锅炉各受热面防磨技术学士学位论文.doc

锅炉各受热面防磨技术论文合集

CFB锅炉的磨损形式、机理及防护措施初探

 [内容摘要]  本文综述了CFB锅炉各部位的磨损形式，分析了其磨损机理，并提出了有效的防范措施，均具有一定的代表性，对解决当今迅速发展的CFB锅炉运行中出现的磨损问题有一定的参考意义。
[关 键 词]  流化床、磨损、壁面流、涡流、浇注料。

一、前言
近年来，由于循环流化床（CFB）锅炉具有的燃烧效率高，煤种适应性广，负荷调节范围大，有利于环保等优点，而备受青睐，在我国热电行业得到了迅速的推广使用，但是CFB锅炉的磨损问题比较突出，严重制约了该炉型长期经济地运行。本文就长期在75t/h流化床炉实际检修工作发现的各受热面的磨损状况进行了总结分析，供同行参考借鉴，借以抛砖引玉，希望大家共同来研究探讨CFB锅炉的磨损问题。

二、CFB锅炉磨损概况
CFB锅炉的磨损主要发生在：膜式壁、过热器、省煤器、空气预热器、风帽及浇注料。
1、膜式壁的磨损
膜式壁的磨损位置主要是：与卫燃带交界处；下部密相区；膜式壁对接焊缝处；四角缝；与炉膛出口、看火孔浇注料相邻处；布风板与落渣管接合处；膜式壁上的凸起物处。
1.1膜式壁与卫燃带交界处及密相区的磨损
此种磨损方式比较严重，且较难处理。如果浇注料与膜式壁是如图一形式，那么沿膜式壁面下降的物料流（即壁面流）在碰到凸起的浇注料时，会改变流向形成涡流，使与浇注料相接处的管壁受到磨损而形成凹沟，形如八字胡，时间长了，管壁会逐渐减薄而泄漏。
防范措施：方法一，将凹沟补焊磨平后，贴紧管壁加焊防磨盖板，但运行一周后，会发现盖板与水冷壁上部焊接缝被磨开，并逐渐下磨，直至磨尽，同时管壁也因盖板凸台形成的小涡流而磨损减薄，看来加盖板的方法效果是有限的，需要定期维护和修补。
方法二，目前新型的CFB锅炉（如济锅75t/h炉466型），采用了将膜式壁折弯，使该处浇注料与膜式壁肋片形成上下一致的垂直平面，如图二：
这样物料流沿壁面平直下滑，消除了局部涡流区，使磨损量大大减轻，甚至基本看不出磨损。打卫燃带时，在浇注料施工完毕后拆模板时，一定要检查浇注料与折弯上部膜式壁肋片过渡要平滑，不能出现台阶或渗浆造成的棱角，可趁浇注料尚未硬化前及时修理，运行一个周期后，要在卫燃带上涂刷一层防磨涂料，以增强耐磨效果。但是此交界处以上1-2m处于密相区，管壁磨损量相对较大，经过2-3年的运行，下部管壁可能减薄到 2.0-3.0mm（标准壁厚5mm），如果不采取措施，此区域管壁的大面积均匀减薄将达到不得不割换膜式壁的程度，及早预防大面积减薄的最好办法是采用电弧喷涂法，在管壁上形成一层致密耐磨的合金涂层，可大大减轻交界处以上密相区膜式壁的磨损程度。但是我们看到有的电厂掌握不好喷涂高度，先喷了20-30cm，发现不行，又向上喷了20-30cm，我们在这里介绍一种方法，可用测厚仪从交界处在管壁上向上逐点测量，记录下厚度，你会发现越向下壁厚越薄，越向上越厚，到达某个高度上，厚度基本变化不大，此处即可选为喷涂的上限。我们采用了江苏南通高欣金属陶瓷复合材料公司提供的超高速高性能电弧喷涂技术，在有下煤口的一面膜式壁上喷了70-80cm ，（因为此侧物料浓度相对较高，磨损稍重）其余三面喷了50-60cm，目前运行一年后，涂层仍然完好铮亮，管壁未受任何磨损，只需要在每次停炉后把涂层上缘稍微打磨使其过渡平滑即可。经过处理后，膜式壁与卫燃带交界处及密相区的磨损得到了很好的除锈强度控制。新炉的喷涂最好在一个运行周期过后再进行，一则可磨掉微小不平处，二则可显示出重大凸起和凹陷处便于修补，三则使管壁光滑明亮。
1.2膜式壁对接焊缝处的磨损
膜式壁的垂直度对磨损程度至关重要，任何倾斜和壁面凸起物都将带来严重的磨损。我们在一次测厚中，发现一根管子下部向内倾斜，结果管壁减薄程度（剩2mm）大大超过其它管子（平均剩4.1mm）管子对接焊缝的小凸台也会导致焊缝被磨平并使焊缝上部管壁轻微减薄，如图三所示：
在一次泄漏停炉检查中我们发现，安装公司为了膜式壁对接，将肋片割开，管口对接焊好后，再将肋片焊好，但留下了一道道垂直方向的焊瘤凸起带，使物料流沿焊瘤形成的沟槽向下冲刷管壁，使管壁减薄而泄漏。可见膜式壁垂直面上必须保证绝对平直光滑，才能有效避免局部磨损的发生。但有一种特殊情况，如果在膜式壁上设置足够宽度的挡板或圈梁（个别电厂采用）却可使面壁物流远离管壁而使壁面冲刷磨损减轻，但磨损区域略为上移一段距离，仍有磨损，而且会明显降低物料与管子的对流辐射传热效果，从而降低了热负荷。
1.3 四角缝的磨损
膜式壁四角缝由于物料浓度相对较高，焊缝不平整焊道迸溅等因素，而出现局部磨损现象，因此每次停炉检查不可忽视四角缝的检查，要将焊缝打磨平整滑。
1.4与炉膛出口、看火孔浇注料相邻处的磨损、凸起物处的磨损
炉膛出口、看火孔的浇注料的边缘面应该刚好包覆膜式壁管子，如图4，这样可使物料流沿浇注料边缘面冲刷肋片，而不是冲刷相邻的管壁，浇注料施工时应注意这一点，一定要使浇注料边缘垂直平齐。由于膜式壁上的看火孔无甚用途，笔者建议：取消或减少看火孔的数量，拉直此处膜式壁。以消除局部涡流区。按照历次积累的经验，我们在CFB锅炉每运行3-4个月后例行检查，即搭脚手架至炉膛出口处，从上至下对膜式壁进行全面彻底的检查，每根管子都要摸查一遍，不放过任何凹沟和凸起。因为我们曾经因为锅炉安装公司遗留在膜式壁上的角铁头而出现了几次局部磨损泄漏停炉，犯了不该犯的错误。
