循環流化床鍋爐(CFB)是20世紀80年代發展起來的一種節能環保型燃煤鍋爐。與其它類型的鍋爐相比，它具有燃料適應性好、燃燒效率高、負荷調節好、脫硫效率高、NOx排放低等優點。在近30年內循環流化床鍋爐得到飛速發展，成為火力發電史上最有希望的低污染燃燒技術之一。但由于循環流化床鍋爐采用特殊的燃燒方式，爐內受熱面三管（水冷壁管、過熱器管、省煤器管）磨損問題比其它鍋爐更為嚴重，以至于出現漏管、爆管導致非計劃停爐等問題，嚴重影響鍋爐的安全運行、電廠的效益及工農業的正常生產。據有關統計，由于磨損造成的停爐事故接近事故停爐總數的’50%…。在這些受熱面管子磨損問題中，水冷壁管的磨損問題尤為突出。因此，解決循環流化床鍋爐的水冷壁磨損問題，是提高循環流化床鍋爐利用率的有效途徑。作者根據資料調研和多年的電站鍋爐檢驗經驗，對440t/h循環流化床鍋爐的水冷壁磨損機理、磨損原因和磨損發生的主要部位進行了探討、分析，提出一些切實可行的具有現實指導意義的防磨措施。
1、循環流化床鍋爐水冷壁磨損機理
磨損問題是國內外行業專家不斷深入探索的課題。研究發現，磨損主要與弋灰流速、飛灰粒徑、
飛灰濃度以及流場的不均勻性有著密切關系。磨損量E就是衡量材料磨損性能的常用指標之一。
磨損量E的計算公式如下
式中：fl為灰粒特性系數，與飛灰粒徑相關；f2為受熱面布置形式及沖刷方式系數；C為飛灰濃度；V為飛灰流速；n在3.0~ 4.0之間的指數。在循環流化床中，床料和物料一直處于流化狀態，使得飛灰濃度C很高，飛灰流速V也很大。這些都會加劇金屬的磨損。
在機理上，金屬的磨損可分為兩類：一是金屬表面在固體顆粒的沖刷下，因摩擦而導致的金屬部件的逐漸失重；另一類是在金屬表面形成一層氧化膜，膜的硬度很高但很脆，在物料顆粒的沖刷下，氧化膜出現極小微塊的剝落，在剝落掉的金屬表面再形成新的氧化膜層，磨損就在這一過程中進行。循環流化床鍋爐中，部件的磨損主要表現在沖蝕磨損。所謂沖蝕磨損，是指流體或固體顆粒以一定的速度、角度對材料表面進行的沖擊磨損。在微觀狀態下，沖蝕磨損分為兩種基本類型：一種是顆粒貼近材料表面沖擊角較小、長期作用刨削材料表面而成的沖刷磨損；另一種是顆粒相對于材料表面沖擊角較大（甚至接近垂直），高速運動的顆粒長期撞擊材料使材料塑性變形層整片脫落而形成撞擊磨損。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、循環流化床鍋爐水冷壁主要磨損部位和原因分析
在440t/h儋環流化床鍋爐爐膛內，由于固體物料濃度高、風速大，使得爐內水冷壁的磨損問題比較突出。在高速運動中，流場的不確定因素很多，其中固體物料沿著爐膛水冷壁向下回流是造成水冷壁管磨損的主要原因。實踐表明，爐內水冷壁管的磨損主要集中在以下三個區域：
2.1爐膛下部密相區耐火材料與水冷壁過渡區域的管壁磨損
此過渡區域水冷壁磨損最為嚴重所示，主要有兩個原因：一是沿水冷壁面下流的固體物料與爐內向上運動的固體物料逆向流動，在局部產生渦旋流；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區域產生流動方向的改變而對管子產生沖刷。但此區域的水冷壁管的磨損并非在爐膛四周均勻發生，而是與爐內物料總體流動形式相關。在陽山電廠的#3鍋爐檢驗中，發現該部位磨損嚴重（如圖2所示）。該管子規格∮60×6.5mm，最小需要壁厚5.62mm，而在此過渡區測得大量壁厚小于5.62mm的管子，其中最小壁厚為3.3mm，可見磨損非常嚴重。
