复式防磨装置在锅炉上的应用
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摘 要：根据我厂锅炉水冷壁磨损情况，分析原因，介绍了复式防磨装置原理，并在我厂1#锅炉水冷壁进行使用。
关键词：水冷壁磨损机理;复式防磨装置;应用方案
我厂1#锅炉为DGJ220/9.81-Ⅱ1型循环流化床高压锅炉，为单汽包、自然循环、集中下降管，П形布置的燃煤循环流化床锅炉。炉膛为膜式水冷壁悬吊的封闭结构，燃煤采用洗中煤掺烧矸石。由于入炉煤质非常差，加之锅炉本身设计问题，使得我厂的锅炉水冷壁磨损非常严重，因水冷壁泄漏造成的“非停”事故频繁发生，为我厂带来了巨大的经济损失。
1 我厂锅炉水冷壁磨损情况
从1#炉炉膛四个角落区域水冷壁磨损、泄漏及爆管检查分析中发现，炉膛角落区域水冷壁管磨损较其它部分更为迅速和严重，是磨损引发泄漏、爆管多发区。由于安装时水冷壁管在锅炉炉角处衔接时，鳍片局部缝隙过大而添充钢筋焊补，结果焊补钢筋突出，导致沿壁面向下流动的固体物料撞击突出部位产生扰动，扰流加速磨损相邻两管侧壁，短时间泄漏。
图1 锅炉水冷壁磨损情况
根据锅炉水冷壁磨损概况的现场考察，得出我厂锅炉水冷壁磨损的问题如下：
①密相区四周炉墙上沿4m内的区域，由于水冷壁换管造成鳍片对焊凸起，同时该部位本身灰浓度较大且存在涡流磨损，大量高速的内循环物料沿水冷壁表面向下滑动，沿壁灰流遇到凸起部位时，从而改变方向冲向凸起两侧的水冷壁管，经过长时间的冲刷磨损，最终导致该处出现爆管现象;
②炉膛四个角部磨损严重，其磨损主要原因为两侧墙和前后墙的沿壁流在此发生交汇，不但加大了物料密度，还产生激荡作用，对此区域的水冷壁管造成了严重的冲蚀磨损，而两侧墙与后墙交汇处水冷壁管的磨损尤为严重;
③炉膛出口周围下沿4m左右，同样存在水冷壁换管造成鳍片对焊凸起，对该位置的水冷壁管造成很大的威胁，同时该位置在引风的作用下，烟气流发生变向，对该位置的水冷壁管造成一定程度的偏磨;
④其他位置由于换管留下的凸起部位。
2 水冷壁磨损机理
据相关研究，CFB锅炉水冷壁磨损的公式如下：
T=K·μ·W3.3·t;K=c·n
其中，T-磨损量，g/m2;μ-灰渣浓度，g/m3;W-贴壁灰粒流速，m/s;t-磨损时间，h;K-磨损系数;c-灰渣磨损系数;n-飞灰撞击率
由此得出造成水冷壁管磨损的因素很多，主要有贴壁灰粒的流速、灰粒浓度、入炉煤质特性（颗粒度、硬度等）、氧量（一次风率、二次风率）等，而最主要的因素为贴壁灰粒的流速。
3 我厂水冷壁现有的防磨保护措施
针对现有水冷壁的磨损问题，我厂以前的防磨方式为等离子电弧喷涂及换管处理，这两种防磨方式只能起到缓解磨损的效果，防磨周期短，长期防磨投入较高，治表不治本。
4 复式防磨装置的应用
针对我厂1#锅炉水冷壁存在磨损问题，使用循环流化床锅炉水冷壁复式防磨装置为核心的水冷壁防磨方案，针对不同部位的磨损状况，本着尽量覆盖换管遗留的焊接接口，采用重点防护，边角加强的原则进行整体炉膛的防磨设计，针对存在偏磨的状况采取加设加装侧磨筋板的方式解决。
