循環(huán)流化床鍋爐磨損探討

循環(huán)流化床鍋爐磨損探討第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日本節(jié)課主要內(nèi)容1、循環(huán)流化床鍋爐金屬表面磨損；

重點講述密相區(qū)水冷壁管磨損防磨。2、耐火耐磨材料磨損；

重點講述高溫分離器耐火材料磨損防磨。磨損部位安裝施工問題第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日前言循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一項近20年發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)，是繼鏈條爐、煤粉爐發(fā)展起來的高效率、低污染的新爐型，因其燃燒效率高、煤種適應性廣、負荷調(diào)節(jié)范圍大、氮氧化物排放低、易于脫硫等優(yōu)點而備受青睞，已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用和推廣。隨著循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的日益成熟，循環(huán)流化床鍋爐也以其大量的運行實踐被公認為極具發(fā)展前途的爐型之一，成為今后電站鍋爐的發(fā)展趨勢。但這種爐型有一種致命弱點，就是磨損問題、也是嚴重制約了該爐型長周期經(jīng)濟的運行。請看圖片第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日循環(huán)流化床鍋爐圖片密相區(qū)稀相區(qū)中心筒立管返料器密相區(qū)水冷壁交界處旋風分離器入口煙道分離器出口煙道冷渣機風帽位置空氣預熱器高過、低過省煤器點火裝置爐膛返料口去電除塵旋風分離器爐膛第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日第一節(jié)、磨損磨損的概念：流體或固體顆粒以一定的速度和角度對受熱面和耐火材料表面進行沖擊所造成的磨傷和損壞稱為磨損。在循環(huán)流化床鍋爐中磨損是其受熱面事故的第一原因，現(xiàn)就運行中磨損方面應注意的幾個問題進行說明。一、鍋爐中易磨損的主要部位在循環(huán)流化床鍋爐中，由于爐內(nèi)固體物料濃度、粒徑比煤粉爐要大得多，所以流化床鍋爐受熱面的磨損要嚴重得多，但爐內(nèi)磨損并不是均勻，一般磨損部位有一下幾處：（1）風帽磨損，最嚴重的區(qū)域在物料返料口附近第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日（2）水冷壁磨損，最嚴重部位爐膛下部水冷壁與耐火澆注料交界處、爐膛四角區(qū)域以及一些不規(guī)則管壁，這些不規(guī)則管壁包括穿墻管、爐墻開孔處的彎管、管壁上焊縫等；（3）二次風噴嘴處和熱電偶插入處。（4）高溫旋風分離器的入口煙道及上部區(qū)域以及中心筒。（5）對流煙道受熱面的某些部位，如過熱器、省煤器和空氣預熱器的某些部位。第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日二、磨損的主要危害循環(huán)流化床鍋爐主要分受熱面磨損和耐火材料磨損。在受熱面磨損中，不管是水管、汽管、煙管還是風管的磨損，輕者導致熱應力變化，使其受熱不均勻，重者造成爆管或受熱面泄露，嚴重時導致鍋爐停爐；耐火材料磨損會使耐火層脫落、鍋爐漏風或加重磨損受熱面；風帽磨損導致布風不均勻，嚴重時會使鍋爐結(jié)焦，這些都將不同程度影響鍋爐正常及安全經(jīng)濟運行。三、磨損的處理對于可能磨損或已經(jīng)磨損的部位，檢修中要進行認真檢查并及時處理。如更換已磨損的風帽、水冷壁管、防磨瓦，補修已磨損耐火材料，也可更第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日合適的耐火材料或加裝防護件等，如：（1）選擇適合于循環(huán)流化床鍋爐的防磨材料；（2）采用金屬表面噴涂技術(shù)和其他表面處理；（3）“藍泥”防磨技術(shù)；（4）受熱面加裝防磨構(gòu)件，安裝防磨瓦等；（5）某些特殊部位改變其幾何形狀，爐膛內(nèi)表面的管子，做到“平”、“直”、“滑“，不要有凸起的部位。對某些已嚴重磨損部位并在運行中發(fā)現(xiàn)時，如受熱面特別是承壓部件發(fā)生爆管、泄露等時，及時停爐檢修，防止事故擴大。