循环流化床锅炉的防磨措施研究

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循环流化床锅炉的防磨措施研究

　　摘 要：循环流化床锅炉受热面磨损是对循环流化床锅炉正常运行三大威胁(磨损、给煤不畅、排渣困难)之一，由于磨损（受热面、耐火材料、风帽等）造成的停炉事故接近停炉总数的50%。在很长时间内成为影响循环流化床锅炉推广应用的主要障碍。? 
　　关键词：循环流化床；锅炉；防磨；措施? 
　　1 炉膛内水冷壁管磨损? 
　　 
　　1.1 故障现象? 
　　炉膛内水冷壁管磨损主要表现在水冷壁管与耐磨材料交接及以上1～5m处、炉膛四角、返料口上部及炉膛出口烟气转弯等处。炉膛内水冷壁管磨损情况如图1所示。? 
　　水冷壁管磨损后造成水冷壁管泄漏，高压汽水混合物直接剧烈冲刷造成更多邻近水冷壁管泄漏，有时汽包水位都很难维持，泄漏处床温急剧下降，两侧床温差大，被迫停炉。现在运行的循环流化床锅炉机组中受热面因磨损爆管的次数为煤粉炉的3～5倍，受热面爆管后处理起来难度较大，而且还要组织人员清理床料，重新加入床料，往往要付出更大的人力、物力才能处理好，是各发电企业最为头疼的难题。循环流化床锅炉的防磨措施正确与否，直接影响循环流化床锅炉机组的可用率，对机组的安全运行威胁也很大。? 
　　1.2 原因分析? 
　　循环流化床锅炉水冷壁管磨损机理与煤粉炉有很大的不同，一方面大量烟气和固体颗粒在上升过程中对水冷壁管进行冲刷；另一方面由于内循环的作用，大量固体颗粒沿炉膛四壁重新回落，对水冷壁管进行剧烈冲刷。特别在水冷壁管和耐火材料层过渡区的凸出部位。因没有上行气流，沿水冷壁管下来的固体颗粒形成涡流，对局部水冷管壁起到一种刨削作用。? 
　　影响水冷壁磨损的主要因素有：（1）烟气流速的影响：烟气流速越高磨损越严重，磨损量与烟气流速的三次方成正比。一次风量越大，磨损量越大。另外二次风量越大，对炉内燃烧情况的扰动越剧烈，水冷壁磨损量也越大。（2）烟气颗粒浓度的影响：烟气内颗粒浓度越大，水冷壁磨损量越大。因为颗粒数目越大，对管壁的撞击和冲刷越强烈。在循环流化床锅炉运行过程中，负荷越高，床层密度及床层差压越大，说明颗粒浓度越大，磨损量也越大。循环流化床锅炉由于其特定的燃烧方式，炉内的固体物料密度为煤粉炉的几十倍到百倍以上。（3）燃料性质的影响：燃料颗粒硬度、灰分越大，对水冷壁管壁的切削作用越强烈，磨损量越大。尤其在掺烧煤矸石或其它高硬度燃料时，会大大缩短水冷壁管爆管的运行时间。（4）安装及检修质量的影响：锅炉安装及检修质量不好，例如，受热面鳍片没有满焊，造成大量颗粒外漏，造成对水冷壁管侧面的磨损。或管屏表面留下大量焊接后的凸起部位，形成颗粒涡流加剧磨损。（5）耐磨材料脱落：在炉膛密相区排渣口、二次风口处的异型管，过热器及再热器穿墙管密封盒处管壁都会因耐磨材料脱落造成磨损。风水联合冷却式流化床冷渣器回风口处由于风速过快，将耐磨材料吹落造成磨损。（6）锅炉本身动力场的影响：由于炉膛内烟气流速分布不均匀，四角处的烟气流速比中间大许多，所以磨损情况比其它部位严重。? 
　　1.3 处理及改造方法? 
　　（1） 运行调整方面：在保证床料充分流化的前提下，尽量降低一次风量；在维持氧量的前提下适当调整二次风量，合理搭配上下二次风量，保持合适的过剩空气。适当降低密相区高度，延长燃煤颗粒在炉内的停留时间，减小对水冷壁管的冲刷，同时也会降低飞灰含碳量。根据负荷变化选择合适的床层差压、床层密度及烟气流速。提高旋风分离器分离效率，延长固体颗粒在炉内的停留时间。? 
　　（2） 加强来煤管理，控制矸石含量。及时进行煤质化验，控制来煤的筛分粒度，经常根据燃料颗粒度分布情况调整碎煤机锤头间隙，尽量采用二级破碎系统，提高煤颗粒的均匀度，减小大颗粒在来煤总量中的比例。? 
　　（3） 检修改造方面：杜绝水冷壁管屏表面的凸起现象，检修结束后将水冷壁管焊口打磨圆滑，水冷壁管鳍片应该满焊，不能留下缝隙或漏洞。在水冷壁管加装防磨护板，应注意防磨护板与水冷壁管间的间隙不能太大以防形成凸台。采用让管技术，如图1-2所示。选择质量较好的耐磨浇筑料和技术水平高的施工队伍，浇筑料软着陆时不能形成斜坡，以免附近水冷壁管的磨损加剧。规范施工工艺，确保耐磨浇筑料在机组正常运行时不脱落。? 
　　（4） 对密相区埋管以上的裸露水冷壁管进行热喷涂。由于循环流化床锅炉受热面磨损问题比较严重，而一时难以找到有效的手段去彻底解决，目前热喷涂成为一种有效的方法来降低磨损。热喷涂是利用一定热源，例如高温电弧，将用于喷涂的材料加热至熔化，并获得高速度，喷射并沉积到经过预处理的工件表面，形成具有较强耐磨功能并与基体牢固结合的覆盖层的一项表面加工技术。按热源分类，基本上可分为火焰喷涂、电弧喷涂和等离子喷涂。热喷涂技术具有以下特点：涂层的致密性好；涂层硬度高；涂层耐磨性能高；涂层与管道基体结合强度大。? 
　　进行过热喷涂的水冷壁管抗磨损和抗腐蚀寿命可以提高2～4倍。其施工工艺过程为：首先将水冷壁管壁减薄的部位先进行堆焊，然后打磨圆滑，使处理后的水冷壁管壁厚度与正常管壁相同，对处理过的部位焊缝进行圆滑过渡。然后进行喷沙处理，对管壁进行清理和粗化，喷沙处理后短时间内进行电弧喷涂即可完成整个喷涂过程。? 
　　（5） 在不影响锅炉吸热量的前提下对水冷壁管进行埋管处理。水冷壁衬里是用焊在管子表面上的金属销钉将较密的耐磨耐火材料固定在烟气侧的锅炉管件上，结构见图2。? 

