淺議鍋爐水冷壁磨損的原因及預防措施

劉玉杰

摘 要：通過介紹鍋爐水冷壁的基本構(gòu)造、作用、分類，進而分析了鍋爐水冷壁管主要磨損的原因，最后提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：鍋爐水冷壁；磨損；改進措施

1 鍋爐水冷壁的基本構(gòu)造及作用

布置在鍋爐爐膛內(nèi)壁面上主要用水冷卻的受熱面，稱為水冷壁。水冷壁是鍋爐的主要受熱部分，它由數(shù)排鋼管組成，分布于鍋爐爐膛的四周。它的內(nèi)部為流動的水或蒸汽，外界接受鍋爐爐膛的火焰的熱量。水冷壁的主要作用是：①吸收爐內(nèi)輻射熱，將水加熱成飽和蒸汽；②保護爐墻，簡化爐墻結(jié)構(gòu)，減輕爐墻重量，這主要是由于水冷壁吸收爐內(nèi)輻射熱，使爐墻溫度降低的緣故；③吸收爐內(nèi)熱量，把煙氣冷卻到爐膛出口所允許的溫度，這對減輕爐內(nèi)結(jié)渣、防止爐膛出口結(jié)渣都是有利的；④水冷壁在爐內(nèi)高溫下吸收輻射熱，傳熱效果好，故能降低鍋爐鋼材消耗量及鍋爐造價。

2 鍋爐水冷壁的分類

水冷壁根據(jù)其外形，分為光管式水冷壁和膜式水冷壁兩種?，F(xiàn)代鍋爐廣泛采用膜式水冷壁，其主要優(yōu)點是：①膜式水冷壁將爐膛內(nèi)壁面全部為金屬表面所覆蓋，吸熱能力大為提高；②爐膛內(nèi)壁為金屬表面覆蓋，爐墻不直接受輻射熱，溫度較低，從而可簡化爐墻結(jié)構(gòu)，減輕爐墻重量；③膜式水冷壁具有良好的氣密性，使爐膛漏風量大為減小，從而提高運行經(jīng)濟性；④膜式水冷壁不易結(jié)渣，即便結(jié)了渣，在鍋爐負荷變化時，由于水冷壁溫度變化引起脹縮，使結(jié)渣易于掉下。

3 現(xiàn)代鍋爐爐膛鍋爐水冷壁的分布

現(xiàn)代鍋爐爐膛四周都布滿水冷壁，且每側(cè)墻又分成若干組（管屏）并聯(lián)。其主要原因是：現(xiàn)代鍋爐爐膛寬度、深度尺寸都較大，爐內(nèi)溫度分布很難均勻，熱負荷差異較大。水冷壁做成較窄的管屏后，每組并聯(lián)管數(shù)較少（一般為30根左右），這樣同一循環(huán)回路的管子吸熱情況比較一致，即熱偏差較小，對保證水循環(huán)安全有利?，F(xiàn)在鍋爐每側(cè)墻分為3～5個循環(huán)回路，容量大時循環(huán)回路數(shù)更多。另外，從結(jié)構(gòu)上考慮，做成較窄的管屏，便于組合安裝，也便于解決水冷壁的橫向膨脹及密封問題。

4 鍋爐水冷壁管的磨損原因

鍋爐水冷壁管的磨損主要集中在三個區(qū)域：爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡區(qū)域管壁的磨損；爐膛四周角落區(qū)域管壁的磨損；不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損。

4.1爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管衛(wèi)燃帶過渡區(qū)域的磨損 該磨損區(qū)域從衛(wèi)燃帶延伸至水冷壁管以上500mm左右。

其磨損機理有兩個：一是在過渡區(qū)域內(nèi)由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上運動的固體物料運動方向相反，因而在局部產(chǎn)生渦流；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流動方向的改變，產(chǎn)生對水冷壁管的沖刷。

