在現(xiàn)有煤種下 如何減輕5#爐磨損

牟海燕　王明一

【摘 要】本文針對(duì)5#循環(huán)流化床鍋爐水冷壁頻繁磨損爆管現(xiàn)象、闡述了磨損的基本原理，本廠5#爐磨損的原因。在不改變現(xiàn)有每種情況下，提出了減輕磨損的措施并講述了如何在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)泄漏。

【關(guān)鍵詞】流化床；鍋爐；煤種

龍口礦業(yè)集團(tuán)熱電公司5#爐2006年6月份正式投入運(yùn)行，是濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)的YG-140/9.8-M循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)流化床是近十幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高效、低污染清潔燃燒技術(shù)。具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣、煙氣中有害氣體排放濃度低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、灰渣可綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。

1.5#爐燃燒的和磨損基本原理

1.1循環(huán)流化床鍋爐的燃燒機(jī)理

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)流化風(fēng)速較高（一般為4～8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。被煙氣攜帶排出爐膛的細(xì)小固體顆粒，經(jīng)分離器分離后，再送回爐內(nèi)循環(huán)燃燒。其燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過(guò)返料裝置送回爐膛。

循環(huán)流化床燃燒是一種在爐內(nèi)使高速運(yùn)動(dòng)的煙氣與其所攜帶的湍流擾動(dòng)極強(qiáng)的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態(tài)化燃燒反應(yīng)過(guò)程；同時(shí)，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內(nèi)再次參與燃燒過(guò)程，反復(fù)循環(huán)地組織燃燒。顯然，燃料在爐膛內(nèi)燃燒的時(shí)間延長(zhǎng)了。所以，燃料的燃盡度很高，相應(yīng)的鍋爐效率也提高了。

1.2循環(huán)流化床鍋爐磨損的基本機(jī)理

含灰顆粒以一定速度和角度流過(guò)受熱面時(shí)，具有一定動(dòng)能的灰粒子就會(huì)沖擊受熱面，使水冷壁管壁變薄，直至到達(dá)泄露極限就會(huì)泄漏或爆管。飛灰顆粒與水冷壁磨損其角度有兩種：一是飛灰顆粒與水冷壁角度很小甚至平行呈0°角，物料回落緊貼水冷壁管向下，這種磨損叫沖刷磨損。一是飛灰顆粒與水冷壁表面沖擊角很大甚至接近90°稱(chēng)為撞擊磨損。

2.5#爐磨損原因分析

雖然循環(huán)流化床有其他爐型不可替代的優(yōu)越性，但鍋爐的磨損問(wèn)題仍然和其他爐型一樣是客觀存在的。在近六年的運(yùn)行時(shí)間里，5#爐也出現(xiàn)了很多缺陷，最多的就是爐膛內(nèi)衛(wèi)燃帶以上部分水冷壁的磨損。水冷壁的磨損制約了流化床優(yōu)越性的發(fā)揮，增加了鍋爐起停能源浪費(fèi)，增加了運(yùn)行檢修費(fèi)用，造成水冷壁磨損的主要原因個(gè)人認(rèn)為有以下幾方面：

2.1水冷壁受熱面的局部不平整造成水冷壁的局部磨損

局部不平整產(chǎn)生的原因有：制造廠在制造過(guò)程中局部凹凸；爐膛溫度測(cè)點(diǎn)；安裝過(guò)程中焊口位置有焊瘤；泄漏后補(bǔ)焊的位置；5#爐加裝護(hù)瓦末端；為延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間對(duì)局部厚度減少后進(jìn)行補(bǔ)焊的位置；這些局部不平整就使得貼壁流物料在這些位置產(chǎn)生渦流磨損泄露，在5#爐運(yùn)行的這幾年里，有幾次泄露就是這種原因造成的，比如近期11月28日水冷壁泄露磨損就是這種原因。該種磨損的特點(diǎn)是磨損區(qū)域較小，但是磨損位置變化不固定，所以泄漏部位變化不固定。因此，應(yīng)盡量避免凹凸不平的情況發(fā)生，尤其是在焊接的時(shí)候焊縫要光滑。

