300MW大型循環(huán)流化床鍋爐防磨治理技術(shù)研究

李京榮

(神華國(guó)能(神東電力)有限責(zé)任公司薩拉齊電廠,內(nèi)蒙古包頭 014100)

300MW大型循環(huán)流化床鍋爐防磨治理技術(shù)研究

李京榮

(神華國(guó)能(神東電力)有限責(zé)任公司薩拉齊電廠,內(nèi)蒙古包頭 014100)

本文針對(duì)300MW 循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生受熱面泄漏事故,詳盡分析了事故發(fā)生原因,從而制定出相應(yīng)的預(yù)防措施,提高大型循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的可靠性,以達(dá)到提高鍋爐安全性為目的,減少設(shè)備損壞事故,最大限度地增加企業(yè)效益。

循環(huán)流化床 鍋爐 泄漏 措施

CFB鍋爐具有煤適應(yīng)性能好、運(yùn)行效率高、污染物排放少等特點(diǎn),它能燃燒泥煤、焦炭、無(wú)煙煤、垃圾等各種品質(zhì)燃料,并且能直接將石灰石等脫硫劑添加到床內(nèi),其脫硫效率很高能達(dá)到85%～90%。這種爐型是當(dāng)前電廠朝著環(huán)保節(jié)能型方向發(fā)展的主要設(shè)備之一。但目前CFB鍋爐存在受熱面磨損嚴(yán)重、防磨措施不力的問(wèn)題,許多鍋爐運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)即出現(xiàn)受熱面壁管磨損、爆管泄漏等問(wèn)題,這不僅對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行造成很大的影響,還會(huì)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的日常運(yùn)行造成影響,會(huì)增大鍋爐的運(yùn)行維護(hù)成本,降低的機(jī)組利用效率,從而對(duì)企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。本文根據(jù)CFB鍋爐存在的問(wèn)題及自身的實(shí)際情況,提出一些完善措施和建議。

1 國(guó)內(nèi)大型流化床鍋爐運(yùn)行的現(xiàn)狀

據(jù)調(diào)查:國(guó)內(nèi)首臺(tái)1025t/h循環(huán)流化床鍋爐投產(chǎn)當(dāng)年就數(shù)次發(fā)生爆管事故,秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司的5、6號(hào)機(jī)組是采用型號(hào)為DG1025/17．4-II1的300MW亞臨界機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐,是國(guó)內(nèi)首批投運(yùn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐。6號(hào)鍋爐在投產(chǎn)調(diào)試期間發(fā)生1次水冷壁爆管,隨后再次發(fā)生高溫再熱器爆管現(xiàn)象,5號(hào)鍋爐在連續(xù)運(yùn)行80天后,出現(xiàn)大面積水冷壁磨損減薄現(xiàn)象,補(bǔ)焊小修了將近百余處。2009年6月華能北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠#2爐外置床高再發(fā)生泄漏,大面積割管更換,耗費(fèi)大量物力財(cái)力,由此可見防磨防爆工作嚴(yán)峻。

2 原因分析

2.1 爐膛四角水冷壁磨損原因

引起循環(huán)流化床鍋爐爐膛四角區(qū)域水冷壁磨損的主要原因是:在角落區(qū)域,固體物料沿著面向下流動(dòng),其濃度比較高,當(dāng)流動(dòng)狀態(tài)受到破壞后,就引起水冷壁磨損現(xiàn)象。同時(shí)由于匯集在直角區(qū)域的顆粒會(huì)對(duì)金屬表面進(jìn)行劇烈的碰撞,從而造成增大沖擊磨損的機(jī)會(huì),這也會(huì)造成水冷壁磨損現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 外置床管壁磨損原因

在外置床運(yùn)行過(guò)程中,由于運(yùn)行風(fēng)速比臨界流化速度要高,加上外置床中燃燒現(xiàn)象比較少,因此,外置床的磨損問(wèn)題比爐內(nèi)受熱面要輕。引起外置床管壁磨損的主要原因是微震磨損引起的,在常溫下,傳熱管和支撐件比較牢固,不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；但在高溫下,傳熱管和支撐件之間會(huì)產(chǎn)生相互垂直運(yùn)動(dòng),從而引起微震磨損,造成管壁的磨損。停爐檢查發(fā)現(xiàn),在外置床內(nèi)管卡安裝的位置,其管壁磨損比較嚴(yán)重,主要原因是管卡與管壁固定不牢固,產(chǎn)生微振磨損。