4.2爐膛角落區(qū)域水冷壁磨損 在爐膛角落區(qū)域水冷壁磨損比較嚴重，其原因可能是角落區(qū)域內(nèi)沿壁面向下流動的固體物料濃度比較高，同時流動狀況也受到破壞。

4.3不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損 不規(guī)則管壁包括穿墻管，爐墻開孔處的彎管、管壁上焊縫、管壁間的鰭片焊縫不平整以及有關(guān)安裝剩余的鐵件等。

4.4一般水冷壁管的磨損 一般水冷壁管的磨損雖然普遍存在，停爐檢查時也發(fā)現(xiàn)管壁被磨損的光亮，但年磨損量較小，屬于均勻磨損。

5 鍋爐水冷壁管防磨損的措施

針對上述水冷壁管的磨損原因，可采取以下防磨對策：

5.1水冷壁管衛(wèi)燃帶交接處的防磨對策 壁面處向下流動的高濃度固體物料流對管壁磨損有重要影響，因此在水冷壁管上加焊擋板（在擋板上下亦可澆注耐火耐磨材料）以阻止向下流動的固體物料，可達到水冷壁管防磨的目的。運行表明，采用此種措施后水冷壁管的磨損大大減輕。第二種防磨方法是改變水冷壁管的幾何形狀，耐火耐磨材料結(jié)合簡易彎管使衛(wèi)燃帶區(qū)域與上部水冷壁管保持平直。這樣固體物料沿壁面平直下流，消除了易磨區(qū)。第三種防磨方法可配合上述兩種方法進行，即對易磨區(qū)的水冷壁管進行防磨噴涂，這種方法也可單獨進行。目前運行的循環(huán)流化床鍋爐幾乎都對此易磨區(qū)進行了防磨噴涂。

5.2爐膛角落區(qū)域水冷壁管的防磨對策 爐膛角落區(qū)域水冷壁管的磨損也相當嚴重，特別是由于安裝原因，造成密封鰭片的上下重疊，凹凸不平，運行中不僅磨損鰭片也沖刷管壁。此處防磨的最有效措施是將角落的鰭片焊上銷釘，澆注上耐火耐磨材料。

5.3不規(guī)則區(qū)域管壁的防磨對策 不規(guī)則水冷壁管的磨損和爆管僅次于爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡區(qū)域壁管的磨損和爆管。由于壓力測孔，入孔等處的水冷壁管不規(guī)則，氣、固兩相流很容易在此處造成渦流沖刷和磨損。如不采取措施，一般在運行3000 h后，就會發(fā)生嚴重的磨損和爆管。為此采用噴涂硬質(zhì)合金或澆注耐磨耐火澆注料的方式來達到防磨的目的。

5.4一般水冷壁管的防磨對策 目前尚未發(fā)現(xiàn)爐膛水冷壁管直管嚴重磨損的情況，一般僅發(fā)現(xiàn)水冷壁管被磨亮。此區(qū)域水冷壁管的防磨，要從運行方面調(diào)整，在確保流化風量和氧量的前提下，盡量降低流化風量，爐膛出口負壓不要過大；其次要從入爐煤粒度入手，確保循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度要求，粒度減小后，不僅可以減少用電量，減輕鍋爐磨損，同時也可以提高床溫并能降低灰渣可燃物。

6 結(jié)束語

由于鍋爐水冷壁管是鍋爐的主要受熱面，因而其磨損也是鍋爐受熱面磨損最嚴重的部位之一，而且隨著鍋爐運行時間加長，鍋爐水冷壁管磨損問題越突出。為了提高鍋爐的熱效率、延長鍋爐的使用壽命，我們要采取措施盡可能減少和避免磨損，延緩鍋爐運行周期，減少非計劃停爐次數(shù)。如何在鍋爐安全與經(jīng)濟運行之間選擇最佳運行工況，有待于在今后的鍋爐運行過程中，不斷進行分析，總結(jié)經(jīng)驗，提高鍋爐水冷壁管磨損控制和預防水平，實現(xiàn)鍋爐安全、經(jīng)濟運行。endprint