因此，锅炉竣工后应认真检查。1.5布风板与落渣管接合处的磨损
CFB锅炉落渣管由于高温和渣料的磨损和来回膨胀，使其与布风板连焊处很容易开焊断裂，从而使渣料漏入风室，不但使一次风短路影响流化效果，而且落入风室的渣料小颗粒还容易堵塞风帽小孔。防治措施：每次停炉应注意检查，修补交接处断裂的落渣管；实践证明落渣管膨胀节膨胀量不够是交接处断裂的主要原因，我们采用在落渣管与水冷风室下层交接处膨胀节上再加一个金属波纹管膨胀节，彻底解决了断裂的问题。还可以在落渣管（风室段）上垂直方向焊上4-6道肋片，不但可增强落渣管散热效果，加热一次风，还可防止落渣管因受热不均产生的弯曲变形（油枪火焰直冲一侧），从而减轻与布风板焊接处的断裂程度。
2、过热器管子的磨损
从旋风分离器中心筒出来的烟气会因惯性偏向过热器室顶棚，因此对过热器上部管子冲刷较重，一般在此处顶棚上设一道高30cm宽20cm的圈梁和在过热器上部加防磨护瓦来防护。但为了保险起见，我们在过热器下部也增设了防磨护瓦，另外，每次停炉要认真检查管排是否整齐而无错排出列的管子。为防止烟气走廊的形成，我们在管排中间插上几根水平的不锈钢铁板固定好，强制使管排整齐，并在磨损严重的前三排管子上加焊护瓦，有效的减轻了磨损情况。
3、省煤器管子的磨损
省煤器管系最上边两排一般设计有防磨护瓦，可有效地保护下面的管子，但由于烟气的折流冲刷，应注意第三排管子的磨损情况，一旦泄漏，只有将泄漏的管子堵死弃用。省煤器管系与联箱相连的穿墙管段都设计有直形护瓦，一般正常运行2-3年后，会有少数护瓦磨穿，甚至磨透管子而泄漏停炉，因此，应注意停炉时定期检查，及时补焊或更换护瓦。另外我们还遇到过这么一种磨损导致泄露停炉情况，由于弯头护帘过长，直接抵到穿墙管护瓦上，由于护帘的导向作用，烟气颗料径直冲刷穿墙管直形护瓦，以致磨穿护瓦和管壁而泄漏停炉，如图5。处理方法是：将如图所示护帘最下段割去，减轻其导流作用，在直形护瓦上再加焊一层护瓦，并定期检查即可。
4、空气预热器管子的磨损
卧式空预器管子上口都应加防磨套管，因为离管口以下300-400mm处为最大磨损点，磨损后会造成送风外逸，风量减少，影响燃烧。而有的锅炉厂只为其中的一组空预器管箱配带防磨套管，造成未配带防磨套管的空预管箱子的磨损，应注意检查是否有此现象，并及时补加套管。
5、风帽的磨损
由于风帽处于沸腾的床料激烈的摩擦中，因此磨损较为严重。CFB锅炉物料流动的一个特点是炉膛中心的物流上升速度较快，接触四周膜式壁的物料流速较慢，且沿壁面向下流动（即壁面流）。上升中心流与下降环流在炉内形成"内循环"，因此布风板边缘上的风帽朝向炉墙的一侧磨损相对偏重，且靠近下煤口和返料口处的风帽磨损更为严重些。笔者提出一个合理建议：在三个下煤口以下1米处将浇注料筑成一凸球状，使下落的煤粒碰溅到凸球处而扩散开，可以使煤粒扩散范围加大，有利于流化燃烧更充分。同时，使风帽磨损更均匀些。凸球还可阻止上窜火焰使煤结焦堵塞下煤口。笔者还建议：将风室中间隔板割开相通（但要避开风道进风口），使左右风室压力均等，防止因风门误关导致布风板上风力不等流化不均，造成燃烧不好，磨损不均的现象，而且还可通过割开口便于检修检修。在风帽类型的选择上，可以选用迷宫式钟罩型风帽，此种风帽对帽顶的冷却能力好，使用寿命明显延长。风帽顶形式最好采用子弹头式或菌状式。
6、浇注料的磨损
浇注料磨损最厉害的地方是炉膛出口至旋风筒之间的水平过渡烟道的顶棚和旋风筒的顶棚，往往被烟气冲刷成蜂窝状，很容易脱落。可以在此水平过渡烟道外侧炉墙上自行打开并砌筑一个小型人孔门，运行时用耐火砖堵死，检修时可通过此人孔门直接进入水平过渡烟道内对上述顶棚的浇注料进行修补，而无需搭架，顶棚如严重脱落的需编织不锈钢骨架用可塑料重砌。同时要注意检查中心筒的磨损情况和椭圆度情况，并及时清除筒壁上的挂渣，以保证良好的烟尘分离能力，从面减轻对尾部受热面的冲刷磨损。
安装时，中心筒的中心线与返料器中心线应重合，否则，中心的偏移将影响分离的效果，导致烟尘排出浓度增加，加大尾部受热面的磨损。
另外，为防止中心筒吊挂的上边缘变形（因重力、温度而向内收缩甚至断裂），在安装时应适当增加连接中心筒和八卦梁圆环的不锈钢带铁（材质:1Cr25Ni20Si2）;中心筒内上部增加一道十字不锈钢支撑。在焊接不锈钢时，要注意不要错用焊条，应使用耐900-1100℃高温的A402焊条，焊后应保温退火。对埋在浇注料内的不锈钢网格，浇注前应涂刷δ=2mm的沥青，防止膨胀导致浇注层脱落。
7、影响磨损的另外几个因素
7.1 燃料的配比
劣质煤、煤矸石、掺炉渣及灰分大的煤，燃烧时烟气中灰浓度高，对受热面的磨损将增大，而且锅炉的热效率也相对较低，因此使用合适的煤种对磨损和热效率都有利。
7.2 颗粒度
当燃料颗粒度较大时，密相区燃烧份额增大，对风帽和下部膜式壁的磨损增加。
7.3 送风、引风
当燃料粒径一定时，风速增加，引风加大时，则烟气流速增加，密相区燃烧份额下降，对上部膜式壁磨损增加，因为磨损量与烟气流速的3.6次方成正比。
送、引风是一个相对稳定的平衡状态，使炉膛负压维持在-20—-100Pa,若引风过大，则烟气夹带颗粒浓度增大，增加尾部受热面的磨损。

