循環(huán)流化床鍋爐水冷壁綜合防磨技術(shù)

張玉杰,趙 璇,張 森,高書(shū)強(qiáng)

(華能山東濟(jì)寧熱電廠(chǎng),山東 濟(jì)寧 272100)

我國(guó)是循環(huán)流化床鍋爐在電廠(chǎng)應(yīng)用最多的國(guó)家,循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中大都存在因水冷壁磨損爆管影響機(jī)組安全運(yùn)行的問(wèn)題。采用科學(xué)有效的防磨技術(shù),防止鍋爐水冷壁受熱面磨損,是確保循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的重要措施。

1 水冷壁受熱面的磨損現(xiàn)狀及原因

1．1 磨損現(xiàn)狀

循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中爐床內(nèi)燃料在一次風(fēng)的作用下進(jìn)行沸騰燃燒,各種不同粒度的床內(nèi)燃料在重力的作用下沿水冷壁表面自上而下滑落,形成表面均勻磨損。運(yùn)行3～ 5年后,爐膛密相區(qū)耐磨耐火澆注料終結(jié)處與前后墻水冷壁結(jié)合處 0～ 2 m,均勻磨損達(dá) 0．5～ 1．5 mm。磨損面積大,難以用焊補(bǔ)、換管的方式進(jìn)行處理,對(duì)鍋爐壽命影響較大。鍋爐水冷壁穿墻管、彎管、孔門(mén)、密相區(qū)澆注料上部的水冷壁,以及不規(guī)則的水冷壁焊縫、焊瘤、急轉(zhuǎn)彎等部位極出現(xiàn)局部磨損,有的深度在2 mm以上。采取對(duì)磨損嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行超音速電弧噴涂防磨,短時(shí)見(jiàn)效,但是在運(yùn)行 2年以后,出現(xiàn)涂層脫落和磨損現(xiàn)象,補(bǔ)噴時(shí)對(duì)母材損害較大。

1．2 磨損原因[1,2]

磨損是由于物質(zhì)表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使物體表面上逐漸喪失物質(zhì)的現(xiàn)象,屬慢性失效。在機(jī)械零件或耐磨材料相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部分被磨損剝離、或嚴(yán)重地發(fā)生表面塑性變形而失效,都稱(chēng)為磨損。按照磨損機(jī)理不同,磨損可分為黏著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、磨料磨損、接觸疲勞磨損等。

循環(huán)流化床鍋爐中的磨損屬于磨料磨損中的鑿削式磨損,又稱(chēng)沖蝕磨損。即流體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損,沖蝕有2種形式,即沖刷磨損和撞擊磨損。在高循環(huán)倍率的流化床鍋爐中,氣固兩相流之間的滑移速度非常大,在爐膛內(nèi)部核心區(qū),流化風(fēng)速較高,而在爐壁附近,流化風(fēng)速極低,顆粒團(tuán)隨氣流向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí),固體顆粒也沿爐壁向下流動(dòng),產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的爐內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng),形成了循環(huán)流化床鍋爐典型的環(huán)-核空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)[3]。水冷壁的磨損主要與物料回流過(guò)程有關(guān)?；亓鲊?yán)重時(shí)造成局部磨損,而局部磨損是造成鍋爐泄漏的主要形式。局部磨損大多是鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)原因所致,鍋爐水冷壁壁面物料貼壁回流過(guò)程中,遇到局部障礙物或凸臺(tái)后,會(huì)改變?cè)摬课坏念w粒流動(dòng)方向,顆粒被分流到障礙物兩側(cè),形成對(duì)管材的斜沖刷磨損;或顆?；亓鞯酵古_(tái)上后反彈,部分顆粒反彈到鍋爐水冷壁上,形成對(duì)管材的斜沖刷或正撞擊磨損。

