循环流化床锅炉稳定运行研究

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　　摘  要：循环流化床锅炉稳定运行对企业提高经济效益具有重要作用。该型锅炉以其独特的燃烧方式，具有燃料适应性广，负荷调节性好，炉内燃烧、脱硫同时完成等特点而受到广泛重视。但由于锅炉的磨损率较煤粉炉大、渣处理设备故障率高、厂用电率高等问题制约着循环流化床锅炉的发展。基于此，文章以300MW循环流化床锅炉为参考，针对影响该型锅炉安全稳定长周期运行的因素进行分析，并简要介绍了解决办法和治理措施，供业内同行参考。
　　关键词：循环流化床锅炉;磨损;防磨措施
　　中图分类号：TK227         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）03-0110-02
　　Abstract： The stable operation of circulating fluidized bed boiler plays an important role in improving the economic benefit of enterprises. This type of boiler has been paid more and more attention because of its unique combustion mode， wide fuel adaptability， good load regulation， combustion and desulphurization in the furnace at the same time. However， the development of circulating fluidized bed boiler is restricted because the wear rate of boiler is higher than that of pulverized coal boiler， the failure rate of slag treatment equipment is high， and the power consumption rate is high. Based on this， this paper takes the 300MW circulating fluidized bed boiler as a reference， analyzes the factors affecting the safe， stable and long-term operation of this type of boiler， and briefly introduces the solutions and treatment measures for reference by colleagues in the industry.
　　Keywords： circulating fluidized bed boiler; wear; anti-wear measures
　　1 鍋炉介绍
　　作者所在公司的300MW循环流化床锅炉系东方锅炉股份有限公司设计制造的DG1025/17.4-Ⅱ18型亚临界，单汽包，一次中间再热，自然循环循环流化床锅炉。锅炉受热面采用全悬吊方式，钢架为双排柱钢结构。炉膛由膜式水冷壁组成为一个38900（高）×28275（宽）×8439（深）的燃烧室，它由前墙、后墙、两侧墙构成。在炉膛的底部，前墙管拉稀形成风室底部及流化床布风饭，加上两侧水冷壁构成水冷风室，风室底部标高为4800mm，布风板标高为10000mm，此处炉膛深度为4006.5mm。为防止受热面管子磨损，在下部密相区的水冷壁、炉膛上部烟气出口附近的后墙、两侧墙和顶棚以及炉膛开孔区域、炉膛内屏式受热面倾斜及转弯段等处均敷设有耐磨材料，其厚度均为距管子外表面25mm，且炉膛下部耐磨材料交界处采用外弯结构防磨。
　　2 锅炉存在问题及影响安全运行程度
　　该公司历次炉内受热面检查中，水冷壁的磨损主要出现在浇注料边缘、炉膛夹角、水冷蒸发屏浇注料终止线附近，后墙19.5m～24m层及炉膛出口区域存在管子偏磨情况，前墙34m～46m层靠炉膛B、C区管子存在磨损。根据磨损现象，分别对锅炉A、B墙水冷壁从19.5m～38m层A、B墙间隔3m分别安装防磨梁防磨，对前、后墙水冷壁19.5m～44m层间隔2m层分别安装防磨梁防磨，虽然安装防磨梁之后物料下流速度减缓，减缓管子冲刷磨损，但安装防磨梁管子侧面磨损未能有效防御，因此在侧面磨损管子位置安装防磨鳍片，可转移侧面磨损问题，虽延长了管子的使用寿命。但在检查中也发现：焊接了防磨鳍片的管子在防磨鳍片与管子的焊缝夹角处已存在磨损情况，磨损严重处出现了较深的沟槽，存在磨损泄漏风险，另此类部位无法进行测厚检查，仅通过目测检查，对磨损严重的进行加焊处理。但根据焊接规定，碳钢管同一区域堆焊不得超过3次，如焊接人员操作不当或焊接电流过大，出现过烧，损伤母材，依然会埋下隐患。经对磨损区域分析，主要在密相区以上让管区域和炉膛出口侧墙未敷设内衬材料部位，让管区域磨损是因为循环流化床锅炉内循环“贴壁流”冲刷造成的。炉膛出口侧墙未敷设内衬材料部位泄漏是该处烟气流速的增加、烟尘聚积，加之该处水冷壁管未敷设内衬材料，流速较高的含尘烟气不间断冲刷该处水冷壁管，造成水冷壁管壁逐渐磨损减薄，直至无法承受水介质压力，造成爆管泄漏。
