四角燃燒鍋爐水冷壁磨損的原因分析與防磨措施

1、四角燃燒鍋爐水冷壁磨損的原因分析與防磨措施 電站鍋爐中采用四角布置直流燃燒器，一般情況下噴口附近的水 冷壁管子容易發(fā)生局部磨損。其特征是：局部磨損面積比其它受熱面 （過熱器、省煤器等 ） 管子大；磨損面減薄后在管內(nèi)高壓爐水作用下翻 開，呈開窗狀泄漏點，造成大量爐水噴入爐膛。如果泄漏發(fā)生在上一 次風噴口附近，則爐膛火焰馬上被水澆滅；如果泄漏發(fā)生在下二次風 噴口附近，也會因為鍋爐保持不了水位而被迫緊急停爐。所以對于單 元制機組來說，噴口附近的水冷壁磨損會造成停爐停機事故，給電網(wǎng) 的安全帶來威脅。 1 噴口附近水冷壁磨損實例 牡丹江第二發(fā)電廠HG410/1009型鍋爐，四角切圓燃燒，在上二次 風噴口

2、右側(cè)的水冷壁上發(fā)生過局部磨損曾引起泄漏，泄漏面積 （長X 寬）170mnX 45mm導致停爐停機事故。 水冷壁規(guī)格 60X 5mm局部磨損發(fā)生在噴口右側(cè)第 48根水冷 壁管子上；磨損長度在130340mn范圍內(nèi)，離噴口較遠的第8根管子 磨損面積較大，反之則較?。怀?8根管子爆管，其余 4 根管子磨損 最深已達1.83.0mm磨損面下線基本與上二次風噴口下傾角度線對 應。 一、二次風噴燃器采用 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼板焊制成，廠家設計的 一、二次風速（冷態(tài)）分別為2323m/s和4446m/s。噴口檢查：一次 風噴口正常；二次風噴口上邊左側(cè)已經(jīng)燒毀變形，并向下塌腰 （最大約 40mm）噴

3、口左側(cè)鋼板向水冷壁變形約 10mm噴口里面接口處的二次風 管上下左右都已經(jīng)變形，呈波浪狀。 2 原因分析 2.1 噴口出口射流與水冷壁的夾角 直流噴燃器以一定角度布置在爐膛四角上，在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流的作 用下，噴口出口射流兩側(cè)的補氣條件是不一樣的，形成作用于射流側(cè) 面的壓力差，使射流向壓力較低一側(cè)偏轉(zhuǎn)，因此噴口出口射流兩側(cè)與 水冷壁之間的夾角，分為小角和大角。做爐內(nèi)空氣動力場試驗，在設 計工況下測得爐內(nèi)實際旋轉(zhuǎn)速度圓大小為 5.506.25m，噴口出口 大、小夾角分別約為31和45?？梢娦〗莻?cè)氣流根部距水冷壁很 近，如果操作不當或爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)速度圓直徑偏大，氣流就要沖刷水冷 壁。 2.2 噴口處的溫度

4、 在鍋爐額定負荷下，測試下二次風口的溫度：測試探頭在噴燃器 內(nèi)距噴口端面1m熱風門全開，測得溫度為320C ;探頭至噴口端 面，熱風門全開，溫度為540C，熱風門全關(guān)，此時溫度為 832C。爐 膛最高溫度在1600C左右，上二次風噴口對應中心火焰位置。由此可 見，如果鍋爐在額定負荷下，上二次風門全關(guān)時，其噴口處溫度將遠 遠超過下二次風口的溫度（估計在1000C左右）。 2.3 噴口的材質(zhì) 噴口采用 1Cr18Ni9Ti 爐用耐熱鋼板。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗處于溫度相對 較低的下二次風噴口，也經(jīng)常發(fā)生燒變形的情況?？梢?1Cr18Ni9Ti 只 適用于溫度在600C以下的工作環(huán)境。 2.4 二次風氣流主導

5、作用 二次風射流噴出后，不斷卷吸周圍的空氣，因為二次風風速較 高，大約是一次風的 2 倍，所以也不斷卷吸位于上下的一次風粉混合 物。如果二次風刷墻，則卷吸的煤粉就會磨水冷壁，管子的磨損量與 煙氣流速成 3 次方，因此噴口附近水冷壁的磨損一般都發(fā)生在二次風 附近。從水冷壁磨損的情況可以看出，磨損位于二次風射流的下邊 （ 再 下面是上一次風 ） ，其磨損面正確地反映了一次風中的部分煤粉被卷吸 到二次風后所留下的痕跡。 2.5 噴口處水冷壁結(jié)構(gòu) HG410/1009型鍋爐其噴口出口端面深入爐膛僅 100mm與四角頂點 的距離） ，噴口氣流的根部基本上是貼著水冷壁。當出現(xiàn)噴口變形、爐 內(nèi)切圓直徑偏大以