2 防磨圈梁、豎向防磨梁及四角澆注防磨措施

2．1 防磨圈梁

根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐形式、運(yùn)行風(fēng)量、入爐煤量、循環(huán)倍率、入爐煤顆粒度,計(jì)算確定防磨圈梁的位置后,在鍋爐水冷壁管道間的鰭片上焊好 Y型抓釘,在做圈梁的部位進(jìn)行超音速電弧噴涂,噴涂高度700～1000 mm并平滑過(guò)渡。用耐火耐磨可塑料在4面水冷壁上做成 4道圈梁,圈梁寬度為 80 mm,伸入爐膛高度100 mm。加裝防磨梁后,沿壁下流的顆粒到橫梁處速度降到0,經(jīng)橫梁阻擋后才又重新開(kāi)始下降,由于橫梁間的距離與原爐膛高度相比大大縮短,即顆粒下降高度減小,速度減緩很多,因而磨損的速率降低[2],這樣能保證循環(huán)流化床鍋爐連續(xù)運(yùn)行半年以上,小修間隔可控制在 6～ 8個(gè)月,接近于煤粉爐的程度。由于改變了顆粒的流動(dòng)方向,使貼壁流濃度顯著降低,在防磨梁上形成灰層。灰層較軟,落在其上的顆?；旧喜话l(fā)生反彈,減少或杜絕了顆粒反彈后對(duì)水冷壁管的沖蝕,可使未燃帶上部水冷壁延長(zhǎng) 5～ 8年的使用壽命;中、上部水冷壁的均勻磨損可忽略,大、小修時(shí)只需少量的修補(bǔ),縮短了檢修時(shí)間,由于顆?；亓魉俣冉档蜏p少了鍋爐的對(duì)流傳熱,改變了爐內(nèi)內(nèi)循環(huán)量,使鍋爐床溫增加了15℃。因而減小了對(duì)鍋爐效率的影響。防磨圈梁工藝原理見(jiàn)圖 1。

圖1 防磨梁工藝原理圖

2．2 豎向防磨梁及四角防磨

在磨損區(qū)域的最前方設(shè)置一道或多道豎向的防磨梁,使沖刷水冷壁管束的煙氣粒子改變方向,從而避免煙氣直接沖刷水冷壁,以到達(dá)保護(hù)水冷壁管束的目的。豎向防磨梁工藝原理見(jiàn)圖2。

圖2 豎向防磨梁工藝原理圖

四角防磨帶安裝在爐膛密相區(qū)以上的直段水冷壁四角的位置,由耐磨可塑料制作,并通過(guò)銷(xiāo)釘將凸臺(tái)固定在水冷壁上 (見(jiàn)圖 3)。

圖3 四角防磨示意圖

3 防磨效果

防磨改造后運(yùn)行102天進(jìn)爐檢查,第1道墻只有4只水冷壁管?chē)娡繉佑休p微磨損,其余部位未發(fā)現(xiàn)明顯磨損,測(cè)量各層管壁最大磨損量為 0．1 mm。

未加裝防磨梁前,磨損的重點(diǎn)部位為前墻,水冷壁局部磨損最小點(diǎn)壁厚值為2．2 mm。本次檢查,前墻僅發(fā)現(xiàn)極少數(shù)的側(cè)磨部位,其壁厚值最小為4．3 mm(完好水冷壁管壁厚為5 mm)。后墻在未加裝防磨梁前,磨損主要集中在未燃帶上部2 m內(nèi),特別是未燃帶與水冷壁結(jié)合部位向上約 10 cm處,水冷壁的兩側(cè)有明顯的月牙型的磨損區(qū)域。加裝防磨梁后,其結(jié)合部位磨損大大減輕,原月牙磨損區(qū)域只是將耐磨涂料磨掉,噴涂層完好,未磨到母材。未做四角防磨前,由于爐膛角部相鄰兩水冷壁之間3～ 5 mm縫隙間存集一部分物料,造成磨損加劇,甚至爆管,因其缺陷造成2次停爐事故。添加四角防磨后,其缺陷基本消除。

通過(guò) 100多天運(yùn)行,采取防磨措施對(duì)運(yùn)行工況、鍋爐效率沒(méi)有不良影響。停爐后防磨梁完好無(wú)損,錮化正常,膨脹縫留設(shè)合理。除靠近爐膛下部防磨梁上方的噴涂層有輕微磨損外(均未磨到母材),其余沒(méi)有太明顯的磨損。防磨梁下方的水冷壁管束和鰭片磨損輕微,大幅度延長(zhǎng)了水冷壁管的使用壽命及鍋爐的運(yùn)行周期,達(dá)到了理想的防磨效果。

2010年 2號(hào)爐前、后墻下部水冷壁進(jìn)行防磨改造后,連續(xù)3年沒(méi)有出現(xiàn)因磨損爆管,鍋爐連續(xù)運(yùn)行205天,整體情況良好,水冷壁管壁厚度測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

表1 前墻(自左到右)水冷壁管壁厚度測(cè)量 mm

表2 后墻(自左到右)水冷壁管壁厚度測(cè)量 mm

表1、表2的數(shù)據(jù)表明,采取防磨措施后鍋爐運(yùn)行 3年,前墻水冷壁磨損非常輕微,防磨效果良好。

[1]岑可法,倪明江,駱仲泱,等．循環(huán)流化床鍋爐原理設(shè)計(jì)及運(yùn)行 [M]．北京：中國(guó)電力出版社,1998．

[2]劉德昌,陳漢平,張世紅,等．流化床燃燒鍋爐運(yùn)行及事故處理 [M]．北京：中國(guó)電力出版社 ,2006．

[3]楊建球．循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行優(yōu)化、改進(jìn)及循環(huán)流化床鍋爐新技術(shù)與工程應(yīng)用手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社,2010．