三、结束语。
总之，CFB锅炉的磨损问题经过我们多年来的摸索治理，泄漏事故率显著下降，使CFB锅炉的连续运行时间一般可以达到3-4个月，甚至更长，收到了良好的效果和经济效益，以上观点和经验仅供同行参考。

[参考文献]
1、循环流化床锅炉理论设计与运行。北京中国电力出版社      1998.5
2、锅炉运行  辽宁省电力工业局   1995.3

CFB锅炉耐火材料设计思路

1、 好的耐磨性
    磨损机理：脆性断裂、晶体结构剪切变形
    最初由于断裂所至，随时间延长，晶体结构剪切起主导作用
    一般耐压型提高，抗磨性提高
    一些剧烈磨损部位采用耐磨性<5cc的高耐磨材料
2、良好的抗热冲击破坏能力
    起、停炉、烘炉经历了较大的波动，因此其热震稳定性也是一个很重要的指标，热震稳定性与材料的结合方式、导热系数、热膨胀系数、临界颗粒有较大的关系。
3、较小的重烧线性收缩率
    耐磨、火材料都直接接触于金属构件上，在采取了防膨胀措施后不应有较大的重烧线性收缩，否则造成耐火材料有崩裂以极大裂缝的产生。乃外温差>40~50℃。
4、较高的使用温度以及特殊部位的特殊要求
    最低工作温度不低于1500℃
    水冷、汽冷旋风筒选择满足施工要求的耐磨、火可塑料
    水冷风室由于初始点火温度较高，必须选择耐火度较高的耐火浇注料或可塑料
CFB锅炉旋风分离器耐磨损处理
    两台燃用福建无烟煤的DG35/3.82－17型CFB锅炉累计运行达2586lh和2560lh，先后更换三次旋风分离器中心筒和出口转向室，并对筒体耐磨可塑料进行两次修补，费时费力又耗财，影响正常生产。锅炉额定蒸发量35t／h，过热蒸汽出口压力3.82MPa，过热蒸汽出口温度450℃，锅炉设计热效率82.74％，燃料颗粒度≤8mm，分离器入口中心标高 24782.5mm。
    结合CFB锅炉的燃烧机理，根据磨损情况分析认为，分离器的磨损是受到含尘烟气的高速撞击和冲刷而造成的，是一种冲蚀磨损。主要是在设计时，低估了分离器恶劣的工作环境，没有充分考虑中心筒和出口转向室的磨损问题（其内壁没有衬任何耐磨材料），使高速的含尘烟气直接冲刷、撞击金属元件而造成严重磨损。
在充分调研的基础上，借鉴其他锅炉的成功经验，采用龟甲网+纯刚玉耐磨耐火可塑料对分离器进行技术改造：①打掉分离器人口处、筒体内壁敷设的耐磨可塑料表面层，露出销钉，在销钉上焊接规格为 20mm x 2mm的龟甲网，再敷设一层厚度为25mm的纯刚玉耐磨耐火可塑料；②对中心筒和出口转向室磨穿部位进行修补，然后在其内壁焊接龟甲网，再敷设23mm厚的纯刚玉耐磨耐火可塑料（中心筒和转向室金属部分仅起支架作用）；③对分离器出口连接烟道也采用龟甲网十纯刚玉耐磨耐火可塑料处理。
    经上述处理，并累计运行5048h、4826h后对分离器进行检查，除分离器人口、迎流面和中心筒法兰处及中部有数处面积为10-30mm2左右的可塑料表面涂层脱落外，绝大部分耐磨耐火可塑料表面仍光滑如初，没有明显的磨损痕迹。这表明，虽然烟气速度有所增大，但由于分离效率的提高，使飞灰浓度和颗粒度均大幅度降低，并且纯刚玉耐磨耐火可塑料的耐磨性能远远好于12CrlMoV钢和310S耐磨耐热不锈钢。
FW技术导向风帽式循环流化床锅炉磨损问题分析及技术改造方案（本文图已丢失）
