能减少和避免磨损，延长锅炉运行周期，减少非计划停炉次数。如何在锅炉安全运行与经济运行之间选择最佳运行工况，有待于进一步的分析和研究。