循環(huán)流化床鍋爐的防磨措施研究

1、循環(huán)流化床鍋爐的防磨措施研究        摘 要：循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損是對(duì)循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行三大威脅(磨損、給煤不暢、排渣困難)之一，由于磨損（受熱面、耐火材料、風(fēng)帽等）造成的停爐事故接近停爐總數(shù)的50%。在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)成為影響循環(huán)流化床鍋爐推廣應(yīng)用的主要障礙。 關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐；防磨；措施 1 爐膛內(nèi)水冷壁管磨損 1.1 故障現(xiàn)象 爐膛內(nèi)水冷壁管磨損主要表現(xiàn)在水冷壁管與耐磨材料交接及以上15m處、爐膛四角、返料口上部及爐膛出口煙氣轉(zhuǎn)彎等處。爐膛內(nèi)水冷壁管磨損情況如圖1所示。 水冷壁管磨損后造成水冷

2、壁管泄漏，高壓汽水混合物直接劇烈沖刷造成更多鄰近水冷壁管泄漏，有時(shí)汽包水位都很難維持，泄漏處床溫急劇下降，兩側(cè)床溫差大，被迫停爐?，F(xiàn)在運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組中受熱面因磨損爆管的次數(shù)為煤粉爐的35倍，受熱面爆管后處理起來(lái)難度較大，而且還要組織人員清理床料，重新加入床料，往往要付出更大的人力、物力才能處理好，是各發(fā)電最為頭疼的難題。循環(huán)流化床鍋爐的防磨措施正確與否，直接影響循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的可用率，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行威脅也很大。 1.2 原因分析 循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損機(jī)理與煤粉爐有很大的不同，一方面大量煙氣和固體顆粒在上升過(guò)程中對(duì)水冷壁管進(jìn)行沖刷；另一方面由于內(nèi)循環(huán)的作用，大量固體顆粒沿爐

3、膛四壁重新回落，對(duì)水冷壁管進(jìn)行劇烈沖刷。特別在水冷壁管和耐火材料層過(guò)渡區(qū)的凸出部位。因沒(méi)有上行氣流，沿水冷壁管下來(lái)的固體顆粒形成渦流，對(duì)局部水冷管壁起到一種刨削作用。 影響水冷壁磨損的主要因素有：（1）煙氣流速的影響：煙氣流速越高磨損越嚴(yán)重，磨損量與煙氣流速的三次方成正比。一次風(fēng)量越大，磨損量越大。另外二次風(fēng)量越大，對(duì)爐內(nèi)燃燒情況的擾動(dòng)越劇烈，水冷壁磨損量也越大。（2）煙氣顆粒濃度的影響：煙氣內(nèi)顆粒濃度越大，水冷壁磨損量越大。因?yàn)轭w粒數(shù)目越大，對(duì)管壁的撞擊和沖刷越強(qiáng)烈。在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)荷越高，床層密度及床層差壓越大，說(shuō)明顆粒濃度越大，磨損量也越大。循環(huán)流化床鍋爐由于其特定的燃燒方

4、式，爐內(nèi)的固體物料密度為煤粉爐的幾十倍到百倍以上。（3）燃料性質(zhì)的影響：燃料顆粒硬度、灰分越大，對(duì)水冷壁管壁的切削作用越強(qiáng)烈，磨損量越大。尤其在摻燒煤矸石或其它高硬度燃料時(shí)，會(huì)大大縮短水冷壁管爆管的運(yùn)行時(shí)間。（4）安裝及檢修質(zhì)量的影響：鍋爐安裝及檢修質(zhì)量不好，例如，受熱面鰭片沒(méi)有滿焊，造成大量顆粒外漏，造成對(duì)水冷壁管側(cè)面的磨損?；蚬芷帘砻媪粝麓罅亢附雍蟮耐蛊鸩课?，形成顆粒渦流加劇磨損。（5）耐磨材料脫落：在爐膛密相區(qū)排渣口、二次風(fēng)口處的異型管，過(guò)熱器及再熱器穿墻管密封盒處管壁都會(huì)因耐磨材料脫落造成磨損。風(fēng)水聯(lián)合冷卻式流化床冷渣器回風(fēng)口處由于風(fēng)速過(guò)快，將耐磨材料吹落造成磨損。（6）鍋爐本身動(dòng)力場(chǎng)