2.2衛(wèi)燃帶與水冷壁管過(guò)度區(qū)域管壁的磨損

爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管過(guò)度區(qū)域管壁的磨損原因主要有兩個(gè)方面：一是物料流產(chǎn)生的內(nèi)循環(huán)造成的渦流；二是沿爐膛內(nèi)壁向下回流的物料在交界區(qū)域也就是澆注料上部產(chǎn)生流動(dòng)方向的改變而對(duì)衛(wèi)燃帶部分沖刷磨損。澆注料和水冷壁結(jié)合部位形成一個(gè)小“平臺(tái)”，以加速度降落的燃燒顆粒在此由于平臺(tái)的作用產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)的渦流，使這一帶的顆粒密度大大增加，致使磨損加劇，一般平臺(tái)越寬磨損的高度越高。這種磨損前墻、后墻、東墻、西墻都有可能出現(xiàn)，磨損區(qū)域較大。

2.3運(yùn)行調(diào)整原因造成的水冷壁磨損

5#爐是循環(huán)流化床鍋爐，其燃燒的煤種是劣質(zhì)煤。劣質(zhì)煤密度大且煤中矸石較多加上破碎粒度不均勻，所以送風(fēng)量必須充足，但是提高送風(fēng)量，為維持爐膛出口負(fù)壓就不得不增加引風(fēng)量，煙氣流速增大。理論上講：鍋爐磨損與煙氣流速的三次方成正比。從這里不難看出：煙氣流速在很大程度上決定了磨損的程度。

2.4煤種的選擇

化驗(yàn)數(shù)據(jù)表明5#爐的入爐煤干燥基灰分含量高達(dá)45%-55%，并且灰顆粒多硬性物質(zhì)粗大且有棱角，所以其磨損特性較強(qiáng)。煤的顆粒度影響：設(shè)計(jì)要求煤顆粒度≤13mm，其中1mm以下的顆粒含量重量比不小于50%。但實(shí)際煤炭入廠時(shí)1mm以下細(xì)顆粒就占到60%以上，在破碎設(shè)備之間沒(méi)有經(jīng)過(guò)篩分，大小顆粒同時(shí)進(jìn)行破碎，小顆粒更小，大顆粒也有部分被破碎成細(xì)粉大小顆粒不均勻，因此入爐煤之前1mm以下顆粒占到85%以上甚至更多。而燃燒過(guò)程中一次風(fēng)量控制是以大顆粒流化不得沉積為最低流化風(fēng)量的，為使大顆粒達(dá)到流化，一次風(fēng)量就可能要大一些，所以細(xì)小顆粒質(zhì)量小就容易被吹得過(guò)高，同樣也會(huì)增加磨損。

3.在現(xiàn)有煤種條件下，減輕5#爐磨損的措施

燃料特性是鍋爐磨損很重要的一方面原因。但是由于我公司某些無(wú)法改變的原因，5#爐必須在現(xiàn)有煤種下探求減輕磨損的方法。

（1）定期對(duì)5#爐停爐全面檢查，尤其是水冷壁的檢查，通過(guò)定期檢查方式查出水冷壁薄弱點(diǎn)，對(duì)薄弱點(diǎn)和有薄弱傾向的區(qū)域進(jìn)行防護(hù)。目前，主要采用的方式主要有：對(duì)局部區(qū)域較小的磨損采用補(bǔ)焊的方式，但要求電焊工有一定水平，補(bǔ)焊光滑均勻，不得有焊瘤突出。對(duì)磨損區(qū)域較大的比如衛(wèi)燃帶區(qū)域可采用補(bǔ)焊加護(hù)瓦。對(duì)有一定磨損但不嚴(yán)重的區(qū)域可用加護(hù)瓦方式。這種方式也是我公司在每次5#爐泄漏后常規(guī)使用的方法。