2.3 水冷壁防磨凸臺(tái)上部磨損原因

水冷壁循環(huán)流化床鍋爐爐膛中心區(qū)域呈上升流狀態(tài),而邊壁周圍呈下降流狀態(tài),為有效地避免循環(huán)灰沖刷水冷循管,減少磨損下現(xiàn)象,經(jīng)常會(huì)將灰貼壁堆積到水冷壁防磨凸臺(tái)上,形成約45°的自然堆積角。在水冷壁防磨凸臺(tái)上部過(guò)渡區(qū)內(nèi),循環(huán)灰自由下落在水平凸臺(tái)上所形成斜坡,被稱為“軟著陸”區(qū)域,由于300MW循環(huán)流化床鍋爐為雙爐膛設(shè)計(jì),在中部澆筑水冷分隔墻兩側(cè)的物料會(huì)不停交換,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,從而維持爐膛物料相同,由于分隔墻上部物料會(huì)不斷的發(fā)生橫向流動(dòng)的現(xiàn)象,就會(huì)造成水冷壁防磨凸臺(tái)上部沖刷磨損。

3 應(yīng)對(duì)措施

影響循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損的因素主要有鍋爐的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、燃料的性質(zhì)、床料的性質(zhì)、物料的循環(huán)方式、鍋爐運(yùn)行參數(shù)、受熱面結(jié)構(gòu)及布置方式等,制定的防磨措施可以從這幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 設(shè)計(jì)方面

在鍋爐下部水冷壁折彎處是鍋爐廠設(shè)計(jì)的密相區(qū)水冷壁耐火耐磨可塑料或澆注料的終結(jié)處,大量早期投運(yùn)的CFB鍋爐中,在這個(gè)終結(jié)處的水冷壁磨損現(xiàn)象比較嚴(yán)重。CFB鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中,讓管區(qū)域上部一定高度區(qū)域的水冷壁磨損現(xiàn)象比較嚴(yán)重,而鍋爐制造廠設(shè)計(jì)的水冷壁耐磨材料終結(jié)處以上一定高度區(qū)域和爐內(nèi)各角部區(qū)域容易發(fā)生受熱面管子磨損爆管的現(xiàn)象。在后期制造的CFB鍋爐中,在這個(gè)結(jié)節(jié)處采用讓管技術(shù),使貼壁灰流直接沖刷耐火耐磨可塑料或澆注料,這樣就不會(huì)出現(xiàn)水冷壁磨損現(xiàn)象；對(duì)早期采用水冷壁讓管技術(shù)的鍋爐,可以在耐火耐磨材料終結(jié)處上部一定高度的四面水冷壁上設(shè)置凸臺(tái),可以在垂直水冷壁上設(shè)置凸臺(tái),這樣就能達(dá)到一定的防磨效果。

3.2 施工方面

在施工方面首先要注意的是材料選擇問(wèn)題,目前國(guó)內(nèi)有很多廠家可以生產(chǎn)耐高溫耐磨澆注料,并且材料的種類也很多,由于在不同溫度下的澆注料耐磨性能有很大的差別,如有的材料在850～950℃溫度區(qū)耐磨現(xiàn)象比較低,但在1400～1600℃范圍內(nèi)耐磨現(xiàn)象最嚴(yán)重,因此,選擇合理的材料是十分重要的。選好施工材料后,要注意施工質(zhì)量的控制,在施工過(guò)程中要注意:(1)金屬和澆注料的接觸面需要涂刷瀝青；(2)要采用灰漿將拉鉤磚的拉鉤槽間隙填滿；(3)耐磨耐火磚的灰漿縫要小于2mm；(4)要采用灰漿將耐磨耐火磚的縫隙填滿,避免鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中煙氣乘隙而入,對(duì)耐磨耐火襯造成蝕損；(5)靠近推扳的的磚都要設(shè)置拉鉤,并且在所有支撐托板上,下一層磚都要設(shè)置成長(zhǎng)形磚,同時(shí)要配合膨脹縫,形成一個(gè)穩(wěn)定的爐墻體整體；(6)在砌筑耐磨耐火磚時(shí),盡量不要切割磚,如果必須切割磚,要保證切割量不能超過(guò)磚的1/2,如不能滿足施工,可同時(shí)切割兩塊磚；(7)在砌磚過(guò)程中,要應(yīng)用膠、木錘輕敲磚,確保磚緊密結(jié)合,但不能使用鐵錘敲磚；(8)磚之間的灰漿縫隙要采用耐火灰漿進(jìn)行填充,如果磚角、端面發(fā)生破碎現(xiàn)象,需要用好磚代替破損的磚；(9)在進(jìn)行耐磨耐火澆注料施工時(shí),要嚴(yán)格控制加水量,采用的水氯離子含量不應(yīng)超過(guò)150ppm,PH值要控制在6-8,嚴(yán)禁使用不潔凈的水,在攪拌過(guò)程中,必須保證攪拌均勻；(10)在進(jìn)行澆注料施工時(shí),要保證施工器具干凈清潔,不被化學(xué)污染。