6、及操作等原因使氣流偏轉(zhuǎn)時，都可能造成水冷壁的 磨損?？梢奌G410/1009型鍋爐，噴燃器的布置不盡合理。3防止水冷 壁磨損的措施 3.1 采用耐熱鑄鋼噴口 將1Cr18Ni9Ti噴燃器改為耐溫為1000C的耐熱鑄鋼噴燃器，實 踐證明改進后的噴燃器，運行中不變形，壽命都在40000h 以上。 3.2 加長噴燃器 將噴燃器出口端面深入爐膛100mm與四角頂點的距離）改為 200mm若不考慮其它因素，經(jīng)計算小角側(cè)*第8根水冷壁管與噴口射 流之間的距離可增加50mn左右。在實際運用中在二次風噴口 *小角側(cè) 焊一塊不銹鋼板，由于鋼板的導流作用，小角側(cè)的噴口位置向爐內(nèi)推 進了一些，增加了射流與水冷壁之間

7、的距離；在二次風氣流的影響 下，避免了一次風中的煤粉磨水冷壁，這種辦法在鍋爐檢修中是一種 臨時措施，可解決一些問題，比較正規(guī)的方法是制作加長的耐熱鑄鋼 一、二次風噴燃器，將舊噴燃器全部更換；這種方法比較適用于舊爐 改造，改造后噴口附近水冷壁檢查可由一個小修期延長至一個大修 期，可省卻大量爐膛搭架子的工作。實踐證明效果很好。 3.3 校正切圓直徑 將爐內(nèi)假想切圓直徑減小，可增加小角側(cè)射流與水冷壁之間的距 離。國內(nèi)對固態(tài)爐采用的假想切圓直徑一般為0.050.10的爐膛寬、 深的平均值。HG410t/h鍋爐的假想切圓直徑為1m經(jīng)計算選用的是最 大值，因此還有調(diào)整的余地。在檢查或矯正假想切圓直徑時，除

8、了對 一次風管道進行檢查，更重要的是要對二次風管道 （包括噴燃器 ）進行 拉線檢查和調(diào)整。 3.4 合理的噴口處水冷壁結(jié)構(gòu) 對于四角布置切向燃燒器，國外技術(shù)的特點是，噴口端面深入爐 內(nèi)較長。如上鍋廠引進的CE技術(shù)，噴口端面距爐膛斷面角頂點距離約 350mm BWB410t/h鍋爐，采用美國 BW支術(shù)，其噴口處水冷壁的結(jié)構(gòu)也 很獨特（見圖3c），噴口深入爐膛750mm噴口端面與兩側(cè)水冷壁平 行，小角側(cè)與噴口氣流對應的水冷壁管為第 14根，噴口出口射流兩側(cè) 與水冷壁的距離均較遠，已經(jīng)遠遠避開了容易磨損的第 48根管區(qū) 域。即使發(fā)生噴口變形、切圓直徑較大、運行操作不當?shù)葐栴}，煤粉 氣流也沖刷不到水冷

9、壁。上海石化熱電二站目前有4臺BWB410t/h鍋 爐，噴口材料為 1Cr18Ni9Ti ， 2號爐在設計工況下測得爐內(nèi)實際旋轉(zhuǎn) 速度圓為 6m鍋爐都裝有濃相噴口，運行最長的鍋爐已經(jīng)有7個年 頭。 7 年來噴口附近的水冷壁從未發(fā)生過磨損。 4 結(jié)論與建議 4.1 四角布置切向燃燒器附近水冷壁的磨損，主要與噴口材質(zhì)、 燃燒器布置的角度、噴口端面太 *近四角頂點以及運行操作等因素有 關(guān)。 4.2對于舊爐改造，采用耐高溫1000C的鑄鋼及加長噴口長度， 是一種防止水冷壁磨損，既經(jīng)濟又有效的措施。 4.3 二次風風速較一次風大，能卷吸一次風中的煤粉，如果二次 風噴口變形或角度布置偏大，將對水冷壁磨損。所以一般情況磨損都