循环流化床锅炉金属件的磨损及预防措施

循环流化床锅炉金属件的磨损及预防措施

锅炉概况（yg-75/3.82-m1）是由济南锅炉集团有限公司制造生产的中温、中压锅炉，采用旋风分离器组成循环燃烧系统，炉膛为膜式水冷壁结构，过热器分高、低二级过热器，中间设喷水减温器，尾部设三级省煤器和一、二次风预热器。

我公司两台循环流化床锅炉返料系统锅炉厂进行了重新设计，4＃锅炉旋风分离器效率较3＃锅炉高，正常运行中，3＃锅炉炉膛差压在0.3kpa左右，4＃锅炉炉膛差压在0.8 kpa左右，最高时达1.4kpa。两台锅炉投运一年多，炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域对接焊缝处（标高9360mm）出现泄漏，其中，3＃锅炉出现一次，4＃锅炉出现三次，造成被-迫停炉检修，进行水冷壁管更换，影响正常生产，直接和间接经济损失都很大。三、水冷壁管磨损机理锅炉水冷壁管的磨损主要集中在三个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损；炉膛四周角落区域管壁的磨损；不规则区域管壁的磨损。

炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损原因：一是沿炉膛内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，对水冷壁管产生磨损；另一个原因是在过渡区域内由于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，对水冷壁管产生磨损。炉膛四周角落区域管壁的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（如温度计、差压计等处穿墙管等）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。

d0四、锅炉水冷壁管磨损、泄漏原因分析

,n5t0锅炉水冷壁管出现泄漏，停炉后，对锅炉卫燃带处筑炉部位、喷涂区域及锅炉运行记录进行了检查、分析。通过比较发现4＃锅炉磨损情况较3＃锅炉严重，磨损部位比3＃锅炉多，并且存在一根水冷壁管出现泄漏后，将邻近的水冷壁管吹坏。联系济南锅炉厂相关部门，并查阅相关资料，分析认为造成卫燃带处水冷壁管磨损、泄漏主要原因有如下几点：1、锅炉卫燃带处应注意避免出现“凸台”，包括水冷壁管对接焊缝打磨不平形成的“凸台”及卫燃带水冷壁管浇注料形成的“凸台”。如果出现“凸台”，使得下降灰流与水冷壁管形成了冲击角，不仅加剧对接部位的焊口和鳍片的磨损，而且还对邻近管子造成严重磨损。这是由于炉内循环物料沿水冷壁向下流过凸台时改变方向，直接冲刷水冷壁管子的某个部位，造成该处水冷壁快速冲刷磨损，尤其是水冷壁管与浇注料接触的两侧。

02、锅炉卫燃带水冷壁管火焰喷涂防磨区域出现局部材质掉落现象，致使水冷壁管产生了切割效应，加剧了管壁磨损，、锅炉运行中的烟气流速是影响锅炉水冷壁管磨损最主要的因素。研究表明，锅炉水冷壁管磨损量与烟气流速的3次方成正比关系。在锅炉实际运行过程中，锅炉运行人员担心流化不良，为了提高锅炉运行保险系数，常以较大风量运行，造成烟气流速过快，严重加剧锅炉的磨损，同时增加厂用电量。

五、锅炉水冷壁管泄漏预防措施1、为了避免卫燃带水冷壁管对接焊缝打磨不平形成的“凸台”及卫燃带水冷壁管浇注料形成的“凸台”。应加强锅炉安装及筑炉施工过程中的检查、验收工作，保证施工工程质量。

也可以对水冷壁管处浇注料炉墙改进性，将此处水冷壁管结合处下方悬空，不进行浇注，让下落的灰直接撞击浇注料。

同时，卫燃带水冷壁管对接焊缝设计时可考虑进行上移或下移，以避免在焊缝处形成的“凸台”，造成水冷壁管磨损。

02、定期对卫燃带水冷壁管进行超音速电弧喷涂。超音速电弧喷涂是目前国际上比较先进的喷涂施工方法，比普通电弧喷涂和火焰喷涂较理想，以电弧为热源，将熔化的耐磨合金丝材用高速气流雾化，并以高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。可以延缓磨损来延长锅炉运行周期，是一种技术经济性比较好的方法。为了保证超音速电弧喷涂的质量，应做好施工技术与管理、验收检测等过程中存在的一些技术问题。