3.3 調(diào)試方面

由于鍋爐中砌筑著大量的定型耐火磚和大量的澆注料,其中均含有相當(dāng)足的水分,靠常溫是難以達(dá)到要求的,所以必須經(jīng)過(guò)烘爐才能清除水分,這一過(guò)程要根據(jù)環(huán)境條件和爐體狀態(tài)、耐磨耐火材料特性,制定烘爐曲線圖,按圖進(jìn)行烘爐過(guò)程,以達(dá)到緩慢加溫、使襯里材料的水分緩慢揮發(fā),使襯里材料的物理特性、化學(xué)反應(yīng)更趨合理和完善,使耐磨耐火材料的性能達(dá)到穩(wěn)定和最理想,以適應(yīng)其在長(zhǎng)期高溫下穩(wěn)定。否則將使襯里材料因受壓力而引起裂紋、變形甚至損壞,嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生大面積脫落,所以烘爐的效果直接關(guān)系到襯里的使用壽命。目前,很多電廠普遍采用烘爐機(jī)烘爐,既經(jīng)濟(jì),又安全,同時(shí)節(jié)省人力。

3.4 運(yùn)行調(diào)整方面

(1)啟停爐時(shí)的控制,鍋爐啟動(dòng)一般鍋爐廠家的鍋爐說(shuō)明書對(duì)鍋爐的啟動(dòng)程序和各部溫升控制都有了明確的規(guī)定和說(shuō)明,但對(duì)澆注料來(lái)講,由于其溫度特性決定,其與鍋爐其它材料的部位、部件的溫升是有差異的,所以啟爐時(shí)應(yīng)兼顧到不同材料的溫度特性,在啟爐后因溫度特性差異,膨脹量不一致,澆注料產(chǎn)生裂隙,而造成鍋爐進(jìn)入運(yùn)行階段,鍋爐墻體泄漏。鍋爐運(yùn)行中應(yīng)盡量使負(fù)荷保持平穩(wěn),這樣爐溫沒(méi)有多大變化一則耐磨耐火澆注料處于相對(duì)穩(wěn)定的工況下,有利于延長(zhǎng)其運(yùn)行壽命,如果運(yùn)行負(fù)荷調(diào)整,則應(yīng)盡量平緩運(yùn)行,以避免澆注料因溫升差異而產(chǎn)生裂紋,影響其使用壽命。鍋爐停爐時(shí)應(yīng)平緩的滑停,使?jié)沧⒘系臏囟绕骄徑档捅苊馄洚a(chǎn)生斷裂紋。

(2)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整,沖蝕磨損是爐內(nèi)金屬磨損的主要表現(xiàn),產(chǎn)生磨損的主要原因是,灰粒具有動(dòng)能,能撞擊爐內(nèi)壁,灰粒動(dòng)能大小與其速度的平方成正比,同時(shí),灰濃度、灰粒撞擊頻率、灰粒撞擊物體的相對(duì)速度等都會(huì)對(duì)磨損造成影響。因此我們首先采取降低煙氣流速的辦法才減輕受熱面的磨損,300MW循環(huán)流化床鍋爐入爐風(fēng)量可以分為一次風(fēng)、二次風(fēng)、高壓流化風(fēng)等幾種情況。其中一次風(fēng)的主要作用是流化床料,為燃料的燃燒提供充足的氧氣；二次風(fēng)的主要作用是助燃,實(shí)現(xiàn)燃料分級(jí)燃燒；高壓流化風(fēng)的主要作用是為回料器、外置床、冷渣器等提供流化風(fēng)?？茖W(xué)、合理的配風(fēng),能有效地保證燃料的充分燃燒,降低煙氣流速,因此,在選擇風(fēng)量時(shí),需要根據(jù)最小流化風(fēng)量試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合實(shí)際情況,綜合考慮燃燒效率、脫硫效率,在保證安全的情況下,制定符合自身實(shí)際情況的300MW循環(huán)流化床鍋爐的一次風(fēng)量調(diào)節(jié)曲線、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)曲線和高壓流化風(fēng)量調(diào)節(jié)曲線。通過(guò)科學(xué)的試驗(yàn),制定合理的控制措施,從而有效地控制入爐煤粒度。