水冷壁的磨损是CFB锅炉中与材料有关的最严重的问题之一。在CFB锅炉炉膛内，典型的流体动力学结构为环－核结构。在内部核心区，颗粒团向上运动；而在外部环状区，固体颗粒沿炉膛水冷壁向下回流。环状区的厚度从床底部到顶部逐渐减薄，其平均厚度从实验装置的几毫米到大型CFB锅炉的几十厘米。固体物料沿水冷壁的向下回流是水冷壁产生磨损的主要原因。水冷壁的严重磨损与回流物料量的大小和方向突然改变有密切关系。通常方向突变的部位有：1、水冷壁卫燃带转折处；2、膜式水冷壁管对接和表面缺陷焊接不良，有毛刺、突起等；3、水冷壁其它地方有凸起的部位。因此炉内水冷壁的磨损可分为四种情形：卫燃带与水冷壁管转折区管壁的磨损、炉膛四角和一般水冷壁管壁区域的磨损、不规则区域管壁的磨损和炉膛出口管壁的磨损。后两种情况给电厂带来的磨损危害较小，故不探讨。下面结合FW技术导向风帽式循环流化床锅炉重点探讨前两种情况。

2－1 炉膛下部卫燃带与水冷壁转折区域的管壁磨损
随着CFB锅炉的用量加大，投运日期变长，国内运行的CFB锅炉在炉膛下部卫燃带与水冷壁管壁交界处的磨损现象越来越严重。国外各主要CFB锅炉制造公司（ABB-CE,Foster Wheeler,Ahlstrom,Lurgi,Circofluid）等生产的锅炉也都发现了磨损现象。
这类磨损的机理有以下几个方面:一是在该区域内壁沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运行方向相反，因而在局部产生涡漩流；二是由于沿壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁产生磨损（如图所示）。水冷壁与卫燃带交界区域内水冷壁管壁的磨损并不是在炉膛四周均匀发生，而是与炉内物料总体流动形式有关。

图　　循环流化床锅炉耐火材料与水冷壁管转折区域的磨损机理

现有的防磨措施为：
1、采用让管设计。该设计在一定程度上能预防水冷壁的磨损，但是仍存在许多问题，如让管与非让管的结合问题、施工难度大焊口多、不能防止风室漏灰和从技术上根本改变水冷壁及风帽磨损的原因等。
2、采用厚壁水冷壁管，在420t/h及以上容量的锅炉上管壁由Φ51×6改到Φ60×8。
3、在水冷壁上加焊鳍片来破坏向下流动的固体料流，从而达到防磨目的。实践证明，效果不是很理想，极易产生新的磨损点。
4、在卫燃带以上3m-5m（东锅设计的130t/h锅炉后墙虽然耐磨耐火可塑料高达16.308m，但在离卫燃带3m甚至接近5m的高度内水冷壁管子冲刷也相当严重，特点是磨损区域不固定，个别管子的磨损呈刀削磨痕，深达2mm以上）的范围内对水冷壁管壁进行超音速电弧喷涂，喷涂防磨防腐金属合金材料，以延长使用寿命。在运行的多数CFB锅炉电厂中，实践证明该方法是目前解决燃烧室水冷壁防磨的技术含量较高、解决时间较短而且很经济的方法。金属表面喷涂能防止磨损主要有两个方面的原因：第一，涂层的硬度较基体的硬度大；第二，涂层在高温下会生成致密、坚硬和化学稳定性更好的氧化层，且氧化层与基体结合更牢固。我公司防磨喷涂技术领先，材料先进，已为多家电厂施工并受到用户青睐。
对于燃烧室内水冷壁接口焊缝处，如果凸凹不平，不仅加快连接部位的焊口和鳍片的磨损，而且还对附近的水冷壁管子造成严重磨损。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。同样，鳍片处由于安装时向外凹陷，此处物料碰撞发生转向将鳍片两侧的水冷壁磨损。为了减轻水冷壁严重磨损，在水冷壁上应避免有凹凸不平的情况，向火面焊缝要磨平，保证光滑，鳍片处应避免安装时向外凹陷，即使一个尺寸很小的焊接凸凹缺陷，也会加速该处水冷壁管子的磨损。