2.2爐膛水冷壁四個角部區域管壁的磨損
爐膛水冷壁四個角部也是磨損較嚴重的區域。磨損的原因是該區域壁面夾角形成的空間使向下流動物料的濃度較大，同時物料沿水冷壁表面回流在角落區域發生碰撞使得流動狀態遭到破壞，這就使得四角區域的水冷壁管磨損比較嚴重，甚至把鰭片磨穿。
2.3爐膛不規則區域管壁的磨損
不規則區域主要指水冷壁上有可能使下降的灰粒流動改變方向，對水冷壁形成沖擊磨損的區域。如在穿墻管、爐墻開孔處的彎管、管壁上的焊縫和磨損補焊、人孔門和觀火孔等圓孔處，等等。即使很小幾何尺寸（灰粒尺寸的數倍）的不規則也會造成局部的嚴重磨損。磨損的主要原因是不規則管壁對局部流動特性造成較大的擾動，是由邊壁區向下流動的高速、高濃度灰粒碰到不規則突起而改變方向沖刷水冷壁所致。在陽山電廠#3鍋爐檢驗中發現的管壁焊縫余高未磨平、管壁表面突出物未割除和在梅縣荷樹園電廠#1鍋爐檢驗中發現的臨時吊耳焊點未磨平等都導致了該不規則區域的嚴重磨損。
3、防磨措施
3.1爐膛下部密相區耐火材料與水冷壁過渡區域的防磨措施
(l)在耐火層以上1000mm高度內的水冷壁易磨損部位噴涂耐磨合金
熱噴涂技術是一種工件表面強化和保護的工藝方法。它以氣，液態、電弧做熱源，將噴焊材料加熱到熔化或塑性狀態，借助于壓縮空氣或火焰推力將之噴射到預處理工件表面上，以獲得均勻致密的金屬表層，起到耐磨損、耐腐蝕、耐熱、抗氧化等作用，達到修復和延長使用壽命的目的。熱噴涂叉分為火焰噴涂和電弧噴涂兩種。近年來，國內循環流化床鍋爐大多采用亞音速火焰噴涂、普通電弧噴涂、超音速電弧噴涂和亞音速火焰噴涂相結合的噴涂方法。
根據不同的噴涂方法，不同的廠家采用的噴涂材料也不盡相同，但主要是含陶瓷相材料（如高鉻鎳合金材料）。目前常用的的噴涂材料有Ni60、25NiCr/75Cr3C2、FeAl/WC、LX88A等，這些材料都不能同時完全滿足既耐高溫、耐磨、耐蝕、抗氧化又具有良好的熱導性等各項要求。
綜合生產成本、工藝性能、防磨效果等多方面因素，根據電廠的實際情況，常采用亞音速火焰噴涂鎳基合金粉末N160方法。該粉末具有硬度高，硬性好(在600℃左右，HRC≥54～57)、熔點低、自熔性好、價格低廉等特點，良好的流動性可獲得光滑平整的焊層表面。利用該技術，噴涂層厚度一般為0.6~0.8mm，與母材結合強度可達290Mpa。Ni60粉末的化學成分如下表1：
(2)采用防磨彎管技術
目前新設計的CFB鍋爐，普遍采用將膜式壁折彎（讓管），使該處澆注料與膜式壁肋片形成上下一致的垂直平面。這樣物料流沿壁面平直下滑，消除了局部渦流區，使耐磨材料與光管交界處的磨損大大減輕。采用該技術的CFB鍋爐，在澆注料施工完畢后拆模板時，一定要檢查確認澆注料與折彎上部膜式壁肋片過渡要平滑，不能出現臺階或滲漿造成的棱角。
該措施一般適用于新設計的鍋爐；而對早期投運的鍋爐進行讓管改造的投資太大，因此很難推廣到老鍋爐的改造中。
3.2爐膛四個角部區域的防磨措施