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　　2 屏式过热器、再热器及旋风分离器过热器的磨损?
　　
　　2.1 故障现象?
　　屏式过热器、再热器布置在炉膛稀相区内，旋风分离器布置在炉膛出口后，虽然所在空间颗粒浓度比密相区要低，但仍然会造成磨损，尤其当迎风面部位，而且旋风分离器受热面所处位置烟气流动方向发生转变，速度增加，加快了耐磨浇筑料的磨损速度，当外面的耐磨浇筑料因各种原因脱落后会迅速提高磨损速度。炉膛内屏式过热器、屏式再热器管屏的磨损机理与炉内水冷壁管的磨损机理相似，主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性。屏式过热器、再热器及旋风分离器过热器因磨损爆管后对床温、烟温影响很大，检修困难，是循环流化床锅炉运行急需解决的难题。?
　　2.2 原因分析?
　　（1） 屏式受热面穿墙管膨胀受阻，产生热应力造成受热面管屏变形，耐磨浇筑料大量脱落。这是屏式受热面最经常碰到的问题。?
　　（2） 炉膛内床温变化大对耐磨材料的影响主要有：一方面是由于温度循环波动和热冲击以及机械应力造成耐磨材料产生裂缝和剥落；另一方面是由于固体物料对耐磨材料的冲刷而造成耐磨材料的破坏。?
　　（3） 烟气流速控制不合理，一、二次风量太大，对耐磨材料起到强烈冲刷及切削作用。?
　　
　　3 对流烟道内受热面的磨损?
　　
　　对流烟道受热面的磨损主要发生在省煤器和低温再热器两端，磨损部位主要集中在迎风面。这是所有锅炉，包括煤粉锅炉避免不了的问题。?
　　3.1 处理及改造方法?
　　（1）采用在受热面迎风面加装金属防磨盖板的方法。如图3所示。?
　　（2）在易磨损的部位采用耐磨性能高的钢材。?
　　（3）将设计省煤器时，将其设计成为鳍片式，一方面减小磨损程度，另一方面可增加省煤器的吸热量，以弥补循环流化床锅炉床温较低，总吸热量不足的缺点。?
  　　
　　4 案例分析?
　　
　　事故案例1:?
　　2006年5月28日中班23：45左右，某厂＃6炉负荷135MW，运行正常，突然炉膛正压力增大，汽包水位下降，给水流量不正常地大于蒸汽流量，西侧床温下降速度为20℃/min，而东侧床温基本不变，锅炉蒸发量下降，负荷快速下降至90MW左右，并且有继续下降趋势。24：00，西侧床温已经下降到500℃时，锅炉运行人员判断为水冷壁管爆破，汇报值长，值长令＃6炉停运。?
　　事后检查发现：＃6炉西侧17.5米层处有两根水冷壁管爆破，其余四根水冷壁管被吹破。经分析原因为：因这两根水冷壁管鳍片没有满焊，造成大量固体颗粒从漏缝处泄漏，对水冷壁管侧面进行冲刷，管壁减薄，引起管子泄漏。?
　　处理：更换损坏水冷壁管，全面检查其它鳍片，满焊所有鳍片。?
　　事故案例2：?
　　2005年7月4日某厂135MW循环流化床锅炉水冷壁管泄漏。?
　　经检查发现：泄漏点为冷渣器（风水联合冷却流化床式）回风口炉膛出口处上部。?
　　原因为：冷渣器长时间运行，造成冷渣器需要大量流化风，严重超过设计值，回风口风速增高冲刷异型管壁的耐磨浇筑料，浇筑料脱落后直接冲刷水冷壁管造成泄漏，如图4所示：?

　　处理：打磨堆焊，制作回风防磨套，重新制作浇筑料。?
　　预防措施：排渣时要均匀排渣，不可大流量排渣，一方面防止冷渣器堵塞，另一方面防止异型水冷壁管泄漏。所有冷渣器应保持完好并轮换排渣，这样可以使床料颗粒不致过大，影响流化，降低锅炉机械不完全燃烧损失。?
　　随着循环流化床锅炉机组运行时间增长，各种耐磨材料技术飞速发展，发电厂运行人员水平日益提高，检修及安装工艺水平也得到了很大改进。现在循环流化床锅炉连续运行时间大幅度提高，有的机组连续运行时间已经超过300天，原因就是防磨问题基本得到了有效解决。