循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損探討

1、循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損探討1 概述廈門瑞新熱電廠3臺鍋爐系杭州鍋爐集團公司生產的NG-220/9.8-M24型高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐（配2臺46MW的汽輪發(fā)電機），于2006年起陸續(xù)投入運營。該型鍋爐由一個膜式水冷壁爐膛、兩個蝸殼式汽冷旋風分離器和一個尾部豎直井煙道三部分組成，水冷壁管材設計材料為20G，規(guī)格為605，管數(shù)為前后墻各111根，左右墻各75根，水冷壁直管間分2層焊縫對接，下層焊縫距下部防磨澆注料約5米。2 爐膛水冷壁易發(fā)生磨損的部位3臺鍋爐運行兩年多來（三臺鍋爐累計運行時數(shù)均未超過10000h），先后利用6次機組檢修機會對水冷壁進行檢查，發(fā)現(xiàn)三臺爐水冷壁以下部位均出現(xiàn)較為嚴重的

2、磨損現(xiàn)象：2.1 下層焊縫及焊縫下水冷壁，特別是焊縫余高打磨不平滑或上下管子對接錯口較為明顯的地方。此部位磨損管數(shù)最多，磨損面主要為平面形，3臺爐每次檢查均出現(xiàn)過多根磨至2.5mm左右；2.2 爐膛四角水冷壁靠角落的第一根管子，此部位磨損面主要為溝槽形；2.3 兩側墻測溫點方向朝上防磨瓦與水冷壁管的過渡區(qū)域；2.4 水冷壁管與下部防磨澆注料之間的過渡區(qū)域；2.5 部分防磨澆注料或防磨涂層脫落的部位；2.6 原水冷屏取消后，在密相區(qū)遺留的澆注料凸臺上部與水冷壁的過渡區(qū)域。3 原因分析3.1 燃燒因素在循環(huán)流化床的爐膛內，燃料、石灰石和高溫床料混合進行燃燒和脫硫。從流化床爐內動力學觀點來看，流體結

3、構為環(huán)核結構，在內部核心區(qū)，燃料產生的高溫煙氣夾帶著物料垂直向上流動，此區(qū)域固體顆粒濃度較稀，而在水冷壁附近的外部環(huán)狀區(qū)，固體顆粒濃度較大，并沿水冷壁向下回流磨損管壁（在向下流動過程中，物料固體顆粒濃度成指數(shù)增加，流速也加快）。近年來，由于燃煤供應緊張，煤質下降，煤種變化頻繁。而煤質的好壞對水冷壁磨損的影響關系巨大，煤質差，顆粒粗大，硬度也較高，磨損就較為嚴重，因為燃料顆粒過粗，粗顆粒的數(shù)量就增多，為了保持流化，須加大流化風速，這樣床內顆粒向懸浮空間濺射的動能就增大，磨損率也會隨之加大。根據(jù)實驗得出的流化床鍋爐受熱面磨損經驗關系式： E=f1f2CV3.5式中，E為磨損量；f1為灰粒特性系數(shù)；

4、f2為受熱面布置型式及沖刷方式系數(shù)；C為飛灰濃度；V為煙氣速度。從上述關系式可以看出，當煤種和受熱面結構形式一定時，受熱面磨損量與飛灰濃度成正比，與煙氣流速的3.5次方成正比，煙氣流速越快，飛灰濃度越高，則磨損量越大。3.2 設計、安裝因素3臺流化床鍋爐結構型式屬杭州鍋爐集團公司在全國首次試驗型鍋爐，其水冷屏因設計結構不合理，在首臺鍋爐開爐96 h試運行期間就發(fā)生2根管子在同一時間發(fā)生過熱爆管，后進行改造，取消水冷屏（包括后2臺鍋爐也一并取消水冷屏），水冷屏上部切口在前后墻頂棚水冷壁下部，下部切口在前后墻的密相區(qū)，造成前后墻上下各有10個約0.4m1.0m澆注料凸臺。另外，由于安裝人員安裝責任