2－2 炉膛四角和一般水冷壁区域的磨损

在许多已运行的FW型导向风帽式CFB锅炉中，发现炉膛四角区域和一般水冷壁磨损问题相当严重，因之停炉的比例高达90％左右。磨损部位不仅只在卫燃带以上两米以内，而且还出现在更高位置。其特点是磨损位置不固定，随风帽堵塞及损坏程度、设计因素、运行方式和燃料特性的不同而变化无常，一般防治措施很难凑效。并且排渣不流畅，严重影响了锅炉的经济和安全运行．如某厂自2002年运行以来，仅因水冷壁磨损事故，一年下来就达20余次/台，损失是多么巨大！究其原因主要有以下几点：
一、角落区域内沿壁面下流的固体物料浓度较高，同时流动状态易受到改变；
二、汇集在四角区域的颗粒比在一侧水冷壁边的颗粒对金属表面碰撞造成冲击磨损的机会大；
三、“Γ”型风帽的影响（这一点下个专节具体说明）；
四、由于流化不良或局部射流所引起的磨损。“Γ”型风帽因磨损损坏后，在密相区就产生局部高速射流，射流卷吸的床料颗粒便对较高位置的水冷壁受热面形成直接冲刷而导致磨损，并且较高磨损的位置，总位于风帽易磨损的前、后墙与两侧墙交接处。
五、由于锅炉采用定向风帽，两侧排渣，定向送风时造成两个旋转方向相反的旋流，造成了炉内底部循环回料系统的气－固两相流动力场紊乱，在风帽上部形成涡流区，导致流化不良，飞灰含碳量高,加重了四角的磨损速率。在循环物料的转弯处，大颗粒物料产生偏析，因而使旋风分离器对侧水冷壁部分的磨损较为严重。
六、运行参数的影响。在运行中要注意控制风量，降低烟气流速，控制床料和煤粒的筛分比，减少灰粒子浓度和粒径，降低磨损。

第三节 布风板Γ型风帽的磨损
--是造成炉膛水冷壁磨损的最直接原因

某电厂2＃CFB锅炉在运行2个月后，曾出现定向风帽磨损过半约500个的严重事故，磨损严重的风帽上部倾斜段全部磨损，利用备件部分更换和补焊。3个月后，因爆管停炉检查发现风帽又损坏260多个，最严重的风帽水平段包括浇注料以上部分全部磨损掉。分析其原因有：
1)、由于锅炉采用定向风帽，定向送风时造成两个旋转方向相反的旋流，造成了炉内底部空气动力流场紊乱，在风帽上部形成涡流区，导致流化不良，飞灰含碳量高（如山东某220t/h的CFB锅炉采用FW技术导向风帽，飞灰含碳量高达34％）。再加上此区域煤粒、灰渣浓度高，粒度大，流速快，所以磨损十分强烈。采用定向风帽在设计上使后排风帽的喷口直接对前排风帽“头部”吹扫，直接形成冲击磨损。运行时间稍长，颗粒就很容易将前排风帽的帽顶及帽身“削”掉而形成射流。这样一来，又进一步加剧了空气动力流场的紊乱，即影响了流化质量，又增加了风帽的磨损。
2）、定向风帽的另一个弊端就是风帽壁太薄（厚度仅为4.5mm），不耐磨损，设计不合理（只照搬FW公司的技术，不考虑中国综合利用电厂燃煤煤质、矸石磨损等的实际情况）。在正常运行，造成大量床料漏入风室，尤其是风帽磨损后情况更为严重。造成的后果有：①一次风重新吹起床料高速通过风帽，严重磨损风帽水平段；②严重影响流化质量，影响安全运行；③严重时压火清渣。
3)、按FW技术，带导向风帽的布风板在100%MCR下设计阻力大都在5kPa以上,设计值过大，造成选用风机的压头过高，增加电耗。同时布风板开孔率又偏小（如某电厂布风板开孔率仅为3.17%），使得小孔流速过高（有的达到60m/s，大大超过一般循环流化床锅炉的设计值35m/s。如某一改造的电厂风帽小孔流速约为68m/s），从而造成风帽大面积磨损，厂用电率偏高(在20%左右)。
4）、运行参数调整不当。如一、二次风量配比，上、下二次风的配比，风煤配比，床温，燃烧工况，物料循环倍率偏离等因素。