3、锅炉运行调整

1）严格控制适宜的入炉风量，一次风在保证正常流化的情况下，合理调整一、二次风配比，一次风比例占50～60％，一次风比例占40～50％，降低烟气流速，减少水冷壁管的磨损。

（2）控制合适的炉膛差压、料层差压。料层差压偏高，流化风量增大，增加了锅炉水冷壁管的磨损和电耗。炉膛差压偏高，锅炉炉膛内灰浓度增大，增加了锅炉水冷壁管的磨损。（3）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和煤中配比的控制，入炉煤粒度最大不应超过13mm。

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4、如何尽早发现锅炉水冷壁管出现泄漏

由于循环流化床锅炉燃烧特性，决定了锅炉磨损存在的必然性，在采取措施减少、延缓水冷壁管磨损的同时，如何及时发现已出现泄漏的水冷壁管，避免更大范围的泄漏，结合锅炉运行情况，提出以下几点：（1）、锅炉给水流量与锅炉主蒸汽流量差值异常变大时，应及时对给水流量、蒸汽流量表计进行校验，确认流量表计显示的正确性。若表计无异常，此现象可作为判断水冷壁管出现泄漏最直接、简单依据之一。

（2）、锅炉运行中，应注意观察卫燃带附近炉墙是否潮湿、是否有泄漏声等来判断水冷壁管是否出现泄漏。中国电力联盟"（3）、如果锅炉燃用煤质相对稳定，可通过锅炉机组其他表计，如蒸汽、给水压力、引风机电流、排烟温度、返料器温度表计的变化，来判断水冷壁管是否出现泄漏。

小 结

由于循环流化床锅炉特性决定了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，随着锅炉运行时间加长，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，延缓锅炉运行周期，减少非计划停炉次数。如何在锅炉安全与经济运行之间选择最佳运行工况，有待于在今后的锅炉运行过程中，不断进行分析，总结经验，提高锅炉水冷壁管磨损控制和预防水平，实现锅炉安全、经济运行。 

循环流化床锅炉水冷壁磨损原因及防范措施2017-03-19 12:33 | #2楼

文章对循环流化床锅炉在运 行过程中水冷壁易磨损的部位及磨损原因进行了分析，介绍了应采取的相应措施，在实际运 行中对减轻水冷壁的磨损、保证机组的安全运行起到了一定的作用。 锅炉受热面磨损一直是电厂普遍存在的严重问题，尤其是循环流化床锅炉的水冷壁磨损更为 突出，其磨损导致水冷壁泄漏是煤粉炉的5～6倍，直接危害主要表现在以下两个方面：①使管壁减薄。循环流化床锅炉每运行2～3个月，水冷壁就磨损1mm～2mm,最严重部位有3mm ～ 4mm,甚至出现泄漏。严重影响了机组的安全运行，增加了电厂临时性检修和大修工作量，给 电厂造成了很大的损失。②发生突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常生产秩序，减少了发 电量，而且增加了工人的劳动强度和检修费用，直接影响电厂的经济效益。

为了提高循环流化床锅炉运行的安全性和经济性，减少机组的非停次数和泄漏事故的发生， 减少运行维护费用,提高机组利用率。必须调查分析其原因，对磨损现状采取科学有效的防 磨措施。

1 水冷壁磨损的主要原因

1.1 煤粒颗粒造成水冷壁壁面磨损

循环流化床锅炉在燃烧室内有大量的床料和循环物料，延长了煤粒在炉膛内的停留 时间，这些颗粒在从炉底布风装置出来的具有足够的速度、强度和刚度的空气流作用下，在 内部核心区向上运动，在外部环状区沿炉膛水冷壁向下回流，如图1所示。这些向下回流固 体粒子将直接冲击水冷壁管，造成水冷壁管快速冲刷磨损。另外由于煤燃烧时产生的大量灰 粉及烟气中含有大量的飞灰颗粒，在炉膛内部燃烧复杂动态过程中，猛烈撞击和高速冲刷水 冷壁管，使水冷壁壁面被磨损成不同形状的小平台，造成水冷壁壁厚磨损减薄。