第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日二、耐火材料脫落長期在高溫條件下運行的循環(huán)流化床鍋爐，啟停及負荷變化容易造成反復的熱沖擊，爐內(nèi)又有大量高速運動的高溫固體物料沖擊，因此在燃燒室中需要使用耐火材料來對受熱面等進行保護。另外在高溫分離器、煙道及物料回送管路等處也要使用大量耐火材料。然而運行中，經(jīng)常會由于種種原因造成耐火材料脫落，調(diào)查表明在鍋爐事故中因耐火材料層脫落而造成的事故約占15%，他是僅次于受熱面磨損的第二大事故原因。第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日1、耐火材料破環(huán)的原因分析（1）由于溫度波動和熱沖擊以及機械應力造成耐火材料產(chǎn)生裂縫和剝落。溫度波動時，由于耐火材料骨料和粘合料間熱膨脹系數(shù)不同而形成內(nèi)因應力，從而破壞耐火材料層，造成耐火材料內(nèi)襯的裂縫和剝落。溫度快速變化造成的熱沖擊（如啟動過程中）可使耐火材料內(nèi)的應力超過抗拉強度而剝落。機械應力所造成的耐火材料的破壞則主要由于耐火材料與穿過耐火材料內(nèi)襯處金屬件間熱膨脹系數(shù)不同而造成的。（2）由于固體物料對耐火材料的沖刷而造成耐火材料的破壞。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)耐火材料的易磨第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日損區(qū)域包括邊角區(qū)、旋風鋒利其和固體物料回送管路等。試驗數(shù)據(jù)表明，耐火材料的磨損隨沖擊角的增大而增加，因此在進行旋風分離器、煙道等施工時應使沖擊角盡量減小。（3）耐火層脫落的防止措施要防止耐火層脫落，一方面應從設計角度選好性能良好的耐火材料。在敷設采用幾種不同材料進行分層敷設，并可在襯里內(nèi)添加金屬纖維增加其剛性和抗沖擊能力。另外，在鍋爐啟停過程中，應限制溫升或降溫速度，防止產(chǎn)生過大熱應力。第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日重點講述燃燒室下部水冷壁管磨損1、爐膛水冷壁的磨損水冷壁管的磨損是受熱面磨損中最嚴重部位之一。根據(jù)管壁各部位磨損的現(xiàn)狀，爐膛水冷壁主要分為一下兩種情況。（1）水冷壁管與耐火材料交界處磨損：如下圖：第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日可以看出磨損發(fā)生在爐膛下部耐火材料與水冷壁交界處，這種結(jié)構(gòu)磨損相當嚴重。經(jīng)驗證明管壁上任何凹凸不平的不規(guī)則形狀都會加劇磨損，爐膛下部敷設耐火材料與水冷壁管的交界處就是這種情況，為改進磨損嚴重區(qū)的磨損狀況，又把水冷壁的耐磨耐火材料交界處的設計作如圖所示的修改。盡可能減小耐火材料擱臺的尺寸及磨損區(qū)在受熱面管壁上增加一層表面堆焊層。衛(wèi)燃帶與水冷壁管交界處的磨損有兩方面的原因，一是在交界區(qū)域沿壁面向下流動的固體物料與爐內(nèi)向上流動的固體物料運動方向相反，在局部產(chǎn)生渦流，另一個原因是沿壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流動方向的改變，對水冷壁管產(chǎn)生沖刷。另外，焊縫磨損也是水冷壁管易磨損的部位之一。焊縫磨損屬于局部磨損，首先發(fā)生在焊縫上部，直到焊縫磨平為止。第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日第二節(jié)，耐火材料防磨一、簡單介紹國內(nèi)耐火材料特性以及我公司常用耐火材料。目前國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐用耐火材料一般按作用可分為三類：①耐磨耐火材料磚、澆注料、可塑料和灰漿；②耐火材料磚、澆注料和灰漿；③耐火保溫材料磚、澆注料和灰漿。通常采用的耐磨耐火材料的品種有：磷酸鹽磚和澆注料，硅線石磚和澆注料，碳化硅磚和澆注料，剛玉磚和澆注料，耐磨耐火磚和澆注料，最高檔次的還有氮化硅結(jié)合碳化硅產(chǎn)品等品種。第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日二、耐火材料選擇。