“抗涡流护瓦总成”在循环流化床锅炉水冷.doc

抗涡流护瓦总成”在循环流化床锅炉水冷壁管上的防磨应用
王来祥1，钱明煜2
(1.辽阳大祥防磨器材有限责任公司，辽宁辽阳111200；
2.浙江山鹰集团热电公司 ，浙江310015)
1循环流化床锅炉水冷壁管磨损机理
    炉膛内，在一次风、二次风的作用下，烟气伴随着固体颗粒冲向炉顶后，固体颗粒沿水冷壁 管向下回流(自由落体运动)，使水冷壁管正常磨损。但是，如果回流物碰到凸台而突然改变 方各，即形成旋风状涡流时，对水冷壁管就造成不正常的磨损，严重的2～3个月，就可能磨 穿水冷壁管。
    大大小小的凸台，是造成水冷壁管涡流磨损的主要原因。凸台产生的原因：一是水冷壁表面 缺陷或焊接处缺陷形成小凸台。二是水冷壁管焊接处打磨不好形成小凸台。三是水冷壁管卫 燃带浇注料形成的凸台，这个凸台，由于浇注料材料本身强度不同，各锅炉厂生产的CFB锅 炉的结构形式不同，以及施工单位工艺不同，凸台的大小也不一样，一般为40～100mm。总结用户的经验发现，这个凸台无法消除。而且凸台的大小，对凸台上缘水冷壁管轴向磨损 长度即磨损段有线性关系，凸台厚度大，水冷壁管磨损段也增高。据锦西二热电的技术人员介绍，该厂使用济南锅炉厂早期产品，75t/h循环流化床，凸台为40mm。水冷壁管磨损段为凸台上缘150mm段。但是，有的厂家磨损段为凸台上缘1000mm段，对应的凸台厚度为80mm。有的厂家凸台厚度为100mm，而磨损段却高达3000mm，这是因为循环倍率高造成的。一般情况下，循环倍率越高，磨损段越高。
    水冷壁管的径向磨损的规律是最大磨损部位在弦顶，而弦底两侧磨损较轻。
2现行的防磨措施
    铁铝瓷护瓦耐磨寿命长，但本身形成凸台，安装护瓦的部位防止了磨损，没安装护瓦的部位 ，由于护瓦本身的凸台又造成涡流磨损，使磨损上移。所以护瓦不能单独用在水冷壁管的防 磨上。
    水冷壁管的防磨措施目前国内外使用的是在水冷壁管上喷涂耐磨合金。近年来，无锡、杭州 锅炉厂采用超音速喷涂方法，在正常情况下水冷壁管的寿命可达一年。实际上远远不够，用 户买到锅炉后，还要继续进行喷涂。最头痛的事，仍然是防磨问题，特别是以煤矸石作燃料 的用户用喷涂的方法，寿命短到几个月，三年大修期要喷涂多次。另外，喷涂0.6～0.8mm合 金层，也形成凸台，并且由于碳钢管表面正常磨损速率比喷涂层大，会使凸台迅速增大，还 会使涡流磨损上移。因此，喷涂方案实际上是不可行的。
    芬兰奥斯龙公司循环流化床锅炉水冷壁管的防磨方案，较成功的亦是热喷涂技术，但也存在 着寿命短和小凸台的问题。有人提出了“反冲击设计”，台湾、大陆锅炉生产厂也仿效了此 方案，然而效果不佳，有的仍然存在着严重的磨损。所以目前国内外水冷壁管防磨仍属疑难 问题。
3“抗涡流护瓦总成”
    辽阳大祥防磨器材有限责任公司推出了水冷壁管防磨的新产品——“抗涡流护瓦总成”，产 品 结构如图1所示。一段600mm长的锅炉管，中间400mm长制成复合管，即里层4mm为20号钢锅炉 管，外面4mm为耐磨合金层。水冷壁管上接端1、水冷壁管下接端4与耐磨合金层2外径尺寸完 全一致，并在水冷壁管上接端1与耐磨合金层2交界处制成20×1mm的反凸台。对于水冷壁管 磨损段300mm以下的锅炉，把卫燃带浇注料上缘易磨损的600mm段切下，焊上抗涡流护瓦总成 。让凸台造成的涡流磨损发生在400mm段的耐磨层上，简易安装方案见图2。
    由于耐磨层是特殊的高温耐磨合金制成的，可在不维修的情况下，保证3年的使用寿命，正 好维持锅炉的一个大修期。

