循环流化床燃烧室受热面的磨损机理

循环流化床燃烧室受热面的磨损机理

 

循环流化床燃烧技术是近二十年迅速发展起来的一种洁净煤燃烧技术。循环流化床锅炉具有煤种适应性强、燃烧效率高、污染物排放低和负荷调节性能好等优点。由于炉内有大量的床料及循环物料，煤在流化状态下低温循环燃烧，通过添加适量的石灰石和分级燃烧、分级送风，同时实现炉内脱硫和抑制氮氧化物生成量。但是，由于烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些灰粒高速冲刷水冷壁管、对流受热面等部位，使其壁面受到剧烈磨损，发生局部的严重破坏，甚至导致停炉事故。我们知道，从炉底布风装置出来的一次风气流必须具有足够的速度、强度和刚度，在支撑固体颗粒的同时，产生强烈的扰动。运行发现，当床料密度在8～10kg/m3时，床内颗粒就会聚集成大粒子团，团聚后的粒子团由于重量增加，体积加大，以较大的相对速度沉降并具有边壁效应，使流化床中气～固两相流动形成近壁处很浓的粒子团斜下切向运动，下降到炉壁回旋上升，颗粒彼此之间以及与炉壁之间进行频繁的撞击和磨擦，使炉壁产生严重磨损。通常认为，循环流化床锅炉的磨损主要与固体物料浓度、烟气速度、燃料特性、运行调整、循环倍率和结构设计等因素有关。

燃烧室受热面水冷壁的磨损机理：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。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主要可分为以下两种情形：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。

1、炉膛下部卫燃带与水冷壁转折区域的管壁磨损

炉膛下部卫燃带与水冷壁转折区域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。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。

一般情况下电厂采用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，原因就是在鳍片与水冷壁的交界处固体物料流动方向改变产生新的磨损点。

2、炉膛四角和一般水冷壁区域的磨损

在许多已运行的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，因之停炉的比例很高。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，究其原因主要有以下几点：

2.1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。

2.2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。

2.3由于流化不良或局部射流所引起的磨损。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。

CFB循环流化床锅炉、锅炉喷涂