目前，一般對爐膛角部的幾根水冷壁管沿高度方向全部敷設耐磨澆注料，或將角部的水冷壁和鰭片往爐膛內平移8～15mm，使每個角部的水冷壁由一個90°夾角變成兩個約135°夾角，從而大大減少角部的嚴重磨損問題。
3.3防磨堆焊技術
防磨堆焊技術常應用于管子局部磨損部位。在需要防磨的金屬材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金屬，使被防磨母材具有較高的抗磨損性能；該技術常應用于水冷壁過渡區、吹灰孔等處。例如，CrMoWVNhTi系合金就是一種工藝性能優良、高硬度(HRC≥62)耐磨鐵基堆焊材料，其強化機構是強韌性良好的馬氏體基體和彌散分布的一次碳化物顆粒，可起到很好的防磨效果。
3.4水冷壁上避免凹凸不平
任何壁面凸起物都會帶來嚴重的磨損。因此，向火焊縫要磨平，突出物要割除、磨平且保證光滑，鰭片應避免在安裝時向外凹陷。
3.5保持膜式壁的垂直度
膜式壁的垂直度對磨損程度有非常重要的影響。因此制造水冷壁時要保證直線度、安裝時要保證垂直度。隨著對循環流化床鍋爐認識的深入，對制造和安裝質量要求的大大提高，這類磨損已大幅度減少。
3.6優化運行調整，降低燃料粒徑，盡量減少一次風。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
燃料粒徑越小，越有利于燃燼和提高鍋爐熱效率、減低對管子的磨損，但也意味著碎煤設備和能耗的增加。相反，粒徑越大，將加大一次風的使用量，增大磨損。國內對流化床研究數據表明，燃料粒徑介于20—650um時降低磨損的效果最好。因此，在運行中要嚴格控制燃料的粒徑，在滿足燃燒的前提下，盡量減少一次風和二次風的使用量，從優化運行上降低水冷壁管的磨損。
4、結論
循環流化床鍋爐以其環保、高效等優越性得到越來越快的發展。目前，國內部分電廠的1025t/h亞臨界再熱自然循環流化床鍋爐已經運行，且更多的1025t/h循環流化床鍋爐正在安裝之中。循環流化床鍋爐水冷壁防磨措施雖取得了一些成效，但從運行結果來看，形勢仍然非常嚴峻。因此，如何從防磨機理出發，采取進一步的防磨措施，還需要更多的研究和實踐，這對循環流化床鍋爐的推廣應用是一個十分重要又現實的問題。
1、循環流化床鍋爐水冷壁磨損機理
磨損問題是國內外行業專家不斷深入探索的課題。研究發現，磨損主要與弋灰流速、飛灰粒徑、
飛灰濃度以及流場的不均勻性有著密切關系。磨損量E就是衡量材料磨損性能的常用指標之一。
磨損量E的計算公式如下
式中：fl為灰粒特性系數，與飛灰粒徑相關；f2為受熱面布置形式及沖刷方式系數；C為飛灰濃度；V為飛灰流速；n在3.0~ 4.0之間的指數。在循環流化床中，床料和物料一直處于流化狀態，使得飛灰濃度C很高，飛灰流速V也很大。這些都會加劇金屬的磨損。
在機理上，金屬的磨損可分為兩類：一是金屬表面在固體顆粒的沖刷下，因摩擦而導致的金屬部件的逐漸失重；另一類是在金屬表面形成一層氧化膜，膜的硬度很高但很脆，在物料顆粒的沖刷下，氧化膜出現極小微塊的剝落，在剝落掉的金屬表面再形成新的氧化膜層，磨損就在這一過程中進行。循環流化床鍋爐中，部件的磨損主要表現在沖蝕磨損。所謂沖蝕磨損，是指流體或固體顆粒以一定的速度、角度對材料表面進行的沖擊磨損。在微觀狀態下，沖蝕磨損分為兩種基本類型：一種是顆粒貼近材料表面沖擊角較小、長期作用刨削材料表面而成的沖刷磨損；另一種是顆粒相對于材料表面沖擊角較大（甚至接近垂直），高速運動的顆粒長期撞擊材料使材料塑性變形層整片脫落而形成撞擊磨損。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、循環流化床鍋爐水冷壁主要磨損部位和原因分析