1.2 因管束局部存在凹陷或凸起致使颗粒流动在此发生突变，进而对该部位造成 快速磨损

如安装和检修过程中水冷壁管连接的焊口存在折口、错口或焊口表面未打磨平整光 滑，筋片 、安装时的临时焊件未割净，水冷壁鳍片有凹陷或凸起部位未焊补打磨光滑，耐火材料接缝 处有凹陷或凸起，管子上下间隙不均匀，容易塞住大颗粒灰渣形成台阶。这些因素造成灰料 下滑时改变方向，局部将发生涡流，不但对焊口、筋片造成快速磨损而且还对附近的水冷壁 造成严重冲刷磨损。浇注料质量或施工质量差导致浇注料脱落，使水冷壁管裸露，从而受到磨损。 1.3 入炉煤颗粒度大，粒径分布远远超过设计值

在锅炉添加启动床料时，忽视了对床料粒 径的控制，直接使用锅炉排渣作为启动床料。这些因素造成了炉内炉料流化困难。为了缓解 流化不畅的问题，增加了一次风量。一方面使炉膛上部粒径偏大，造成对水冷壁的磨损加剧 。磨损量与颗粒直径的平方成正比。当颗粒的速度和与水冷壁的冲击角一定时，颗粒度越大 磨损量越大。另一方面，增加了一次风量烟速就会增大。对于飞灰浓度一定的烟气，烟速增 大飞灰颗粒对水冷壁管壁的撞击力、冲刷力加大，磨损加剧。磨损量与烟气速度成n(n≥3) 次方的关系。

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1.4 煤中的石块是加速磨损的根源

经过分析测试，物料中所含的石块的硬度是灰分硬度的 30～40倍，虽然石块数量所占的比例不足灰分的1/10，但石块所形成的恶果是灰分所不能及 的。经过对许多厂的考察得出了相同的结论，即去除原煤中的三块（石块、铁块、木块）， 特别是石块才是解决磨损问题的最有效的方法。

另外，炉膛密封不严造成烟气泄漏，运行时一次风风速和风量过大，播煤风、冷渣风过大， j阀风量和风压不合理，也是造成水冷壁磨损的原因。

2 水冷壁磨损的形式

由于燃烧室内各部位气固两相浓度、粒度、速度和方向等因素的不同，致使水冷壁磨损的类 别各异，大体可分为两大类：

2.1 冲蚀磨损

气流中夹带一定浓度的固体颗粒，以一定的速度对水冷壁进行冲击所造成的 磨损。此种磨损应被限定为颗粒冲击角度较大，或接近于垂直，水冷壁管面反复被颗粒冲击，产生塑性变形、疲劳与形变脱落，最终导致磨损量突升。

2.2 切削磨损

颗粒与水冷壁表面的冲击角度较小，甚至接近平行，颗粒垂直于水冷壁表面 的分速度使它锲入水冷壁，而颗粒与水冷壁表面相切的分速度使它沿物体表面滑动，两个分 速度合成的效果对水冷壁表面材质挖槽与刨削。这实质上是一种磨料磨损。

实际上，水冷壁大部分经受的是切削磨损，在产生涡流的四角、焊缝接口、浇注料平台等部 位，磨损形式还要复杂，其中兼有冲蚀、切削、疲劳磨损的综合过程。实践表明，炉膛内存 在凸起的部位磨损最为严重，若不采取防磨措施，连续运行1～2个月就会发生爆管事故。

3 水冷壁易发生磨损部位及防磨措施

意外的爆管会对电厂造成较大的损失，只有防患于未然才是最好的办法。经过多年的实践， 多次的调研、分析，总结出了水冷壁易发生磨损的部位及几点能有效防止磨损的措施。

炉膛水冷壁磨损主要存在于以下部位：炉膛四个角落区域，炉膛下部卫燃带与水冷壁的过渡 区域，不规则区域（如炉墙开孔处），炉膛出口侧墙，冷渣器回风口、给煤口，水冷壁鳍片 凸起或凹下去的部位，折口、错口、表面高低不一、不平整、不光滑的对接焊口。针对循环流化床锅炉水冷壁管的磨损原因和不同部位，可采取以下措施：

循环流化床锅炉水冷壁都是20g、25mng一类的优质碳素钢管，有好的焊接性能。若需要 补焊的凹坑或面较小，则采取补焊，补焊后能取得好的效果。

在补焊效果评估上，我们曾对一手工电弧补焊管运行效果进行了跟踪，运行4千多小时 后割管做性能试验，结果补焊管的各项性能指标同母材接近。

但是补焊必须讲究工艺，应采取小规范焊接方法。要选用小的焊条直径，小的焊接电流 ，断弧焊接，防止过热，以减轻焊接热影响区的影响，一般我们选用直径为2.5mm（或3.2mm ）的e4303（或e5015）焊条，焊接电流控制在80a～100a。同时要选择技术过硬的焊工施焊 ， 焊后要对高出管壁的焊肉打磨，使焊接部位管壁保持光滑，并且同其他管壁保持同一平面。