材料的選擇要從材料的物化性質(zhì)(包括耐磨性、耐熱性、耐蝕性、導熱性、穩(wěn)定性、熱脹性、收縮性、抗壓抗折性和容重)著手，兼顧經(jīng)濟性。結(jié)合內(nèi)襯部位的特點、承載內(nèi)襯的部件結(jié)構(gòu)、耐溫抗磨要求進行綜合比較，做到技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)可靠和經(jīng)濟合理。因此，耐火材料一般都采用幾種不同材料進行分層敷設。內(nèi)襯材料有定型制品與不定型制品，定型制品以預制品和磚為主，而磚在循環(huán)流化床鍋爐中大面積的耐磨墻體中應用較多，如分離器、返料器、尾部煙道等。常用的襯里材料有硅線石磚、鋯鉻剛玉磚、氮化硅磚、碳化硅磚等。第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日不定型制品有耐磨耐火可塑料、耐磨耐火搗打料、耐磨耐火澆注料等。（1）耐磨耐火可塑料：是由耐火骨料、結(jié)合劑和液體組成的混合料。交貨狀態(tài)為具有可塑性的軟坯狀或不規(guī)則形狀的料團，可以直接使用，主要結(jié)合劑為陶瓷、化學(無機、有機·無機、有機)結(jié)合劑。以搗打(手工或機械)、振動、壓制或擠壓方法施工，在高于常溫的加熱作用下硬化。為我公司常用耐火材料。耐磨可塑料的成分為11.44%SiO2、0.88%Fe2O3、80.34%Al2O3。（2）耐磨耐火搗打料：組成基本與耐磨耐火可塑料相同，所不同的是耐磨耐火搗打料一般來說均在現(xiàn)場調(diào)配，用多少配多少，最適合用于用量不大的修補，而耐磨耐火可塑料，不宜久存，特別是開封后極易硬化，故較適用于用量較大的批量施工。如懸吊在爐膛的受熱管束，使用現(xiàn)存的可塑性軟坯在管節(jié)距之間搗打擠壓，既密實又施工方便。第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日（3）耐磨耐火澆注料：是由耐火骨料和結(jié)合劑組成的混合料。交貨狀態(tài)為干態(tài)，加水或其他液體調(diào)配使用。主要結(jié)合劑為水硬化性結(jié)合劑，也可以采用陶瓷和化學結(jié)合劑，以澆注、振動的方法施工，無須加熱即可凝固硬化。因此，在循環(huán)流化床鍋爐中，一些不宜承受強烈熱沖擊的設備以及難以烘烤的部位如爐膛出口、分離器、返料腿、尾部煙道等，利用專用的振動棒振實耐磨耐火澆注料，自然養(yǎng)護即可。第十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日介紹高溫分離器耐火材料脫落爐膛頂部及分離器入口段，旋風筒弧面與煙道平面相交部位是磨損主要部位。在此部位煙氣發(fā)生旋轉(zhuǎn)，物料方向改變，速度高且粒度粗、密度大，磨損就很快，同時，該部位耐火材料較厚，一般情況下又不均勻，溫度梯度也不均勻，加之經(jīng)受900℃以上的高溫，偶爾也會達到1100℃以上，因此過度的熱沖擊會引起襯里材料的裂縫，造成耐磨材料的破壞。另外，分離器筒體和錐體都承受著相當惡劣的工作條件，第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日其中可能會承受幾分鐘之內(nèi)500～600℃的溫度沖擊、循環(huán)變化及磨損等。對許多襯里來說，反復的熱沖擊、溫度循環(huán)變化、磨損和擠壓剝落等共同導致了大面積損壞。當裂紋或磨損發(fā)生時，表面更粗糙或有凸起，磨損速度將進一步加快。對于旋風分離器下部錐體，由于面積縮小，物料匯集密度增大且粒度最大，加上物料下落速度快，必然造成快速磨損。第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日從耐火材料結(jié)構(gòu)上來看，旋風分離器的澆注為分層分塊澆注，各層均用耐熱鋼筋固定于鋼梁上上。每塊之間留有膨脹間隙，分層錯開。一般情況下，對于爐膛頂部及分離器入口這兩個部位均使用密實且含有不銹鋼纖維絲的抗磨材料，這種材料具有令人滿意的使用壽命。若由于熱沖擊、溫度波動等原因造成過多的裂縫或損壞時，可以采用熔氧化硅基澆注料取而代之。對于旋風分離器筒體和錐體，一般采用超強澆注料。當發(fā)生裂縫磨損時，修補方案之一是用耐磨莫來石磚覆蓋的耐火磚或耐火預制塊來代替澆注的厚襯里。也可以用磷酸鹽粘結(jié)可塑料進行修補。第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日旋風分離器的易磨損區(qū)域，旋風分離器的磨損主要發(fā)生在進口煙道和筒體上部的區(qū)域。