在440t/h儋環流化床鍋爐爐膛內，由于固體物料濃度高、風速大，使得爐內水冷壁的磨損問題比較突出。在高速運動中，流場的不確定因素很多，其中固體物料沿著爐膛水冷壁向下回流是造成水冷壁管磨損的主要原因。實踐表明，爐內水冷壁管的磨損主要集中在以下三個區域：
2.1爐膛下部密相區耐火材料與水冷壁過渡區域的管壁磨損
此過渡區域水冷壁磨損最為嚴重所示，主要有兩個原因：一是沿水冷壁面下流的固體物料與爐內向上運動的固體物料逆向流動，在局部產生渦旋流；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區域產生流動方向的改變而對管子產生沖刷。但此區域的水冷壁管的磨損并非在爐膛四周均勻發生，而是與爐內物料總體流動形式相關。在陽山電廠的#3鍋爐檢驗中，發現該部位磨損嚴重（如圖2所示）。該管子規格∮60×6.5mm，最小需要壁厚5.62mm，而在此過渡區測得大量壁厚小于5.62mm的管子，其中最小壁厚為3.3mm，可見磨損非常嚴重。
2.2爐膛水冷壁四個角部區域管壁的磨損
爐膛水冷壁四個角部也是磨損較嚴重的區域。磨損的原因是該區域壁面夾角形成的空間使向下流動物料的濃度較大，同時物料沿水冷壁表面回流在角落區域發生碰撞使得流動狀態遭到破壞，這就使得四角區域的水冷壁管磨損比較嚴重，甚至把鰭片磨穿。
2.3爐膛不規則區域管壁的磨損
不規則區域主要指水冷壁上有可能使下降的灰粒流動改變方向，對水冷壁形成沖擊磨損的區域。如在穿墻管、爐墻開孔處的彎管、管壁上的焊縫和磨損補焊、人孔門和觀火孔等圓孔處，等等。即使很小幾何尺寸（灰粒尺寸的數倍）的不規則也會造成局部的嚴重磨損。磨損的主要原因是不規則管壁對局部流動特性造成較大的擾動，是由邊壁區向下流動的高速、高濃度灰粒碰到不規則突起而改變方向沖刷水冷壁所致。在陽山電廠#3鍋爐檢驗中發現的管壁焊縫余高未磨平、管壁表面突出物未割除和在梅縣荷樹園電廠#1鍋爐檢驗中發現的臨時吊耳焊點未磨平等都導致了該不規則區域的嚴重磨損。
3、防磨措施
3.1爐膛下部密相區耐火材料與水冷壁過渡區域的防磨措施
(l)在耐火層以上1000mm高度內的水冷壁易磨損部位噴涂耐磨合金
熱噴涂技術是一種工件表面強化和保護的工藝方法。它以氣，液態、電弧做熱源，將噴焊材料加熱到熔化或塑性狀態，借助于壓縮空氣或火焰推力將之噴射到預處理工件表面上，以獲得均勻致密的金屬表層，起到耐磨損、耐腐蝕、耐熱、抗氧化等作用，達到修復和延長使用壽命的目的。熱噴涂叉分為火焰噴涂和電弧噴涂兩種。近年來，國內循環流化床鍋爐大多采用亞音速火焰噴涂、普通電弧噴涂、超音速電弧噴涂和亞音速火焰噴涂相結合的噴涂方法。
根據不同的噴涂方法，不同的廠家采用的噴涂材料也不盡相同，但主要是含陶瓷相材料（如高鉻鎳合金材料）。目前常用的的噴涂材料有Ni60、25NiCr/75Cr3C2、FeAl/WC、LX88A等，這些材料都不能同時完全滿足既耐高溫、耐磨、耐蝕、抗氧化又具有良好的熱導性等各項要求。