(3)鍋爐啟動(dòng)前需要加入近600t床料,稱為啟動(dòng)床料,其粒徑、形狀、硬度、成分直接影響磨損狀況。首先啟動(dòng)床料入爐前應(yīng)篩分,并取樣做篩分試驗(yàn),驗(yàn)證其粒度是否符合床料粒度級(jí)配要求；其次,優(yōu)先選用爐渣作啟動(dòng)床料。一般來(lái)說(shuō),啟動(dòng)床料可以選用爐渣或河沙,但不同成分的床料其硬度是不同的。河沙雖然粒度均勻,但Si和Al成分較高,對(duì)受熱面的磨損性強(qiáng)。所以,啟動(dòng)床料應(yīng)優(yōu)先使用篩分過(guò)的爐渣。

3.5 檢修維護(hù)方面

(1)在進(jìn)行金屬表面處理時(shí)可以從表面打磨和噴涂?jī)煞矫孢M(jìn)行。金屬表面打磨能有效地減少爐內(nèi)受熱面沖蝕磨損現(xiàn)象,因此,水冷壁補(bǔ)焊結(jié)束后,都要做好打磨焊縫工作,確保焊補(bǔ)部位光滑平整。噴涂技術(shù)能有效地避免磨損現(xiàn)象的發(fā)生,金屬涂層的硬度比基體的硬度要大,在高溫下,可以生成堅(jiān)硬、緊密、化學(xué)穩(wěn)定性良好的氧化層,從而防止磨損現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)在進(jìn)行受熱面泄漏處理時(shí),要及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄露現(xiàn)象,從而有效地減小損失,為檢修爭(zhēng)取時(shí)間,由于循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣,周圍噪音較大,發(fā)生泄漏現(xiàn)象后,不容易發(fā)現(xiàn)。因此,可以在爐膛、尾部煙道、外置床等受熱面安裝相應(yīng)的監(jiān)控泄漏設(shè)備,從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)受熱面泄漏現(xiàn)象,防止泄漏事故的擴(kuò)大。

(3)采用銷釘和耐火耐磨澆注料構(gòu)建凸臺(tái),然后利用銷釘將凸臺(tái)固定在水冷壁上,并沿水冷壁高度方向多階布置防磨裝置,這樣能有效地降低了爐膛貼壁流灰的濃度和下流速度,從根源上減少了水冷壁磨損現(xiàn)象。這種防磨裝置具有安裝簡(jiǎn)單、施工方便、投資成本低、不需要大量改造爐膛水冷壁、運(yùn)行安全穩(wěn)定、檢修方便、能增加水冷壁管使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。以135MW CFB鍋爐機(jī)組為例,水冷壁的總受熱面積為1200m2,采用這種防磨裝置后受熱面積能減少20m2,安裝完成后,當(dāng)鍋爐運(yùn)行6個(gè)月后,在爐膛水冷壁管上隨機(jī)抽查20～30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢查,同時(shí),在相同情況下,對(duì)沒(méi)有安裝這種裝置的爐膛進(jìn)行檢查,對(duì)比發(fā)現(xiàn):安裝防磨裝置的爐膛抽查點(diǎn)管壁的減薄厚度比沒(méi)有安裝這種裝置的爐膛的減薄厚度小,并且80%抽查點(diǎn)管壁減薄厚度小于1．2mm；鍋爐運(yùn)行一年后,再次進(jìn)行抽樣檢查,發(fā)現(xiàn)80%爐膛抽查點(diǎn)管壁的減薄厚度小于2．4mm。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)化大型CFB鍋爐已有幾年投運(yùn)時(shí)間,該爐型確有煤種適應(yīng)性廣,燃燒穩(wěn)定,運(yùn)行周期長(zhǎng),熱效率較高,負(fù)荷調(diào)節(jié)比大,調(diào)節(jié)方便、迅速,床溫控制穩(wěn)定,易達(dá)到較好的脫硫效果等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)暴露出的一些具體問(wèn)題,如爐內(nèi)飛灰濃度高,對(duì)流受熱面磨損大,濃相區(qū)水冷壁及風(fēng)帽磨損腐蝕嚴(yán)重,防磨措施不完善等問(wèn)題,經(jīng)過(guò)我們不斷的改進(jìn)和改造,已經(jīng)取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn),但要真正地解決防磨問(wèn)題還需從多方面入手,既要治標(biāo)又要治本,既要好的防磨效果又要控制成本,使我國(guó)CFB鍋爐的防磨技術(shù)達(dá)到先進(jìn)水平,為將來(lái)實(shí)現(xiàn)大型化取代煤粉爐打下良好基礎(chǔ)

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