安装和检修中应消除水冷壁管对接接口处的折口、错口，焊口应打磨光滑、平整。鳍片处安 装时凸起的部分全部磨平，凹下去的部分全部焊补平直。安装时未割净的临时焊件或未打浇 注料的销钉，一定要清除干净并打磨光滑。

对卫燃带与水冷壁管交界处向上3.5m以内，炉膛四角向两侧各5根水冷壁管，不规 则区域（如炉墙开孔处）浇注料外1m内进行喷涂。喷涂前对水冷壁进行检查，如磨损严重 ，减薄比较均匀，面积大，壁厚已小于理论强度计算值的，应先做更换处理，再喷涂。局部 凹坑先补焊，打磨光滑，再进行喷涂。喷涂时首先采用喷砂对水冷壁进行表面粗糙处理。喷 砂完应进行质量检查，被喷砂的水冷壁表面粗糙度要适当而均匀，应在 rz40～80um范围内 。表面粗糙处理后的管壁应尽快进行喷涂，以防出现氧化而影响喷涂质量。

在喷涂水冷壁管时宜采用电弧喷涂。电弧喷涂在结合强度、喷涂效率、孔隙率、经济性和安 全性方面都优于普通火焰喷涂。喷涂时选用lx88a喷涂丝材，取得很好的效果。涂层与管壁 结合良好，硬度高，耐冲蚀磨损和颗粒磨损性能优越。电弧喷涂后涂层的物理性能如下：

结合强度：≥20mpa，是火焰喷涂层结合强度的2.5倍。

孔隙率： ≤2％

涂层厚度：0.7mm～0.8mm

涂层硬度：hrc 69

实践证明，只要掌握好喷涂工艺，控制好水冷壁管喷涂过程中关键环节的处理，喷涂后就可 取得很好的防磨效果。

在炉膛出口侧墙水冷壁管（从炉膛出口向炉膛内数1～15根）处加装防磨护瓦，材质选用 与风帽同样的材质（一般为1cr20ni14si2），既耐磨又耐高温。

对冷渣器回风口、给煤口处四周的水冷壁应先焊接防护瓦然后再焊接销钉，要有足够的 销钉数量和优质的焊接质量，最后打上耐火耐磨捣打料。选用的耐火耐磨捣打料必须是优质 产品，施工时必须严格按照锅炉及供应厂家的施工说明书进行施工，严格把好每一个环节。 在平时的检修中应采用不用烘炉材料的耐火耐磨捣打料，施工后采取用喷灯或火焊进行烘烤 ，使耐火耐磨捣打料外皮变硬，以加强此处的耐磨强度。

根据锅炉运行状况和运行时间，有计划的、合理的安排磨损状况检查。在备用停炉或停 炉检修时，应检查炉膛水冷壁的磨损情况以及炉膛密封是否严密，有无烟气泄露。磨损或掉 了的浇注料要及时修补，需补焊的部位要进行补焊，做到及时发现问题及时处理。

另外，解决磨损问题还得从燃料管理着手。严格控制入炉煤和石灰石的颗粒度，使之在设计 范围之内。添加启动床料时要控制床料的颗粒度，严格按设计要求进行筛选，不能直接使用 锅炉排渣。在运行中尽量减少冷渣风量，降低冷渣风压，减小一次风的风量和风速；调节j 阀风量和风压，防止因回料不正常，引起床面波动，从而能有效地减轻水冷壁的磨损。

4 结束语

通过采取上述措施后，对减轻循环流化床锅炉水冷壁的磨损有一定的效果，增加了锅炉运行 的安全性和经济性。但由于循环流化床锅炉固有的特殊内循环决定了对水冷壁的磨损是不可 避免的，只要锅炉运行，磨损总会发生。但在设计、安装、运行、检修中存在的一些问题大 大加重了水冷壁的磨损，这就需要设计人员、安装人员、运行人员、检修人员共同努力，减 轻这些因素对水冷壁的磨损，提高循环流化床锅炉运行的安全性和经济性。

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