綜合生產成本、工藝性能、防磨效果等多方面因素，根據電廠的實際情況，常采用亞音速火焰噴涂鎳基合金粉末N160方法。該粉末具有硬度高，硬性好(在600℃左右，HRC≥54～57)、熔點低、自熔性好、價格低廉等特點，良好的流動性可獲得光滑平整的焊層表面。利用該技術，噴涂層厚度一般為0.6~0.8mm，與母材結合強度可達290Mpa。Ni60粉末的化學成分如下表1：
(2)采用防磨彎管技術
目前新設計的CFB鍋爐，普遍采用將膜式壁折彎（讓管），使該處澆注料與膜式壁肋片形成上下一致的垂直平面。這樣物料流沿壁面平直下滑，消除了局部渦流區，使耐磨材料與光管交界處的磨損大大減輕。采用該技術的CFB鍋爐，在澆注料施工完畢后拆模板時，一定要檢查確認澆注料與折彎上部膜式壁肋片過渡要平滑，不能出現臺階或滲漿造成的棱角。
該措施一般適用于新設計的鍋爐；而對早期投運的鍋爐進行讓管改造的投資太大，因此很難推廣到老鍋爐的改造中。
3.2爐膛四個角部區域的防磨措施
目前，一般對爐膛角部的幾根水冷壁管沿高度方向全部敷設耐磨澆注料，或將角部的水冷壁和鰭片往爐膛內平移8～15mm，使每個角部的水冷壁由一個90°夾角變成兩個約135°夾角，從而大大減少角部的嚴重磨損問題。
3.3防磨堆焊技術
防磨堆焊技術常應用于管子局部磨損部位。在需要防磨的金屬材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金屬，使被防磨母材具有較高的抗磨損性能；該技術常應用于水冷壁過渡區、吹灰孔等處。例如，CrMoWVNhTi系合金就是一種工藝性能優良、高硬度(HRC≥62)耐磨鐵基堆焊材料，其強化機構是強韌性良好的馬氏體基體和彌散分布的一次碳化物顆粒，可起到很好的防磨效果。
3.4水冷壁上避免凹凸不平
任何壁面凸起物都會帶來嚴重的磨損。因此，向火焊縫要磨平，突出物要割除、磨平且保證光滑，鰭片應避免在安裝時向外凹陷。
3.5保持膜式壁的垂直度
膜式壁的垂直度對磨損程度有非常重要的影響。因此制造水冷壁時要保證直線度、安裝時要保證垂直度。隨著對循環流化床鍋爐認識的深入，對制造和安裝質量要求的大大提高，這類磨損已大幅度減少。
3.6優化運行調整，降低燃料粒徑，盡量減少一次風。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
燃料粒徑越小，越有利于燃燼和提高鍋爐熱效率、減低對管子的磨損，但也意味著碎煤設備和能耗的增加。相反，粒徑越大，將加大一次風的使用量，增大磨損。國內對流化床研究數據表明，燃料粒徑介于20—650um時降低磨損的效果最好。因此，在運行中要嚴格控制燃料的粒徑，在滿足燃燒的前提下，盡量減少一次風和二次風的使用量，從優化運行上降低水冷壁管的磨損。
4、結論
循環流化床鍋爐以其環保、高效等優越性得到越來越快的發展。目前，國內部分電廠的1025t/h亞臨界再熱自然循環流化床鍋爐已經運行，且更多的1025t/h循環流化床鍋爐正在安裝之中。循環流化床鍋爐水冷壁防磨措施雖取得了一些成效，但從運行結果來看，形勢仍然非常嚴峻。因此，如何從防磨機理出發，采取進一步的防磨措施，還需要更多的研究和實踐，這對循環流化床鍋爐的推廣應用是一個十分重要又現實的問題。