第四节　　　技术改造方案

鉴于以上分析，我公司认为造成FW技术导向风帽式循环流化床锅炉今日现状的根本原因就在于锅炉布风系统设计不合理，采用定向风帽和以后改用的钟罩式风帽，其设计阻力均偏大，流速过高，气-固动力场改变，致使磨损严重。该炉型采用的定向风帽和钟罩式风帽都是引进美国FW公司专利技术生产的，其技术是成功的。但风帽分为几个流派，每种流派的技术各有其优缺点。结合各电厂的实际情况根据煤质、运行工况、布风板设计特性等，对布风板、风帽和炉膛底部进行必要的技术改造，是这类锅炉改变现状的极为理想的方案--即有效防止磨损，减少停炉次数，提高运行经济性，又达到大幅度降低厂用电的目的（某电厂改造后，仅一次风机就降低了10A，电压为6kv）。
鉴于其风帽固有的缺点，因此应改变风帽的结构形式，改为侧孔式风帽。这种风帽已经用户实践，证明其磨损最轻，布风最均匀，应用最广。某电厂在改造十个月后停炉检查发现，原来较易磨损的区域都还基本保持原状，从没因磨损原因造成停炉检修事故。我公司技术改造设计主要优点有：
1、从结构上讲，可使布风更加均匀，有效改善流化质量，促使底部粗颗粒的扰动，避免底料沉积，减少灰渣含碳量，从而提高锅炉热效率；风帽开孔采取向下倾斜的方式，可有效防止风帽漏灰渣现象。
2、风帽材质采用耐高温、耐磨损的高强度合金铸钢。风帽顶部及其主要磨损区采用加厚方式（厚度可根据用户要求定做），大大延长了风帽使用寿命。
3、风帽小孔均匀开布，且向下倾斜，因此它不会直接“伤及”其它风帽，相应延长了风帽使用寿命。
4、排渣方式可有两种选择。一是两侧外排渣，风帽向两侧倾斜一定角度。二是改为炉底排渣（若炉底有一定空间的话）。布风板作相应改动，侧墙亦同时作相应改动。
实践证明，该技术方案无论在技术上，在解决问题的根本上，还是在安全经济性上，都是电厂最佳的选择。

第五节　　　CFB锅炉的调试与性能测试

5－1　　冷态试验

1、CFB锅炉风量标定试验
包括一次风、二次风的机翼型流量测量一次元件的差压与流量的关系进行试验标定，得出各一次流量元件的流量系数、流量与差压的关系曲线、温度变化后的补偿修正式等内容。
2、CFB锅炉冷态流化特性试验
内容包括测量两种不同的料层厚度（500mm、650mm）时的临界流量风量、测量布风板的阻力特性并得出冷态与热态计算公式。布风装置布风均匀性检查和料层阻力特性试验。最后作出相关的关系曲线和关系图。

5－2　　热态调试与测试
内容包括：
▲风煤调整，找出最佳风煤配比；
▲物料循环系统的调整试验，保证系统运行正常；
▲测试尾部烟道烟气含氧量、CO及过量空气系数等，以此来调整运行方式，提高锅炉燃烧效率；
▲锅炉各主参数的调节与选择。包括床温、料层差压、炉膛差压、返料、风量等。
5－3　　CFB锅炉热效率试验

完成在最大负荷和70%MCR工况下的两个锅炉热效率的测定试验。求出热效率，找出提高锅炉热效率的途径。作出评价，并给出最佳参考运行参数。

电厂风机叶轮表面防磨强化技术及应用

 键词：风机；磨损；陶瓷叶轮

1. 叶轮常用防磨技术的特点和问题

1·1 叶轮常用防磨技术的特点

为了延长风机服役周期，降低发电成本，国内的燃煤电厂对排粉风机、引风机叶轮几乎无一例外地要实施防磨处理。目前仍在采用，且具有一定效果的可分为热态和冷态两种防磨技术。实践证明，仅就叶轮的防磨效果而言，前者优于后者。电厂风机叶轮常用防磨技术的分类和特点见表
电厂风机叶轮常用防磨技术的分类和特点
1.2 热态防磨技术存在的主要问题

1·2·1 裂纹倾向大

在对刚性或规格大的整体叶轮进行较大范围的堆焊和喷焊防磨处理时，因热输入量大，工件受热不均所形成的热应力，会诱发叶轮上的承载焊缝产生裂纹；在高强度、低韧性的堆焊耐磨焊道和焊层上必有裂纹产生；在防磨工艺不当时，堆焊耐磨焊道上的裂纹极易向叶轮的母材中扩展；经多元共渗的护板，其周边近缝区因渗入元素的污染及硬度值偏高，很不容易清理干净。该区域打磨得过浅或过窄，护板组合焊接时难免出现裂纹。打磨得过深或过宽，又将影响到防磨效果。

1·2·2 变形无法控制

刚性或规格小的整体叶轮在进行热态防磨处理时，无论采用对称施焊，刚性固定等工艺措施，均不能有效地控制叶轮的变形。而叶轮的尺寸及叶片的型线得不到保证，将对风机的运行带来不利影响。