（2）對(duì)衛(wèi)燃帶或磨損較重的區(qū)域進(jìn)行防磨噴涂。在2011年10月份5#爐大修更換部分前墻水冷壁，利用大修時(shí)間我公司對(duì)5#爐前墻衛(wèi)燃帶以上3米位置進(jìn)行了噴涂，噴涂使用的是耐磨合金。截止目前為止已經(jīng)過(guò)了4個(gè)月時(shí)間，從2012年2月2日5#爐西墻衛(wèi)燃帶以上700mm處水冷壁泄漏停爐檢查的結(jié)果來(lái)看：噴涂區(qū)域以上管壁厚度在4.8-5.0mm，未發(fā)現(xiàn)明顯磨損部位。由于噴涂的時(shí)間較短，噴涂預(yù)防磨損的效果還在觀察中。但是噴涂也有其不可避免的弊端，如果噴涂區(qū)域出現(xiàn)泄漏，那需要將泄漏附近的噴涂層徹底清除干凈才可以進(jìn)行焊接處理，否則影響焊接質(zhì)量同時(shí)也增加了檢修時(shí)間和處理難度。

（3）多方查找及搜尋資料，積極探討更加先進(jìn)的防磨技術(shù)。比如淄博藍(lán)涂經(jīng)貿(mào)公司推廣使用意大利進(jìn)口的“藍(lán)泥”防磨材料，可在水冷壁與衛(wèi)燃帶處施工，可以改變?nèi)魏螏缀谓嵌龋部筛鶕?jù)情況做到任何高度，幾乎不影響鍋爐出力，目前正在與廠家溝通過(guò)程中，建議有機(jī)會(huì)對(duì)該公司正在施工或有過(guò)施工正在檢修的單位進(jìn)行考察。

（4）在運(yùn)行調(diào)整方面采取以下措施減輕磨損。

1）嚴(yán)格控制適宜的風(fēng)量，在滿(mǎn)足流化的情況下，降低一次風(fēng)機(jī)電流、降低引風(fēng)機(jī)電流也就是降低送風(fēng)量和煙氣流速。煙氣流速是影響鍋爐磨損的很重要的因素，由于磨損量與煙氣流速的三次方成正比，因此在運(yùn)行中，注意風(fēng)量控制，降低煙氣流速；控制燃料的篩分比例，減少灰粒子的濃度及直徑來(lái)減輕磨損。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)磨損量的監(jiān)控，定期檢查維護(hù)。在正常運(yùn)行中，一次風(fēng)量可以降到30A，引風(fēng)機(jī)電流最低可降到12-14A，因此，運(yùn)行中要注意合理一、二次風(fēng)配比，降低煙氣流速，降低磨損。

2）控制料層差壓，料層差壓偏高則需要提高一次風(fēng)量，相應(yīng)就會(huì)增加磨損。5#爐料層差壓在滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)一般保持在8.5-9.5KPa，如果高于9.5KPa就必須及時(shí)放渣。以減少爐膛內(nèi)飛灰的濃度，降低對(duì)水冷壁的磨損。