5、的影響：由于爐膛內(nèi)煙氣流速分布不均勻，四角處的煙氣流速比中間大許多，所以磨損情況比其它部位嚴(yán)重。 1.3 處理及改造方法 （1） 運(yùn)行調(diào)整方面：在保證床料充分流化的前提下，盡量降低一次風(fēng)量；在維持氧量的前提下適當(dāng)調(diào)整二次風(fēng)量，合理搭配上下二次風(fēng)量，保持合適的過(guò)?？諝?。適當(dāng)降低密相區(qū)高度，延長(zhǎng)燃煤顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，減小對(duì)水冷壁管的沖刷，同時(shí)也會(huì)降低飛灰含碳量。根據(jù)負(fù)荷變化選擇合適的床層差壓、床層密度及煙氣流速。提高旋風(fēng)分離器分離效率，延長(zhǎng)固體顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間。 （2） 加強(qiáng)來(lái)煤管理，控制矸石含量。及時(shí)進(jìn)行煤質(zhì)化驗(yàn)，控制來(lái)煤的篩分粒度，經(jīng)常根據(jù)燃料顆粒度分布情況調(diào)整碎煤機(jī)錘頭間隙，盡量采用

6、二級(jí)破碎系統(tǒng)，提高煤顆粒的均勻度，減小大顆粒在來(lái)煤總量中的比例。 （3） 檢修改造方面：杜絕水冷壁管屏表面的凸起現(xiàn)象，檢修結(jié)束后將水冷壁管焊口打磨圓滑，水冷壁管鰭片應(yīng)該滿焊，不能留下縫隙或漏洞。在水冷壁管加裝防磨護(hù)板，應(yīng)注意防磨護(hù)板與水冷壁管間的間隙不能太大以防形成凸臺(tái)。采用讓管技術(shù)，如圖1-2所示。選擇質(zhì)量較好的耐磨澆筑料和技術(shù)水平高的施工隊(duì)伍，澆筑料軟著陸時(shí)不能形成斜坡，以免附近水冷壁管的磨損加劇。規(guī)范施工工藝，確保耐磨澆筑料在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)不脫落。 （4） 對(duì)密相區(qū)埋管以上的裸露水冷壁管進(jìn)行熱噴涂。由于循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損問(wèn)題比較嚴(yán)重，而一時(shí)難以找到有效的手段去徹底解決，目前熱噴涂成

7、為一種有效的方法來(lái)降低磨損。熱噴涂是利用一定熱源，例如高溫電弧，將用于噴涂的材料加熱至熔化，并獲得高速度，噴射并沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面，形成具有較強(qiáng)耐磨功能并與基體牢固結(jié)合的覆蓋層的一項(xiàng)表面加工技術(shù)。按熱源分類，基本上可分為火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂。熱噴涂技術(shù)具有以下特點(diǎn)：涂層的致密性好；涂層硬度高；涂層耐磨性能高；涂層與管道基體結(jié)合強(qiáng)度大。 進(jìn)行過(guò)熱噴涂的水冷壁管抗磨損和抗腐蝕壽命可以提高24倍。其施工工藝過(guò)程為：首先將水冷壁管壁減薄的部位先進(jìn)行堆焊，然后打磨圓滑，使處理后的水冷壁管壁厚度與正常管壁相同，對(duì)處理過(guò)的部位焊縫進(jìn)行圓滑過(guò)渡。然后進(jìn)行噴沙處理，對(duì)管壁進(jìn)行清理和粗化，噴沙處

8、理后短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電弧噴涂即可完成整個(gè)噴涂過(guò)程。 （5） 在不影響鍋爐吸熱量的前提下對(duì)水冷壁管進(jìn)行埋管處理。水冷壁襯里是用焊在管子表面上的金屬銷釘將較密的耐磨耐火材料固定在煙氣側(cè)的鍋爐管件上，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。 1         2 屏式過(guò)熱器、再熱器及旋風(fēng)分離器過(guò)熱器的磨損 2.1 故障現(xiàn)象 屏式過(guò)熱器、再熱器布置在爐膛稀相區(qū)內(nèi)，旋風(fēng)分離器布置在爐膛出口后，雖然所在空間顆粒濃度比密相區(qū)要低，但仍然會(huì)造成磨損，尤其當(dāng)迎風(fēng)面部位，而且旋風(fēng)分離器受熱面所處位置煙氣流動(dòng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，速度增加，加快了耐磨澆筑料的磨損速度，當(dāng)外面