1·3 冷态防磨技术存在的主要问题

1·3·1 防磨效果有限

粘涂技术、火焰喷涂和电弧喷涂仅适应于引风机叶轮，但其效果不佳；高速电弧喷涂引风机叶轮的效果有限；喷涂工艺应用在排粉风机叶轮上几乎没有成功的实例。

1·3·2 耐磨保护层不牢固

粘涂耐磨层和镶嵌陶瓷,因其物理性能、结合强度及结构形式的限制,当叶轮在一定温度下高速旋转时,易脱落和发生崩裂。

2. 陶瓷耐磨叶轮的关键技术

2.1 MD-Ⅲ航空级高强韧性胶粘剂简介

氧化铝陶瓷是已发现的最硬的无机化合物之一，具有一般金属耐磨材料难以比拟的抗磨损性能。显然，只要通过一种可靠的冷方法，将超耐磨的氧化铝陶瓷复合连接在风机叶轮上，便可完全克服叶轮由常用防磨技术处理后所导致的裂纹、变形、耐磨效果不理想和耐磨层不牢固这几种弊端。

目前燃煤电厂在煤粉管道和弯头、煤粉分离器锥体等静止部件和设备上，采用粘接氧化铝陶瓷元件进行防磨处理已经比较普遍。而把耐磨性优异的氧化铝陶瓷应用在承受交变动载荷、有一定温度、线速度大和可靠性要求高的风机叶轮上，虽早就有所尝试，但成功的范例很少。要在高速旋转的叶轮上牢固地粘接氧化铝陶瓷元件，绝非是一项简单的技术。利用自蔓延高温合成技术、拱形原理、陶瓷橡胶复合工艺和焊接等方法，将氧化铝陶瓷与叶轮上的平、弧面进行大面积复合连接，即不现实、不可靠亦不经济。其实在二十多年前国外的一些公司，便采用粘接技术将工程陶瓷十分成功地运用到了电厂风机叶轮上。由经验和教训可知，氧化铝陶瓷的耐磨性决定叶轮的使用寿命，而胶粘剂的强韧性则决定了叶轮运行的可靠性。因此高强韧性胶粘剂是粘接型陶瓷耐磨叶轮关键技术中的核心内容。

根据电厂风机叶轮的工况条件，现场施工环境的要求，MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂对钢和陶瓷都应有优良的粘接性，工艺性和触变性；可在室温下固化；具有相当高的强度和韧性；具有较高的耐热性和耐老化性；完全能在风机正常的工况和温度条件下长期可靠地工作。

在MD-Ⅲ高强韧性胶粘剂的研制中，以巩固其拉伸强度和拉伸剪切强度为基础，摒弃传统的增韧改性材料，通过组织变量系列试验，选用能参与固化反应、相容性好、含有新型活化韧性因子的增韧剂，使胶粘剂的分子结构中不但包含有增韧效果显著、耐老化性好的封端基因，而且还包含有许多柔性链段来缓解脆硬性。即改善了胶粘剂的冲击韧性和固化时的内应力水平，又使其耐热性（玻璃化温度Tg）和模量维持不变。

火电厂锅炉水冷壁管防腐耐磨研究
摘要：火力发电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理复杂，它与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关。防止水冷壁高温腐蚀和磨损的常用方法有两类，即非表面防护方法和表面防护方法。本文针对广东沙角 B 电厂 3# 炉，本公司采用超音速电弧喷涂 45CT 合金涂层工作寿命已近四年，认为积极采用热喷涂技术是火电厂锅炉水冷壁高温防腐耐磨涂层最可靠的解决方法。
关键词：锅炉水冷壁 高温腐蚀和磨损 超音速电弧喷涂

一、引言

锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：

(1)使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为 1mm 左右，严重的可达 5~6mm 年，形成安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性检修和大修工作量，给电厂造成很大的经济损失。
(2)发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值，而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响。

锅炉运行过程中，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，在高温下对水冷壁构成腐蚀。这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在，我们在各火电厂的锅炉定期检验中经常遇到，只是程度不同而已。广东沙角 B 电厂由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重，由此带来的爆管、换管损失惨重。同时，煤燃烧时产生的大量灰粉，在锅炉内部燃烧的复杂动态过程中，猛烈撞击水冷壁，对水冷壁工作面产生严重切削，使水冷壁管工作面被磨损成不同程度的小平台，造成水冷壁壁厚的实际减薄，容易导致水冷壁管在高温下强度不够而爆管，其危害作用同高温腐蚀一样严重。因此，需要我们寻求一种解决的技术方法，增加水冷壁的抗磨损能力，以延长水冷壁的使用寿命。

二、水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理。

水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理是很复杂的，简言之，与下列因素有关：(1)炉膛火焰温度；(2)燃煤的含硫量；(3)烟气与灰分颗的冲蚀。锅炉运行过程中，炉温可高达1600℃以上，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，水冷壁普遍遭受高温腐蚀。参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2 、SO3 、H2S 、HC 1 、碱金属盐及钒盐类，是多种化学物在各种温度下共同对管壁进行的复杂的动态腐蚀过程。其中，硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素，一是烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生的腐蚀，含硫物在金属高温下产生单原子硫，硫与管道中的铁反应生成硫化铁(Fe+S → FeS)；二是由不可燃硫在高温作用下生成硫酸盐混入灰分熔敷于管壁表面，但不再具有水冷壁管所要求的各种良好的高温机械性能，实际上导致水冷壁管有用壁厚的减薄，从而其有效承载能力不断下降，由此形成腐蚀。另外，高温烟气裹着可以大于8米/秒的速度冲击管壁，烟气的腐蚀和灰分颗粒的冲刷在金属表面交替进行，造成管壁减薄。

