防磨梁在循环流化床锅炉水冷壁中的防磨作用

翁志雄

(福建省厦门电厂，福建 厦门 361022)

厦门瑞新热电厂3台NG-220/9.8-M24型高温高压循环流化床锅炉于2006年起陆续投入运营，其膜式水冷壁管设计材料为20G，规格为Φ60×5，管数为前后墙各111根，左右墙各75根，水冷壁直管间分2层焊缝对接，下层焊缝距下部防磨浇注料约5 m。

自投运以来，电厂利用多次机组检修机会对3台锅炉的水冷壁搭满膛架进行检查，发现锅炉水冷壁下层对接焊缝及焊缝下水冷壁，特别是焊缝余高打磨不平滑、上下管子对接错口较为明显的部位或水冷壁管与下部防磨浇注料之间防磨涂层上部过渡凸台部位，均出现较为严重的磨损现象。

1 被动修复措施

对于磨损处，以往采用的办法是将磨损部位清理干净后，用J50焊丝进行氩弧焊堆补，再用D127耐磨焊条进行堆焊防磨层处理(管子与鳍片同时堆焊)。堆焊区域为原焊缝上下各约50mm。堆焊后打磨，使管子与堆焊层之间平滑过渡。

实践证明，这种方法短期内取得了一定的效果，特别是其操作简单，作业周期短，适于在小修或抢修中进行。但这种方法没有针对磨损机理进行防磨，只是被动的修复，达不到治本的目的，磨损现象依然会在堆焊部位产生。堆焊层只能使堆焊部位延缓磨损6个月左右，且随着堆焊次数的增多，堆焊部位的力学性能受到严重影响，对材质方面造成伤害。因此，应当采取更为有效的防磨措施以消除磨损的影响。

2 磨损机理

燃料、石灰石和高温床料在循环流化床锅炉的炉膛内混合，进行燃烧和脱硫。从流化床炉内动力学观点来看，流体结构为环—核结构。在内部核心区，燃料产生的高温烟气夹带着物料垂直向上流动，此区域固体颗粒浓度较小。而在水冷壁附近的外部环状区，固体颗粒浓度较大，并沿水冷壁向下回流磨损管壁。在向下流动过程中，物料固体颗粒浓度成指数增加，流速也加快。

当沿水冷壁向下流动的物料颗粒流落到焊缝凸台部位、水冷壁管与下部防磨浇注料之间的过渡区域凸台部位时，一方面冲刷磨损管壁，另一方面部分颗粒反弹，加上炉内向上的固体物料流影响，在此部位产生局部涡流，再一次对管壁进行斜冲刷磨损。凸台越大时，磨损越严重，范围也越大，反之则较小。

研制单位通过实验，得出了流化床锅炉受热面磨损经验关系式：

式中：

E为磨损量；

f1为灰粒特性系数；

f2为受热面布置型式及冲刷方式系数；

C为飞灰浓度；

V为烟气速度。

从上述关系式可以看出，当煤种和受热面结构形式一定时，受热面磨损量与飞灰浓度成正比，与烟气流速的3.5次方成正比，即磨损量与烟速大小关系最为密切。炉膛竖直高度越大，密相区烟速就越大，磨损也就越大。可见，在烟速较大的密相区采取相应措施降低烟速，可以实现达到降低磨损危害的目的。

通过相关调研和论证，对于密相区墙面上水冷壁的磨损，电厂决定采用水平防磨梁处理。

3 防磨梁防磨机理

防磨梁由耐火耐磨可塑料制成，总共设置4层，最底层距下部浇注料约1000mm，目的是为了保护浇注料与水冷壁的过渡区域；水冷壁下层对接焊缝部位做1层防磨梁，直接将对接焊缝覆盖，对最易磨损部位形成最直接的保护作用；最上层在焊缝层上浇注料约800mm，最底层与焊缝层中间再做1层防磨梁。防磨梁凸出管外沿约100mm，竖直宽度100mm，防磨梁上部做成水平状，以利于自然储灰。当大流量的紧贴水冷壁管排表面及鳍片凹槽的贴壁灰流碰到水冷壁防磨梁上的储灰时，被软阻挡，使贴壁流减速，这样贴壁灰流对防磨梁上沿的垂直水冷壁管的磨损就大大减小。同时，从防磨梁溢出的灰流依然沿垂直水冷壁管排表面及鳍片凹槽流下，但不会紧贴管壁表面，且速度也大大减小，涡流的形成强度就大大减小，这样经层层阻挡减速后，贴壁灰流对防磨梁下的水冷壁管的磨损也就大大减小，最终实现从根本上降低水冷壁磨损速率的愿望，达到治本的目的，进而延长循环流化床锅炉水冷壁的使用寿命。

这种防磨梁制作方法简单方便，成本低廉，不需要对炉膛进行大量改造，可在小修中进行，如图1所示。

图1 防磨梁布置形式

4 防磨梁制作的注意点

耐火耐磨可塑料防磨梁防磨效果的优劣，很大程度上取决于耐火耐磨可塑料防磨梁的制作质量。因此，耐火耐磨可塑料防磨梁应由有资质的专业队伍制作，并注意以下几点。

(1) 耐火耐磨可塑料防磨梁作业程序应为：在鳍片上焊Y型抓钉→制作防磨梁模槽→可塑料施工→可塑料养护。

(2) 施工前应对耐火耐磨可塑料进行性能检测，主要检查材料的可塑性。简单的判定方法是：用手攥可塑料，容易捏成团即可使用。

(3) 耐火耐磨可塑料最好使用强制搅拌机拌制。将称好重量的可塑料加入强制搅拌机内先干搅3min左右，再加入规定量70 %的胶粘剂，然后视情况边搅拌边加入余下的胶粘剂。搅拌时应避免加入过量的胶粘剂，以免影响材料的强度。搅拌好后应及时施工，不得放置较长时间。

(4) 将可塑料倒入模槽捣打时，捣打用力要适中均匀。捣打至表面平整、没有孔隙和裂纹后，用抹子修补找平。捣打时要注意可塑料与水冷壁、鳍片之间不应留有间隙。

(5) 可塑料的养护是防磨梁施工的关键，其养护的好坏关系到日后的防磨效果。耐火耐磨可塑料的养护应严格按照可塑料厂家提供的热养护步骤进行，要使可塑料的自然水及结晶水在锅炉正常运行前完全干燥固化，以免在锅炉投入运行时这些部位的水分急剧蒸发，造成可塑料裂缝、凸起、错位，甚至造成脱离等不正常状况，从而保证耐火耐磨可塑料的使用寿命。

5 结束语

2009年初，电厂对水冷壁防磨梁进行了改造。经过1年多的运行，在2010年3台炉多次检修期间检查其防磨效果，发现只有最上层防磨梁上沿部分水冷壁表面被贴壁灰流磨亮，但未见明显磨痕，而下部3层防磨梁附近的水冷壁则几乎没有再受到磨损。可见，此种水平防磨梁能极大地减少灰流对原密相区易磨部位的磨损，减缓了水冷壁的磨损速率，达到了一定的治本目的，有力地保障了循环流化床锅炉的安全、可靠、经济运行。

1 岑可法，倪明江，骆仲泱，等. 循环流化床锅炉理论设计与运行[M]. 北京：中国电力出版社，1998.