9、的耐磨澆筑料因各種原因脫落后會(huì)迅速提高磨損速度。爐膛內(nèi)屏式過(guò)熱器、屏式再熱器管屏的磨損機(jī)理與爐內(nèi)水冷壁管的磨損機(jī)理相似，主要取決于受熱面的具體結(jié)構(gòu)和固體物料的流動(dòng)特性。屏式過(guò)熱器、再熱器及旋風(fēng)分離器過(guò)熱器因磨損爆管后對(duì)床溫、煙溫影響很大，檢修困難，是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行急需解決的難題。 2.2 原因分析 （1） 屏式受熱面穿墻管膨脹受阻，產(chǎn)生熱應(yīng)力造成受熱面管屏變形，耐磨澆筑料大量脫落。這是屏式受熱面最經(jīng)常碰到的問(wèn)題。 （2） 爐膛內(nèi)床溫變化大對(duì)耐磨材料的影響主要有：一方面是由于溫度循環(huán)波動(dòng)和熱沖擊以及機(jī)械應(yīng)力造成耐磨材料產(chǎn)生裂縫和剝落；另一方面是由于固體物料對(duì)耐磨材料的沖刷而造成耐磨材料的破壞

10、。 （3） 煙氣流速控制不合理，一、二次風(fēng)量太大，對(duì)耐磨材料起到強(qiáng)烈沖刷及切削作用。 3 對(duì)流煙道內(nèi)受熱面的磨損 對(duì)流煙道受熱面的磨損主要發(fā)生在省煤器和低溫再熱器兩端，磨損部位主要集中在迎風(fēng)面。這是所有鍋爐，包括煤粉鍋爐避免不了的問(wèn)題。 3.1 處理及改造方法 （1）采用在受熱面迎風(fēng)面加裝金屬防磨蓋板的方法。如圖3所示。 （2）在易磨損的部位采用耐磨性能高的鋼材。 （3）將設(shè)計(jì)省煤器時(shí)，將其設(shè)計(jì)成為鰭片式，一方面減小磨損程度，另一方面可增加省煤器的吸熱量，以彌補(bǔ)循環(huán)流化床鍋爐床溫較低，總吸熱量不足的缺點(diǎn)。   4 案例分析 事故案例1: 2006年5月28日中班23：45左

11、右，某廠6爐負(fù)荷135MW，運(yùn)行正常，突然爐膛正壓力增大，汽包水位下降，給水流量不正常地大于蒸汽流量，西側(cè)床溫下降速度為20/min，而東側(cè)床溫基本不變，鍋爐蒸發(fā)量下降，負(fù)荷快速下降至90MW左右，并且有繼續(xù)下降趨勢(shì)。24：00，西側(cè)床溫已經(jīng)下降到500時(shí)，鍋爐運(yùn)行人員判斷為水冷壁管爆破，匯報(bào)值長(zhǎng)，值長(zhǎng)令6爐停運(yùn)。 事后檢查發(fā)現(xiàn)：6爐西側(cè)17.5米層處有兩根水冷壁管爆破，其余四根水冷壁管被吹破。經(jīng)分析原因?yàn)椋阂蜻@兩根水冷壁管鰭片沒(méi)有滿焊，造成大量固體顆粒從漏縫處泄漏，對(duì)水冷壁管側(cè)面進(jìn)行沖刷，管壁減薄，引起管子泄漏。 處理：更換損壞水冷壁管，全面檢查其它鰭片，滿焊所有鰭片。 事故案例2： 2005年7月4日某廠135MW循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管泄漏。 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：泄漏點(diǎn)為冷渣器（風(fēng)水聯(lián)合冷卻流化床式）回風(fēng)口爐膛出口處上部。 原因?yàn)椋豪湓鏖L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，造成冷渣器需要大量流化風(fēng)，嚴(yán)重超過(guò)設(shè)計(jì)值，回風(fēng)口風(fēng)速增高沖刷異型管壁的耐磨澆筑料，澆筑料脫落后直接沖刷水冷壁管造成泄漏，如圖4所示：  處理：打磨堆焊，制作回風(fēng)防磨套，重新制作澆筑料。 預(yù)防措施：排渣時(shí)要均勻排渣，不可大流量排渣，一方面防止冷渣器堵塞，另一