2．立管及返料器循環(huán)流化床鍋爐中，這一部分經(jīng)常出問題。熱沖擊、嚴重的磨損及循環(huán)變化導致了反復的損壞。很多原始設計都使用厚的密實保溫澆注料，不過因為很難有足夠的施工空間，這種材料很難施工得當。襯里的澆注料保溫層用振動澆注法施工。在耐磨可塑料料中添加不銹鋼纖維絲用耐熱抓丁澆注。第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日三、運行中磨損原因：運行中磨損原因有如下兩點：（1）當運行中顆粒組分中粗顆粒較多時，燃煤粒徑分布達不到循環(huán)床鍋爐的要求，粒子循環(huán)量小，粗顆粒將沉浮于燃燒室下部燃燒，造成密相床燃燒份額過大，爐床將超溫結(jié)焦。運行中為避免結(jié)焦，減少給煤，會造成鍋爐達不到設計蒸發(fā)量。為防止粗顆粒煤沉低而引發(fā)事故，通常采用大風量運行；不僅在額定負荷下風門全開，而且在低負荷時也不關(guān)小風門。這種大風量運行方式，不僅引起煙氣量、煙溫的變化，還會因大風量而造成揚析量增大、密相床燃燒份額下降、飛灰濃度增加等變化。同時，通過對流受熱面的煙氣流速上升，煙氣中粒子尺寸增大，急劇加速了受熱面的磨損。第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日（2）運行時如果顆粒組分中細顆粒比較多時，則床層不易建立，密相床的溫度難以維持，即使能維持密相床的燃燒溫度，較細的顆粒也將被揚析，加大尾部受熱面的磨損，同時也難以保證鍋爐煙氣出口的粉塵排放要求。因此，在運行中應注意控制風量，降低煙氣的流速，控制床料及煤粒的篩分比，減少灰粒子濃度和粒子直徑，以減少磨損。第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日簡單介紹磨損部位安裝施工問題：1、爐膛密相區(qū)爐膛布風板周圍為四側(cè)水冷壁，在布風板上部3.5m高度范圍內(nèi)水冷壁內(nèi)側(cè)全部焊接銷釘，整體澆注“耐高溫耐磨剛玉可塑料”，外側(cè)安裝金屬護板。該區(qū)域是循環(huán)流化床鍋爐燃燒的中心，在此進行煤粒流化、燃燒、燃盡的全過程。該部位的磨損全部由耐高溫耐磨澆注料來承擔，澆注料的材質(zhì)和施工是減少磨損的重點。首先是選擇合適的材料，澆注料在不同溫度下第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日的耐磨度很低，故在施工前要特別注意材料的選用有的材料在1400~1600℃范圍內(nèi)耐磨度最高，但在800~1000℃溫度區(qū)耐磨度很低，故在施工前要特別注意材料的選用。循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度為800~1000℃，因此要選用在這個溫度區(qū)耐磨度最大的材料，我公司選擇材料為”耐磨剛玉可塑料”這種材料最高使用溫度1350℃、耐磨系數(shù)8CC，這種材料在耐火材料中價格最高、耐磨系數(shù)最高產(chǎn)品。同時在施工中注意一下幾點：耐磨澆注料施工（1）水灰比必須控制好，要嚴格按材料使用說明書施工。有資料稱加水量增加1%，澆注料強度降第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日低20%左右。施工用水必須潔凈酸堿度要符合要求。剛玉耐磨可塑料施工：稀釋材料為磷酸溶液，調(diào)和比例為20%，對增加溶液不受影響。2、無論是剛玉耐磨可塑料還是耐磨澆注，都要攪拌均勻，使用強制攪拌機，攪拌至糊狀。攪拌好澆注不可存放時間過長。3、使用小直徑振搗棒或片式振搗幫，將澆注料搗實。4、烘爐溫升曲線嚴格按材料供應廠家提供資料進行。第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日2、水平煙道水平煙道是煙氣從爐膛進入旋風分離器的通道，俗稱老鷹嘴，結(jié)構(gòu)一般為底面和兩側(cè)砌筑耐高溫耐磨磚，頂部為耐高溫剛玉可塑料。水平煙道入口四周的水冷壁，其向火面焊接銷釘，敷設耐高溫耐磨澆注料。高速煙氣攜帶大量的未燃盡的煤粒和飛灰，旋轉(zhuǎn)90°進入水平煙道，在入口處對水冷壁形成沖擊，因此在入口水冷壁向火敷設400mm寬澆注料。水平煙道流通面積小，煙氣從爐膛進入水平煙道后流速增大。同時水平煙道截面為漸縮噴嘴狀，煙氣流速在水平煙道內(nèi)逐漸增大，在旋風分離器進口風速達到20m/s左右，對四壁磨損很大，也有可能引起振動。此處耐高溫第二