CFB锅炉水冷壁磨损因素和形式及防磨防爆措施

1、水冷壁磨损主要因素
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，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。
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防爆措施

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CFB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。

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。

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。

  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。