3）控制爐膛差壓，降低受熱面的磨損。爐膛差壓（下轉(zhuǎn)第37頁(yè)）（上接第9頁(yè)）是指流化床上部懸浮物料濃度的量，也就是爐膛煙氣中所含灰的濃度。爐膛上部空間一定的物料濃度，對(duì)應(yīng)一定的爐膛差壓，流化床內(nèi)物料粒子濃度是決定爐膛上部蒸發(fā)受熱面?zhèn)鳠釓?qiáng)度的主要因素之一。但物料濃度的增加，也導(dǎo)致水冷壁的磨損加劇，合理調(diào)整爐膛差壓，減少爐膛內(nèi)的物料濃度，減少物料顆粒的直徑，來(lái)對(duì)預(yù)防水冷壁磨損。對(duì)于同一煤種，物料濃度增加，爐膛差壓值增大，對(duì)爐膛上部蒸發(fā)受熱傳熱強(qiáng)度越大，鍋爐出力越強(qiáng)，反之鍋爐出力越弱。因此在鍋爐運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)所帶負(fù)荷的要求，來(lái)調(diào)節(jié)爐膛差壓。而爐膛差壓則通過(guò)鍋爐分離裝置下的放灰管排放的循環(huán)灰量的多少來(lái)控制，一般爐膛差壓控制在400-800Pa之間，超過(guò)了1000pa時(shí)要及時(shí)進(jìn)行放灰。根據(jù)我公司的實(shí)際運(yùn)行情況，在5#爐6#爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)，在保證滿(mǎn)發(fā)滿(mǎn)供的前提下，盡量降低5#爐的爐膛差壓，減少爐膛內(nèi)部物料的濃度，來(lái)減輕水冷壁的磨損。

4）加強(qiáng)燃料的管理，保證燃料的篩分比例，減低細(xì)小顆粒的比例。各級(jí)粒徑配比不合適，燃煤細(xì)小顆粒占的比例大，循環(huán)灰量增加，增加了水冷壁的磨損。建議我公司：①進(jìn)煤時(shí)對(duì)燃煤顆粒度提出一定要求：1mm以下細(xì)粉不要過(guò)多。②燃料車(chē)間對(duì)入場(chǎng)煤進(jìn)行篩分，對(duì)10mm以上大顆粒再進(jìn)行破碎，避免小顆粒二次破碎現(xiàn)象，盡量減少入爐煤顆粒度。

4.如何在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)水冷壁的泄漏

由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒特性，決定了鍋爐磨損存在的必然性，在采取措施減少、延緩水冷壁管磨損的同時(shí)，如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)已出現(xiàn)泄漏的水冷壁管，避免更大范圍的泄漏，結(jié)合鍋爐運(yùn)行情況，提出以下幾點(diǎn)：

（1）鍋爐給水流量大于鍋爐主蒸汽流量時(shí)，在確認(rèn)流量表計(jì)顯示的正確性的情況下。此現(xiàn)象可作為判斷水冷壁管出現(xiàn)泄漏最直接、簡(jiǎn)單依據(jù)之一。

（2）鍋爐運(yùn)行中，應(yīng)注意觀察衛(wèi)燃帶附近爐墻是否潮濕、傾聽(tīng)聲音是否有泄漏聲等來(lái)判斷水冷壁管是否出現(xiàn)泄漏。

（3）爐膛出口負(fù)壓急劇變化，出現(xiàn)正壓，如果水冷壁泄露嚴(yán)重，風(fēng)室風(fēng)壓會(huì)下降，床溫下降，放渣管有水流出。

（4）如果鍋爐燃用煤質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，可通過(guò)鍋爐機(jī)組其他表計(jì)，如蒸汽、給水壓力、引風(fēng)機(jī)電流、排煙溫度、返料器溫度表計(jì)的變化，來(lái)判斷水冷壁管是否出現(xiàn)泄漏。

雖然我公司劣質(zhì)煤的燃料特性比較適合循環(huán)流化床的應(yīng)用，但是循環(huán)流化床的磨損問(wèn)題也是眾多電廠及專(zhuān)家研究的難題，而鍋爐水冷壁管磨損是鍋爐受熱面磨損最嚴(yán)重的部位之一，隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，鍋爐水冷壁管磨損問(wèn)題越突出。因此在客觀存在的問(wèn)題面前，我們必須要從多方面尋求減輕磨損的途徑，延長(zhǎng)鍋爐運(yùn)行時(shí)間，減少非計(jì)劃停爐次數(shù)，如何在鍋爐安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行之間選擇最佳運(yùn)行工況，是我公司亟待解決的問(wèn)題，我們需要在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，不斷進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高鍋爐水冷壁管磨損控制和預(yù)防水平，實(shí)現(xiàn)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 [科]