（山西省阳泉市南煤龙川发电有限责任公司山西省阳泉市045000）
摘要：阳泉市南煤龙川发电有限责任公司（龙川公司）通过大量数据分析，科学规划、合理布局，采用新型防磨结构的防磨方式有效解决了哈尔滨锅炉厂480t/hCFB锅炉水冷壁磨损的问题，大幅提高了CFB锅炉的可靠性和经济性。
关键词：CFB锅炉水冷壁防磨；锅炉爆管；新型防磨梁
一、引言
我国煤炭资源的特点是难燃煤多，高灰高硫煤比重大，常规煤粉锅炉不适合使用。但是CFB锅炉设计燃料的适用性非常广泛，既可以燃烧烟煤、贫煤、褐煤和低发热量（灰分大于60%）、低挥发分常规劣质燃料，也可以燃用煤泥、石油焦、煤矸石、城市生活垃圾、生物质燃料等特殊劣质燃料。由于CFB锅炉的气固混合良好，燃料在炉膛停留时间长，燃烧效率高，对不同燃料的燃烧效率均可达到97%-99.5%。通常情况下CFB锅炉的床温保持在850℃-920℃，加入适量的石灰石粉，对SO2的脱除率可达到99%。
二、运行中的问题
龙川公司2х135MW机组采用哈锅480t/h全膜式单炉膛CFB锅炉。因基建安装及煤矸石和低热值煤配比大、一次风速大等因素，¬¬¬¬锅炉水冷壁的磨损很大，运行中锅炉爆管造成的机组非计划停运也较为频繁，据统计，锅炉爆管造成的非停占比率为85%，给公司的安全生产和企业效益造成了严重影响。
三、原因分析
CFB锅炉运行中，充满整个炉膛的高浓度气固颗粒的循环是燃料燃烧和传热的关键，但同时在流化风的作用下，燃烧的燃料向上运动到一定高度后，气固颗粒会沿炉膛水冷壁四周呈贴壁状向下运动，形成循环物料。循环物料周而复始在炉膛和返料器间的高速流动，造成炉膛密相区、出风口、炉膛四角、屏式再热器、屏式过热器、省煤器等部位的水冷壁母管冲蚀磨损及腐蚀磨损。此类磨损对不平滑部位的磨损程度会更大，如对鳍片、母管减薄部位的补焊和堆焊部位最快的情况下只需7天基本就磨损无存了，并且对周围区域造成新的扩散性磨损。
四、逐步解决的过程
改造之前，对于炉膛让管部位，我们采用加装合金护瓦、合金堆焊、耐火材料包覆等方法进行保护；密相区采用合金喷涂，合金堆焊、加装耐火材料防磨梁等方法进行处理；炉膛四角采用耐火材料覆盖水冷壁母管；延伸出风口的部分采用浇注料覆盖区域及扩大喷涂区域等方式，但都不能有效地、系统地解决磨损问题。
2017年初，公司将如何降低磨损原因导致CFB锅炉爆管停炉作为一项功关课题来研究，组织技术人员多方寻求解决方案并逐一论证，最终确定采用受热面加装新型防磨梁的方案并予以实施，有效解决了自投产以来这一困扰我们的顽固难题。
五、新型防磨梁的防磨原理
根据大量的理论和实验研究，循环流化床锅炉内颗粒的流动具有环形流特征，沿床层横截面可分为两个区域，分别是边壁附近的高浓度颗粒主体下行区域可称为边壁环形区域和炉膛中心的低浓度颗粒主体上升核心区，构成典型的环、核两区流动，原理如右图。
灼热的燃料颗粒在一次风的作用下，形成核心区向上扩散再形成主体颗粒群，因燃料颗粒不同，不断在边壁环形层形成下行颗粒群并逐渐形成下行速度越来越快、浓度越来越高的贴壁流。
研究表明，磨损与颗粒速度的3次方和浓度的1次方成正比，表示式为：E=u3dp2Gss式中：E为磨损速率：μm/100h、u为颗粒速度：m/s、dp为颗粒粒度：mm、Gs为颗粒质量流率：Kg/（m2•s）。因此从根源上分析：高浓度、高流速的贴壁流是导致水冷壁严重磨损的主要原因。显而易见，理论上来说，只要把贴壁流的流速控制在合理的范围之内，就能从根本上降低CFB锅炉受热面的磨损问题。