所谓“复式”：结构上翼型防磨片与楔形防磨护瓦的有机结合;防磨原理上融合阶梯式耐火耐磨材料制作的防磨梁、翼型导流片、耐热钢防磨护瓦三种防磨方式的优点，克服三者作为单一防磨方式的不足，由于循环流化床锅炉水冷壁管都是用20G的优质碳钢管制造的，有好的焊接性能，因此加装复式防磨装置可以取得好的效果。
5 复式防磨原理
复式防磨装置对下降颗粒流具有降速导流的作用，并具有增加水冷壁管吸收辐射热和将沿壁流导向炉膛中心区域充分燃烧的附加效益;复式防磨装置与水冷壁管完美贴合，具有集流并将该装置与水冷壁管交汇处的线切割磨损转移到该装置自身的作用，中心负压开孔避免了该装置与水冷壁管间有空气隙而影响传热及边缘开孔破坏焊接应力;降低了沿壁灰流的流速和浓度，同时将密相区过渡段仍然存在的涡流磨损区域转移到该防磨装置的本身，使得该区域的水冷壁管得到很好的保护。
6 复式防磨装置在锅炉水冷壁应用
我厂1#锅炉从密相区上沿耐火材料过渡段到水冷壁顶棚高度为22m，密相区耐火材料上沿标高13950mm，烟道下沿的标高为29626.5mm，由于水平烟道周围均有耐火材料覆盖，因此需要防磨的水冷壁净高度为14m左右，综合考虑不同部位的水冷壁管的磨损状况以及存在的主要问题，现将MPI的布置情况如下：
6.1 复式防磨装置防磨带层数设计
根据1#锅炉水冷壁结构尺寸及磨损特性，本着重点防护换管遗留部位的凸起、边角加强的原则，打造13层由MPI构成的防磨带，同时根据锅炉运行时炉膛温度均衡情况确定MPI构成防磨带的排列方式为“—”字形布置。
6.2 密相區炉墙以上15m范围内防磨带的布置设计
①在密相区上沿炉墙与光管结合上沿500mm处布置第一圈由MPI-3复式防磨装置构成的防磨带。
②在第一圈防磨带以上800mm处布置第二圈由MPI-3型复式防磨装置构成的防磨带。
③在第二圈防磨带以上1000mm处布置第三圈由MPI-3型复式防磨装置构成的防磨带。
④在第三圈防磨带上方1200mm处布置第四圈由MPI-3型复式防磨装置构成的防磨带。
⑤在第四圈防磨带上方1300mm处布置第五圈由MPI-3型复式防磨装置构成的防磨带。
⑥在第五圈防磨带以上均已1300mm为层高再布置四层由MPI-3型复式防磨装置构成的防磨带。
⑦第十、十一、十二层层高均为1200mm由MPI-3型复式防磨装置构成的防磨带。
6.3 炉膛前后墙和侧墙交界处（四角）水冷壁管的防护设计
结合锅炉炉膛四角的结构并综合考虑贵厂锅炉为高压锅炉，宜采用耐火材料覆盖形式进行防磨。
6.4 炉膛水冷壁管偏磨的防护
根据现场的测厚结果，对水冷壁管已存在磨损时，根据磨损情况，加装复式防磨装置前先做好处理。当磨损面减薄比较均匀，没有出现局部凹坑现象，且壁厚测量大于理论强度计算值的，表面补焊处理后即可做加装防磨瓦;如果磨损面磨损严重，减薄比较均匀，面积大，壁厚已小于理论强度计算值的，则应做换管处理;对于局部磨出凹坑，先做补焊，再加装;同水冷壁管相连接的鳍片磨出凹坑，也要补焊。总之循环流化床锅炉水冷壁管壁面（包括鳍片壁面）都应顺平，凡突或凹部位都会加速磨损。
7 结语
实践表明，锅炉水冷壁内加装复式防磨瓦，提高了管壁的耐磨性，防磨效果、传热良好、解决双向磨损问题，防止因水冷壁管磨损而频繁出现停炉事故的发生，延长了锅炉运行周期。
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