5、心不強，部分水冷壁管對接安裝錯口明顯，或焊縫余高磨除沒有達到較為理想的狀態(tài)，在此部位形成凸臺（如圖1所示）。當沿水冷壁向下流動的物料顆粒流到凸臺部位時，一方面沖刷磨損管壁，另一方面部分顆粒反彈，加之爐內向上的固體物料流影響，在此部位產生局部渦流，再次對管壁進行斜沖刷磨損。凸臺越大時，磨損越嚴重，范圍也越大，反之則較小。渦流焊縫沿壁面下行物料流爐膛內向上物料流 圖1 磨損簡易示意圖3.3 爐膛四角影響爐膛四角區(qū)域由于是2個水冷壁面的交匯處，物料相互疊加，其濃度也就相對較高，物料流動狀態(tài)容易受到破壞，加上四角區(qū)域密封鰭片在安裝時內表面粗糙，如鰭片交界密封焊縫有較大幾何尺寸的不規(guī)則變化或密封不嚴產生

6、漏風，就會造成局部嚴重磨損，這是因為不規(guī)則的變化或漏風對物料局部的流動特性造成較大擾動，物料流會改變流向集中向某個方向流動，形成局部方向物料流，最終在水冷壁管上沖刷成溝槽。3.4 運行因素的影響廈門瑞新熱電廠屬熱電聯(lián)產企業(yè)，擔負著廈門市杏林工業(yè)區(qū)絕大多數(shù)用熱企業(yè)的供熱任務，而用熱企業(yè)在節(jié)假日熱負荷變化頻繁，造成鍋爐負荷變化相對頻繁，而負荷變化時，給煤量和空氣量都會隨之變化。根據(jù)床料密度的關系式：床料=s（1） 式中，床料 為床料密度；s為顆粒密度；為空隙率。研究表明，當床料密度在810kg/m3時，床內細顆粒就會聚成大顆粒子團，團聚后的粒子團由于重量增加，體積加大，以較大相對速度沉降并具有邊壁

7、效應，使流化床中氣固流動形成近壁處很濃的粒子團，斜下切向運動，顆粒之間、與水冷壁之間進行頻繁的撞擊和摩擦，致使水冷壁管受到嚴重磨損。另外，運行人員對一、二次風的調整配比，上、下二次風的調整配比，床料和煤粒的篩分比，煤、風配比，以及上述配比調整變化速度，床溫、燃燒工況、物料循環(huán)倍率偏離等也會對水冷壁的磨損造成重大影響。4 處理及防范措施4.1 對于焊縫及其下水冷壁磨損處，由于連續(xù)運行時間均不長就發(fā)生大量磨損，如果進行換管處理，一方面工作量較大，另一方面此部位會從1個焊口增至2個焊口，增加易磨損部位，且按照此種磨損速度估算，日后在此部位可能經常要進行換管處理。綜合各種因素后，決定將磨損部位清理干凈

8、后，先用J50焊絲進行氬弧焊堆補，后用D127耐磨焊條進行堆焊處理（管子與鰭片同時堆焊），堆焊區(qū)域為原焊縫上下各約50mm，堆焊后打磨，使管子與堆焊層之間平滑過渡，過渡區(qū)域長度約2025mm。目前部分電廠在該部位采用噴涂防磨涂層處理，但一般防磨涂層與基材的結合達不到冶金結合的強度，加上涂層與管材膨脹系數(shù)的差異及熱阻的存在，防磨涂層容易形成分層鼓包脫落，進而在脫落處形成磨損，另外，防磨涂層也給該區(qū)域磨損后焊接修補等處理帶來極大的不便。4.2 對于爐膛四角第一根水冷壁管子容易磨損的特點，采用夾角第一根水冷壁管兩側鰭片焊上Y型抓釘，再用防磨澆注料將夾角兩側第一根水冷壁管包縛處理。當然，此種方法會使爐內容積稍微減小，受熱面對流、輻射傳熱量減小，鍋爐熱效率會受到一定的影響，但總的來說還是利多弊少。4.3 防磨澆注料應選擇既耐磨又具有較強結合強度的材料，澆注應請有資質的專業(yè)施工隊伍進行，嚴格按照要求保養(yǎng)，避免快速升溫升壓而降低其性能，檢查發(fā)現(xiàn)有局部澆注料脫落時，應將原來澆注料盡量打掉，使之露出抓