新型防磨梁通过沿水冷壁高度方向在水冷壁面上按一定的计算间距环绕全炉膛加装金属材质的防磨材料，使贴壁流在高速下降的过程中，被防磨材料强制逐级减缓流速，使整个炉膛的贴壁流速始终控制在合理范围之内，从而达到防磨目的。
六、应用效果的对比
龙川公司应用新型防磨梁之前所采取的防磨工艺：
1、加装合金护瓦：在让管部位加装高度300mm左右的半片合金护瓦，点焊在鳍片处。运行过程中，由于护瓦除点焊处外其他部分不能与母管紧密贴合，高浓度的循环物料通过缝隙间的冲刷，会在鳍片不平整部位形成刨削磨损及不规律紊流现象，从而造成母管、鳍片的快速磨损，并在加装周围形成新的磨损区。
2、合金堆焊：选用合金耐磨焊条在偏磨及磨损严重的母管上进行堆砌焊接，堆砌厚度一般为3-5mm，但实际在运行几个月之后，原堆焊部位因为磨损还需重新堆焊。
3、加装传统防磨梁：让管部位用耐火材料包裹成高100mm厚60mm的防磨梁，可起到一定的防磨效果，但在每次停炉后进行检查，发现每根管子与耐火料防磨梁接触的上端面都会形成倒八字的磨损深沟，均需要对深沟部位进行补焊处理。虽多次通过调整上端面的角度，但都不能很好的解决倒八字深沟问题。同时有些部位可发现管材表面不同程度的分布有隐形裂纹，经分析主要原因是管材因浇筑料的覆盖导致长期受热不均所产生的金属硬性扭伤。多层的浇筑料防磨梁因减少了换热面积还存在影响热量传导问题，而且施工周期长，施工人员劳动强度大，施工过程中不可避免的存在上下交差作业的情况，隐藏着一定的安全隐患。
4、合金喷涂：防磨合金喷涂延长了受热面管材的使用寿命，但因分子结合强度较低，使用寿命一般只有3-9个月不等。喷涂后母材与涂层之间易发生剥离、褶皱、翘皮；喷涂和未喷涂区域交界处易形成新的磨损区域。
龙川公司新型防磨梁应用效果：
龙川公司#1、#2锅炉分别于2017年9月对炉膛密相区、出风口、炉膛四角实施了新型防磨梁的防磨施工，在2018年4月停炉后对受热面进行检查，发现所有防磨施工区域内均未有明显磨损，测厚记录与施工之前的数据对比几乎没有减薄现象。对比如下图：
七、结论
针对不同的CFB锅炉制定防磨方案前，要对炉膛内的使用现状进行详细地测量，对比以往的监测数据，详细的分析，因地制宜地制定方案。只要科学规划，合理布局，不仅使贴壁流的流速得到最佳控制，更防止了侧磨及刨削磨损对水冷壁的磨损。
新型防磨梁的施工工艺较为简单快捷，只需将防磨板按测算的间距尺寸规则地点焊在鳍片上，是传统浇筑料防磨梁施工周期的1/10。通过新型防磨梁的加装，使边壁层的气固颗粒向炉膛中心的流动量增加，延长了燃固颗粒在炉膛的停留时间，燃料燃烧更加充分，有利于提高锅炉的燃烧效率，降低炉渣的含碳量，更加适应经济运行和环保运行的发展要求。
防磨能力的提高使锅炉密相区、炉膛四角、出风口的磨损得到了有效控制，有力保障了锅炉的长周期安全稳定运行。不仅节约了大量无序起动机组的直接费用，更可节约大量的检修和材料费用。龙川公司机组的安全运行周期从之前的不过百天，创下了2018年安全稳定运行210天的好成绩。得益于良好的设备基础，龙川公司2х135MW机组，全年发电14.47亿KWh，创2008年投产以来历史新高，机组年平均利用小时数达5360小时，距设计产能5500小时只差一步之遥。
综上所述，新型防磨梁在CFB锅炉防磨技术领域有着非常实用的应用价值，在此愿与各行业从事此项应用研究的技术人员们互通有无、多多交流。
参考文献：
[1]蒋敏华《流化床锅炉技术》