循环流化床锅炉用高温耐磨蚀热电偶保护套管

　　0　引言

　　循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler, CFB)具有燃料适应性广、燃烧效率高,能有效燃烧包括劣质煤和固体垃圾在内的许多低热值燃料、脱硫率高、氮化物排放量低、负荷调节比大等突出优点,在电力、城市供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。床温是循环流化床(CFB)锅炉稳定、经济运行的一个关键参数。它主要通过在燃烧室密相区布置多支热电偶进行测量,将多个测量值进行综合运算后得出床温表征值。由于循环硫化床锅炉炉膛内的温度高,气氛腐蚀性大。[1]固态炉料燃烧时对测温元件的冲刷,常规热电偶根本不能满足其测温要求,即使选用了耐磨性较好的材料,热电偶的寿命也只有3个月左右。为解决上述问题,课题组利用自行开发的铁基耐磨合金及特种深盲孔铸造技术,制备出高性价比的热电偶保护套管,在循环流化床锅炉上应用,取得了很好的效果^[2-3]。

　　1　热电偶保护套管在循环流化床锅炉中的失效机理

　　循环流化床锅炉测温点主要有:

　　(1)流化床区:温度范围为0~1 100℃,介质中含有煤粉、煤块、CO、CO_²、SO_²、NH_³等,流化状态的物料具有很强的冲刷力,燃烧产生的硫化物具有很强的氧化腐蚀性;

　　(2)旋风筒分离器的出入口及回料器:温度范围为0 ~1 100℃,旋风筒分离器的入口介质颗粒流速约为25 m /s,有极强的冲刷力;

　　(3)流化床冷渣器、省煤器、冷渣器等:温度范围0~800℃,测量环境有灰渣颗粒、CO、CO_²、SO_²等。上述测量环境对循环流化床锅炉测温热电偶提出了特殊要求,即要求耐磨、耐高温、耐冲刷、耐腐蚀,使用寿命长。

　　经验表明热电偶损坏主要是由于其保护套管过早时效引起的,而热电偶的失效主要表现为保护套管表面因高温腐蚀和磨损造成材料变质和损失,所以提高热电偶的使用寿命关键是要提高热电偶保护套管的使用寿命。工作在循环流化床中的热电偶首先要承受锅炉内高速流动的热煤粉、烟灰等固体颗粒会对套管的冲刷磨损;其次要承受锅炉内高温氧化性气体的热腐蚀和H_²S、SO_²等腐蚀性气体的腐蚀及煤粉、烟灰等固体物质中存在的盐类也会对套管表面产生腐蚀,显然,热电偶保护套管的工作环境极其恶劣,影响因素也很多,但在这些因素中对套管寿命影响最大的是高温冲蚀^[4]。

　　热电偶保护套管在锅炉中应用,工作部位一般为端部200~300 mm的区域。该部位也是最容易失效的部位。传统的热电偶保护管是利用不锈钢管,按所需长度截断,然后以焊接的方式将端部封口,通常呈球面体封闭,经常由于焊条和套管的材料不符及焊接不良等原因,使套管在不长的时间内烧蚀损坏。在1 000℃以上的高温区, 0Cr25Ni20套管平均使用寿命仅为60~90天左右,影响正常生产,造成了很大浪费^[5-6]。