三、防止水冷壁高温腐蚀和磨损的途径。

意外的爆管则会造成较大的经济损失，电厂为减少爆管，投入了大量人力、物力加强对水冷壁的监测和更换，但是监测未取得任何实质性的效果，换管则将大大增加生产成本和维修费用。只有防患于未然才是最好的办法。 分析清楚了水冷壁高温腐蚀的产生原因，就可采用有效的方法来进行防止，常用方法可以分为两类，即非表面防护方法和表面防护方法。非表面防护方法有：

A. 采用低氧燃烧技术。
B. 尽可能使各燃烧间的煤粉浓度均匀。
C. 合理的配风及强化炉内的湍流混合。
D. 控制适当的煤粉细度。
E. 避免出现受热面壁温局部过热。
F. 在壁面附近喷空气保护膜。
G. 加添加剂。
H. 控制合理的炉膛出口烟温。
I. 对易产生高温腐蚀的煤种采用抗腐蚀高温合金。
J. 采用烟气再循环。
K. 对受热面的设计布置合理，以避开高烟温区和高壁温区出现。
L. 对易腐蚀区加炉衬防护。

非表面防护法的共同之处在于，一定程度上可以减轻水冷壁的腐蚀，但并不能真正做到防止其腐蚀。而且有些方法在实际运行中会因为各种原因而不能有效地实施，甚至个别方法还存在争议，如炉衬防护，不但影响燃烧室吸热能力，还会使腐蚀复杂化。故有必要寻求其它效果更好的表面防护方法。

对受腐蚀构件表面覆盖耐腐蚀的隔离层，是最直接有效的防腐措施，属于高温腐蚀的表面防护方法，主要

(1)涂刷法：涂刷的涂层塑性、热膨胀性等不能适应锅炉内环境及脱硫装置，使用中易产生脱层，难于实际应用。
(2)电镀、热渗镀：镀层的覆盖性及结合度较好，但受工件尺寸限制，镀件在现场拼焊中镀层也会出现薄弱环节，降低使用性能。无法对已有设施进行再次防腐。
(3)热喷涂：适合现场操作，涂层材料选择范围宽，组合方式多，能提供多种性能涂层，对已有设施的未防护部分进行追加防护，已防护部分进行再次防护。

超 音速电弧喷涂技术利用了流体力学中的“拉瓦尔原理”，使喷涂时的粒子速度真正超过了音速。我们通过对该技术的引进，特别是针对喷涂设备笨重、庞大、不利于现场施工的缺点，进行大胆的设备结构改造和功能完善，达到的突出特点是现场实用性强、喷涂性能好、涂层质量显著提高。与普通电弧喷涂和火焰喷涂比较，其技术指标有如下区别：
由于超音速电弧喷涂技术的先进性——离子喷射速度快(比普通电弧喷涂快4倍)，其技术性能比普通电弧喷涂有本质的提高，改善了涂层的孔隙率、颗粒度、结合强度等性能，增加了涂层厚度调节范围及可利用的涂层材料选择范围，可以大大拓展电弧喷涂的应用范围。

但原有超音速电弧喷涂的应用还几乎停留在普通电弧喷涂技术的基础上，只是简单地利用其性能的提高，基本上处于一种被动应用的状况。比如喷涂材料，仍然沿用原有电弧喷涂用丝材，没有针对超音速电弧喷涂技术的先进性专门开发新型涂层材料，我们投入了大量人力、物力、财力对其进行了进一步研究，开发出了MC锅炉四管专用涂层、 NiCr/Cr 3 C 2 、 NiCrAiFe/Cr 3 C 2 、 45CT 系列喷涂材料，增加其在电力系统的现场实用性，最大限度地利用该技术的先进性，实现良好的表面涂层。

四、超音速电弧喷涂45CT合金的应用

对水冷壁的防高温腐蚀和磨损各种方法综合考虑，我们认为，比较理想的方法是采用热喷涂技术。经过一系列的准备工作，于1999年5月广东沙角B电厂3# 炉大修期间，我们对其水冷壁进行了防腐耐磨超音速电弧喷涂。 钢铁材料的表面防护涂层分两大类。一类是隔离涂层，如电镀铬、油漆及有机涂料；另一类是阳极涂层，如电镀锌、热浸或喷涂45CT合金作为牺牲阳板仍对该处表面钢铁具有防腐蚀保护作用，避免孔隙腐蚀、保护层下腐蚀及由此引起涂层的脱落，阳极涂层还兼有隔离涂层作用。

选择防腐蚀涂层材料除考虑其阳极性外(即选择阳极电位低于钢铁的金属成份)，还应要求其热膨胀系数接近钢铁材料，具有良好的塑性，以避免脱层，材料还应具有一定的抗冲蚀能力。对选择的一种或几种材料应进行喷涂试验、性能试验和对比试验等。

对于水冷壁防高温腐蚀和磨损喷涂，我们开发的喷涂材料是自发放热型材料45CT，喷涂后涂层与基体金属表面产生原子扩散，形成冶金结合，