循环流化床锅炉炉膛磨损机理与影响因素

        1.1磨损概念与形式

在循环流化床锅炉中大颗粒由于机械作用，或伴有化学或电的作用，物体工作表面材料在相对运行中不断损耗的现象称为磨损。根据磨损机理不同，磨损一般科分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疾劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损等。流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损称为冲蚀（或冲击磨损）。冲蚀又有两种基本类型，分别叫做冲刷磨损和撞击磨损，这两种磨损的冲击表面流失过程的微观形貌是完全不同的。冲刷磨损是颗粒相对固体表面冲击角较小，甚至接近平行。颗粒垂直于固体表面的分速使得它 入被冲击物体，而颗粒雨固体表面相切的分速使得它沿固体表面滑动，两个分速合成的效果即起一种刨削的作用。如果被冲击物体经不起这种作用，即被切削掉一小块，如此经过大量、反复的作用，固体表面即将产生磨损。撞击磨损是指颗粒相对于固体表面冲击角度较大，或接近垂直时，以一定 速度撞击固体表面使其产生微小的塑性变性或显微裂纹，在长期大量的颗粒反复冲击下，逐渐使塑性变性或层整片脱落而形成的磨损。根据磨损方式不同，磨损又可分为两物体磨损、三物体磨损。在两物体磨损中固体依靠自身动量撞击并冲击壁面，如图1-1.在三物体磨损中，沿壁面运动的固体粒子团的冲击，而粒子团则利用前者作为磨损介质来磨损受热面，如图1-2。虽然现在还没有充分理解循环流化床锅炉磨损的机理，但可以预测物体磨损使造成循环流化床锅炉磨损的主要三物体磨损可能发生在以下三种情况:颗粒富集以很大的密度沉降、供应足以产生很大的颗粒密度以及在颗粒流动容许范围内很大颗粒密度在磨损表面附近区域可以存在。

1.2磨损的影响因素

循环流化床锅炉中煤灰颗粒对锅炉耐火材料的磨损属于颗粒流的冲蚀，即有颗粒对炉内耐火材料的撞击，又有高浓度含灰气流对材料表面的冲刷，冲击磨损是指由于颗粒流撞击或在表面滑动所引起的质量损失，在很大程度上取决于颗粒的尺寸、颗粒的形状、冲击的速度、冲击角度、供料量、颗粒的强度即硬度等，下面简要讨论这些因素对材料磨损的影响：

（1）颗粒尺寸的影响：已有研究结果表明磨损程度受颗粒运动的影响，大颗粒冲击壁管的磨损较大。影响颗粒大小的因素有煤粒大小、石灰石颗粒大小、煤灰富集程度等。

（2）颗粒形状的影响：一般认为带有棱角的颗粒比较近似球形的颗粒更具有磨蚀性，通常认为随颗粒圆度的增加磨损量减少，然而颗粒的形状并非设计人员能控制的。

（3）颗粒撞击表面可能性系数的影响：对表面有冲击作用的颗粒份额石决定管壁磨损程度的关键因素。颗粒对壁面的冲击行为设有定论，至今仍不能精确度量颗粒的浓度、轨迹即其停留时间。颗粒浓度由炉膛高度及尺寸、流化速度、固体物料量、颗粒的大小形状及其均匀度等共同决定，这些因素也是相互制约的。

（4）颗粒硬度的影响：当颗粒硬度比被磨材料的硬度低时，磨损率通常很低；当颗粒硬度接近或高于被磨材料硬度时，磨损率会迅速增加；此时颗粒硬度再继续增加则对磨损影响不显著。颗粒的硬度由进入床层的煤粒、灰粒、石灰石颗粒等共同决定，又随煤灰组分不同而变化，然而煤灰组分时很难确定的。对于循环流化床锅炉，必须引起注意的是床料在炉内停留一段时间后其表面会生成一膜层，其硬度要大大高于新鲜床料的硬度，因此在循环流化床中，受热面的磨损将主要取决于床料表面磨层的厚度。

（5）供应量：供应量的增加意味着颗粒浓度的增加，其他条件相同情况下，颗粒浓度增加冲击管壁的磨损能力随之变大，循环流化床锅炉的循环倍率虽然可以提高燃烧效率，增强传热效果，但同时高的循环倍率也决定了烟气中高浓度的固体颗粒和严重磨损。

（6）冲击速度：颗粒流速是在设计人员所能控制的，如二次凤喷嘴、床层横截面及炉膛出口通向旋风分离器处的颗粒速度等直接有设计人员控制着。沉降到壁管的颗粒冲击速度由其自身重力及炉膛高度决定，设计人与可以通过选择合适的流化速度及颗粒携带量来控制冲击速度。

（7）冲击角度：通常冲刷磨损随冲击角度的减小而减少，但锅炉实际运行中的冲击角度是很难确定的，只有在流动模型中可以控制冲击角的大小从而减轻对磨损的影响。

     除上述各影响因素外，磨损程度还与被冲击表面的材质有关，同等条件下，材质耐磨性能越好，磨损量愈小。此外，磨损程度还受燃料特性、运行参数等影响。燃料特性是指燃料对受热面的影响程度可分为无磨损、低磨损、中磨损、高磨损、严重磨损等五个等级对磨损的影响程度由弱到强，运行参数的影响包括烟气速度、气流湍流强度、烟气温度及烟气成分等方面的影响。