　　3 处理300MW循环流化床锅炉问题的措施
　　水冷壁防磨措施：
　　（1）造成循环流化床锅炉水冷壁磨损的主要因素
　　因为循环流化床锅炉与煤粉炉燃烧物料的粒径不同，燃料需要多次经过炉膛-分离器-炉膛循环燃烧。一方面大量烟气和固体颗粒在上升过程中对炉膛管壁进行冲刷，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的再次冲刷，循环往复剧烈的冲刷，造成锅炉与床料循环接触的部位严重磨损。物料对锅炉的磨损速率的大小与物料的浓度成正比，与物料的粒子直径的二次方成正比，与物料运动的三次方成正比。公式为：E=KμD2U3 E-管壁磨损速率mm/105h;K-煤种、磨损菅的磨损、几何特性常数，取10-3;μ-烟气流含尘浓度kg/m3;D-灰渣平均粒径mm;U-颗粒运动速度m/s。从以上循环流化床锅炉运行机理及磨损速率公式可以看出，循环流化床锅炉磨损与四方面因素有关，第一是煤种、锅炉几何结构特性;第二是烟气流含尘浓度;第三是灰渣平均粒径;第四是烟尘含尘颗粒运动速度。那么，防磨就应从以上四个方面入手。 　　（2）防磨治理措施
　　a.在炉膛水冷壁管上周向加装防磨梁，循环流化床锅炉在运行过程中其床料分两种方式循环：一种是床料上升至顶部进入分离器后下到返料腿，重新返回炉膛，这种循环叫做外循环;一种是床料在炉膛中间上升到炉膛顶部再沿炉膛四壁下降到密相区，这种循环叫内循环。炉膛密相区敷设了耐火耐磨材料，但密相区以上大部分水冷壁管都为“裸管”，内循环中床料顺着炉膛四周的水冷壁快速下降形成“贴壁流”，贴壁流对水冷壁“裸管”管壁造成严重磨损。由于贴壁流的流速对水冷壁管磨损影响最大，因此只要降低了贴壁流的流速，磨损速率就会极大幅度降低。为了确保将来防磨梁在启、停炉时的温差引起的应力使可塑料开裂或脱落，在可塑料施工时，每隔1m留设3mm的膨胀缝。为避免膨胀缝内烟气直通，膨胀缝设成迷宫式。作者公司的循环流化床锅炉加装了防磨梁后，内循环“贴壁流”在下降过程中遇到了阻挡的横梁，使流速降低，并且在这一过程中，部分颗粒改变了流动方向，贴壁流的床料减少，降低了对水冷壁管的磨损。
　　但受炉膛结构影响（单炉膛，床下两侧进风，存在布风不均;三个分离器布置在炉后，在引风机负压作用下，炉内后墙物料浓度高），在后墙19.5～24m层、前墙36～40m层屏再屏过区域水冷壁及爐膛出口附近区域仍存在水冷壁管偏磨情况。该机组C级检修期间，#5炉水冷壁因磨损换管数量118根;#6炉水冷壁磨损换管数量302根。炉内受热面大量的换管，造成检修焊口数量的增加，存在焊口磨损、泄漏的风险，同时也影响锅炉水质及检修工作量的增加，特别是后墙19.5～24m层水冷壁的换管，由于该区域处在环形风箱位置，换管时须割开环形风箱墙板，如出现换管区域密封鳍片接头或焊缝磨损漏灰，运行中无法封堵，长时间的漏灰还易导致管子磨损、泄漏。
　　b.该公司经多方调研后，根据水冷壁磨损情况，对易磨损区域采取局部喷涂防磨措施，其中前墙38m层第157-223（A-B数）的管子采取超音速电弧喷涂（金属喷涂）防磨，喷涂展开面积为16.093m2;后墙38m层编号第155～162的管子采取陶瓷冷喷涂，高度从38m层防磨梁至41m层，面积3.57m2。
　　在水冷壁管未敷设内衬材料易磨损部位进行超音速电弧喷涂，超音速电弧喷涂是利用金属丝端部通电后产生的电弧将丝材融化，经拉伐尔喷嘴加速度后的超音速气流将融化的丝材雾化为粒度细小分布均匀的粒子，喷在水冷壁管表面。丝材一般选用的是镍铬合金耐磨材料。超音速电弧喷涂由于喷射速度高，融滴雾化好，形成的涂层与水冷壁管结合度较高，不易脱落。超音速电弧喷涂涂层厚度一般在1.0mm以内，所以对锅炉水冷壁管的传热性能影响很小，可以忽略不计。我公司在炉膛水冷壁管未敷设内衬材料部位，尤其是让管部位、炉膛四角、炉膛出口侧墙等易磨损部位进行了大面积喷涂。经过几年的实践检验，效果明显，喷涂层能够起到良好的防磨作用，消除防磨梁及防磨鳍片存在的防磨缺点，形成水冷壁全方面的防磨，提高锅炉的长周期安全运行。
　　意见及建议：
　　a.对比两种喷涂防磨效果，金属喷涂防磨效果好于陶瓷喷涂。陶瓷喷涂在机组运行约1个月时就出现防磨鳍片焊缝处涂层脱落情况;累计运行约3个月后，管子表面喷涂层冲刷较为严重;累计运行约8个月时，管子表面陶瓷喷涂层基本消失。
　　b.建议：金属喷涂采取超音速电弧喷涂工艺，在管子表面覆盖一层耐磨金属材料（主要成分是镍镉合金，包括Ni、Cr、及Ti等微量元素），涂层与管子表面的结合强度高于陶瓷冷喷涂，但随着机组运行时间的增加，金属喷涂层也存在磨损情况，从该公司#5炉前墙水冷壁金属喷涂区域看，机组累计运行8个月后，管子表面也出现较为粗糙情况，说明表面耐磨涂层出现了磨损。建议每年结合机组调停检修，对喷涂防磨区域再次进行喷涂。
　　4 结束语
　　循环流化床锅炉工作环节的开展，离不开其内部应用环节的优化，更离不开其管理环节、防磨损环节等的协调，需要引起相关人员的重视。
　　参考文献：
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