    依据磨损机理，在消除热喷涂层“小凸台”，铁铝瓷护瓦凸台，减小浇注料凸台的前提下， 让涡流磨损发生在指定的耐磨段上。并且，考虑20号碳钢管与耐磨段磨损量不一致，形成新 凸台，而设计了一个“反凸台”。保证一个大修期不维修。这就是“抗涡流护瓦总成”的基 本原理。
    新产品问世后，有浙江山鹰集团热电公司、锦西二热电厂、明水热电厂等用户首批使用，连 续运行时间已达7200小时，“抗涡流护瓦总成”的耐磨段，目测不见磨损。按此计算，在3 年大修期内无须进行任何维护。不足的是耐磨段上有少许的微观裂缝，虽然不能脱落而影响 防磨，但会造成用户担心。为此，可改变材质，采用降低耐磨段过高的耐磨性能而增加韧性 的办法消除微观裂缝。耐磨段与水冷壁焊接性能良好，在锅炉制造时不影响自动焊接工艺的 实施。经过长期使用没发现因为膨胀系数不同而造成应力破坏。因此可以证明“抗涡流护瓦 总成”的防磨方案是成功的。
    从成本上进行分析，提出“时价比”的概念，即工作时间与价格之比。其值越大，越经济。 据采用喷涂防磨方案的单位介绍，济南75t/h循环流化床锅炉凸台厚度40mm时，水冷壁管磨 损高度为150mm，为保证使用可靠，水冷壁管喷涂高度为300mm，喷涂价格5000元/m2，300 mm高的水冷壁管的喷涂价格为140元，使用寿命按1年计算，其“时价比”为0.0071。“抗涡 流护瓦总成”400mm长耐磨段，450元/根；300mm长耐磨段，337元/根，使用寿命3年，其“ 时价比”为0.0089。可见“抗涡流护瓦总成”比喷涂要经济得多。
    对于循环流化床锅炉在出厂前完全可以使用“抗涡流护瓦总成”进行防磨，在设计上，可完 全符合锅炉制造标准的要求，在工艺上不影响自动焊接的实施，在成本上与目前锅炉制造厂 使用的热喷涂技术相当。所以不会增加新锅炉的制造成本。如果采用本防磨方案，用户会放 心的选购，会使锅炉厂占有更广大的市场，使效益猛增。
4“抗涡流护瓦总成”的安装方案
    由于国内30多家锅炉厂生产的CFB锅炉的结构形式不尽一致，其循环倍率、气固相分离方式 受热面防磨措施、浇注料材质及凸台厚度的差异，使得水冷壁管磨损段高度有很大差异。 因为标准的“抗涡流护瓦总成”耐磨段为300mm长，是在凸台厚度为400mm、水冷壁管通常 磨 损高度为150～200mm而设计的。水冷壁管磨损高度超过300mm的锅炉，只安装“抗涡流护瓦 总成”是不能解决问题的，应配合铁铝瓷护瓦和导角护瓦进行安装。因而，用户在选用“抗 涡流护瓦总成”进行防磨时，必须提供凸台大小、循环倍率、防磨前水冷壁管磨损高度，由 大祥公司提供安装方案。对于磨损段很高的锅炉，安装的要点是把“抗涡流护瓦总成”置于 水冷壁管正常磨损部位。
    一般来说，浇注料凸台厚度80mm左右，水冷壁管磨损高度400mm以上，应参照图3进行。

    浙江山鹰集团热电公司按图3进行安装，图3增加了一个导角护瓦，高度250mm，耐磨段相当 于650mm长。导角＜15°，造成很小的涡流，凸台处的涡流也用导角办法减小，因而涡流磨 损下移到耐磨段上，就不会发生两根水冷壁管在碳钢段上出现磨损，即原设计耐磨段高度是 满足要求的。
    浇注料凸台厚度大于120mm，水冷壁管磨损段2000mm以上，应参照图4进行。
  图4采用了上导角护瓦和下导角护瓦，中间安装了相当数量的铁铝瓷护瓦，正好把通常磨 损的2000mm的部位盖住，由于多次消除凸台，能使磨损部位下移。导角护瓦和铁铝瓷护瓦都 能保证3年寿命，而且更换方便。铁铝瓷护瓦、导角护瓦内衬NT1传热密结物，罩在水冷壁管 上后，焊在鳍片上。采用A402焊条，多点焊接，再焊牢，由于长度小，膨胀系数差可忽略， 不会造成应力破坏。

5施工实例
    某造纸厂有一台开封锅炉厂产8t/h循环流化床锅炉，锅炉管磨损部位在卫燃带浇注料凸台上 缘1000mm段水冷壁管共62根。其防磨设计如下：
        a.将卫燃带浇注料凸台上缘700mm-1300mm段的水冷壁管切下，焊上600mm长的标准型的“ 抗涡流护瓦总成”，把上接端焊口处用角磨机磨掉焊接小凸台，使其表面光滑。
        b.将120mm长的上导角护瓦用A402焊条焊在水冷壁管鳍片上，使其导角压上耐磨段300mm( 见图4)。在导角护瓦下面的水冷壁管上焊上四块120mm长铁铝瓷护瓦后，再接着焊上200mm长 的下导角护瓦。上导角护瓦、铁铝瓷护瓦、下导角护瓦与水冷壁管间均填充NT1密结物。

        c.在下导角护瓦以下施工所需高度的浇注料。
    按此施工，理论防磨段高度为1170mm，原磨损高度为1000mm，抗涡流护瓦总成位于水冷壁管 正常磨损部位。上导角护瓦形成的涡流磨损发生在抗涡流护瓦总成耐磨层下200mm段，上200 mm段制成了反凸台，而下导角护瓦形成的涡流磨损发生在铁铝瓷护瓦上。抗涡流护瓦总成可 保证3年内不形成凸台。铁铝瓷护瓦一般情况下也保证3年寿命。
6结论
    “抗涡流护瓦总成”寿命保证3年大修期，“时价比”在当前防磨方案中处于最高。配合铁 铝瓷中心筒、风帽等保证3年大修期的辅件，即可保证锅炉出厂后，连续运行3年不停炉维修 的所谓“等寿命”循环流化床锅炉。
热电技术２００３.２