循环流化床锅炉炉内受热面磨损研究

循环流化床技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术，具有许多其他燃烧方式所没有的优点。

但循环流化床锅炉技术因其燃烧特性限制受热面磨损长期存在，一直是影响锅 炉正常运行的威胁之一，据权威机构统计资料显示循环流化床锅炉的受热面磨损量 是煤粉炉的5-8倍。由于磨损造成的停炉事故接近停炉总数的50%。在很长时间内成 为影响循环流化床锅炉推广应用的主要障碍，因此，CFB锅炉的安全运行和大容量发 展，须有效解决水冷壁管的防磨问题。

磨损现象

炉膛内水冷壁管磨损主要表现在水冷壁管与耐火浇注料交接处及其上部密相区、 炉膛四角、水冷壁向火面表面出现凹凸不平、返料口上部及炉膛出口烟气转弯等处（ 如下图），水冷壁管磨损达到相对程度后，造成水冷壁管泄露，高压汽水混合物直接 剧烈冲刷造成更多邻近水冷壁管泄漏，有时汽包水位都很难维持，被逼停炉。受热面 爆管后处理起来难度较大，而且还要组织人员清理床料，重新加入床料，要付岀很大 的人力、物力才能处理好，是各热电企业深感头疼的难题。循环流化床锅炉受热面的 防磨措施选择正确与否，直接影响循环流化床锅炉运行的可靠性和经济性。

磨损分析

循环流化床锅炉水冷壁磨损机理与煤粉炉有很大的不同，一方面大量烟气和固体颗粒 在上升过程中对水冷壁管进行冲刷；另一方面由于内循环的作用，大量固体颗粒沿炉 膛四壁重新回落，对水冷壁管进行剧烈冲刷和撞击磨损。运动的固体颗粒接触，碰撞水冷壁产生的切削摩擦力是导致磨损的主要原因，运动速度、物料浓度和物料粒度决 定了磨损速率的大小。

影响水冷壁磨损的主要因素有：

（1）烟气流速的影响：烟气流速越高磨损严重，磨损量与烟气流速的三次方成正比。 一次风量越大，磨损量越大。另外二次风量越大，对炉内燃烧情况的扰动越剧烈，水冷 壁管磨损量越大，因为颗粒数目越大，对管的撞击和冲刷越强烈。

（2）燃料浓度的影响：在循环流化床锅炉运行过程中，负荷越高，床层密度及床层 差越大，说明颗粒浓度越大，磨损量也越大，循环流化床锅炉由于其特定的燃烧方式， 炉内的固体物料密度为煤粉炉的几十倍到百倍以上。

（3）燃料性质的影响：燃烧颗粒硬度' 灰分越大，对冰冷壁管的切削作用越强烈， 磨损量越大，尤其在掺烧煤砰石或其他高硬度燃料时，因为颗粒数目和粒度增加，对 管壁的撞击和冲刷增强，磨损泄漏机率增多，会大大缩短水冷壁管的运行时间。

（4）安装及检修质量的影响：锅炉安装及检修质量不好造成磨损，例如水冷壁接口 处没有对齐或受热面平整度不够形成磨损，或管屏表面留下大量焊接后的凸起部位， 形成颗粒涡流加剧磨损。

（5）锅炉本身动力场的影响：由于炉膛内气流分布不均匀，炉膛局部或四角处的烟 气流速及颗粒浓度比其他部位增加，造成磨损情况比其他部位严重。

循环流化床锅炉炉内受热面的磨损占据了泄漏故障中较大比例，是影响机组安全经济运行 的突出问题之一。影响炉内受热面磨损的因素很多，主要有物料颗粒速度、烟气速度、受热面 温度、烟气成分燃料特性（颗粒度' 可磨度等）、床料特性（颗粒直径' 颗粒形状、颗粒硬 度、物料浓度、颗粒成分等）、受热面材料特性（受热面材质、硬度、热物理性能等）、冲刷 角度、磨损时间等。此外，还受结构设计、运行维护、处理措施等方面因素的影响，也有因防 磨措施不当而引起的局部磨损等。

循环流化床锅炉的磨损受众多因素影响，为了较好地制定相应的防范措施，以减小磨损， 提高锅炉的安全运行水平，需要深入研究分析炉内磨损产生的原因及其机理。

炉内受热面的磨损机理

磨损是机器较常见也是较大量的一种失效方式。凡两个相互接触或相对运动的表面都不免 要发生摩擦，有磨擦即有磨损发生。由于磨损的复杂性，目前世界上还没有一个统一的分类方 法，基于对不同条件的考虑，各地各学者有不同的分类方法，我国学者比较一致的看法是根据 磨损方式将磨损分为以下几类，即：粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损' 磨料磨损、微动磨损等 o 1971年美国矿山机械行业建议把磨料磨损重新划分为七类：纯净流体冲蚀（流体中无颗粒） 、撞击冲蚀（流体中有颗粒）、冲蚀磨损（平行流体中的低应力磨损）、切削磨料磨损、高应 力研磨、凿削磨料磨损、冲刷腐蚀磨损。

在实际运行中，材料的磨损往往不只是一种磨损机理在起作用，而是几种磨损机理同时存 在，综合作用的结果，这给实际工程中受热面磨损过程的分析与预防带来困难。如冲蚀磨损有 时也称做磨蚀，它不是一种独立的磨损机制，一般认为是磨料磨损与形变两种机制共同作用的 结果。研究表明，锅炉水冷壁管的磨损失效机理是固体物料的冲蚀磨损、高温氧化和热腐蚀的 综合作用。由于循环流化床炉内温度水平受脱硫较好的温度限制，一般在850℃左右，较高不超 过930℃,这样的温度远低于煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点。

因此，与煤粉炉相比，循环流化床锅炉内结渣和碱金属析出现象要改善很多，而且由于固 体物料冲蚀磨损速度相当快，因而循环流化床锅炉水冷壁管的失效机理以冲蚀磨损为主。