循環(huán)流化床鍋爐水冷壁減薄原因分析

顧潔　宋振廷

摘 要：針對在檢驗工程實際中發(fā)現(xiàn)的循環(huán)流化床水冷壁減薄的問題，本文通過鍋爐結(jié)構(gòu)形式和減薄部位的研究，分析爐膛水冷壁磨損減薄的主要因素和成因，進(jìn)而提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐；減薄

某電廠發(fā)電鍋爐為無錫華光鍋爐廠生產(chǎn)的UG-430/13.7-M型循環(huán)流化床鍋爐于2009年投用，2011年3月進(jìn)行的首次內(nèi)部檢驗，發(fā)現(xiàn)該鍋爐爐膛內(nèi)局部出現(xiàn)比較嚴(yán)重的減薄。因為循環(huán)流化床鍋爐是上世紀(jì)八十年代后發(fā)展起來的技術(shù)，我所也是第一次檢驗這種鍋爐，作者僅想把檢驗過程中的缺陷規(guī)律性分布及產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，誠懇地與我們的同行進(jìn)行深入的交流討論。

1 鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鍋爐由爐膛、旋風(fēng)分離器和尾部煙道三部分組成。

爐膛四壁由膜式水冷壁圍成，下部前后水冷壁向爐內(nèi)傾斜14°，上前部布置有3組水冷屏（為增加水冷壁受熱面積），6組再熱屏和8組過熱屏，后墻上部38m處對稱分布兩個2100×6100mm煙氣出口。根據(jù)物料的濃度的不同，爐膛從下向上分為密相區(qū)、過渡區(qū)和疏相區(qū)。密相區(qū)內(nèi)水冷壁用耐火澆注材料覆蓋，煙氣出口附近的左、右側(cè)墻和后墻上、17組管屏在前墻和頂棚穿墻處以及爐膛的四個角部從下到上都均勻的覆蓋有澆注料。

尾部煙道由上向下水平布置有高溫過熱器、低溫過熱器、低溫再熱器、省煤器蛇行管和空氣預(yù)熱器。進(jìn)入爐膛的燃料，脫硫使用的物料為石灰石等，最大顆?？刂圃?～10mm。

2 檢驗中發(fā)現(xiàn)的缺陷及出現(xiàn)部位

2.1 下部（密相區(qū)）的集中沖刷

（1）下部水冷壁管在澆注料上方（鍋爐說明書中定義的過渡區(qū)）僅300mm的位置以上水冷壁管兩側(cè)普遍被沖刷拉毛，在噴涂層與管子結(jié)合處非常明顯地看到對稱出現(xiàn)倆個倒三角形沖刷區(qū)，在該三角面積內(nèi)，并列數(shù)條比較深的縱向溝槽，最深3mm，前墻、左墻要比后墻、右墻嚴(yán)重，見照片1。

（2）組屏進(jìn)入爐膛內(nèi)敷涂有突出水冷壁平面的澆注料，其上端邊緣均有不同程度的橫向溝槽。

（3）四角上澆注料，澆注工藝很粗糙，厚度不均勻，邊緣不整齊，在厚度變化處，邊緣突出處都發(fā)現(xiàn)了長度寬度不一的，走向基本為縱向的溝槽，左前角越往下越嚴(yán)重，最深達(dá)5mm見照片2。

（4）下部受損鰭片處兩側(cè)的管壁上往往可以發(fā)現(xiàn)切入兩側(cè)水冷壁管的縱向溝槽，最深達(dá)3mm。

2.2 上部較大面積的磨損減薄

（1）在上部側(cè)墻沒有覆蓋澆注料的管子上和爐頂管相焊的扁鋼被磨去"棱角"，煙氣流脫離扁鋼后在管子上沖出一道橫向淺溝，側(cè)墻朝爐前側(cè)的管子上，鋼管弧面被'銑'成平面。該面積從爐前12根管開始到第59根管（第60根管被澆注料覆蓋）底部高出煙道下平面約500mm左右。最薄點(diǎn)測厚僅為3.7mm，減薄近3 mm（管子規(guī)格Φ60×6.5mm），出現(xiàn)在左墻第50根管子的頂部附近。

（2）兩側(cè)的一組水冷壁――水冷屏――再熱屏――過熱屏，基本與煙道入口等寬，3組屏間的頂棚管上距前墻1.7～2.5m范圍內(nèi)的管子，表面無任何異樣，但管壁減薄，側(cè)墻與水冷屏間減薄最嚴(yán)重，依次遞減。最嚴(yán)重部位出現(xiàn)在左側(cè)水冷壁、水冷屏之間距前墻約2m的第12根頂棚管上。最小壁厚為2.0mm，減薄4.5 mm（管子規(guī)格Φ60×6.5mm）。

（3）正對著爐膛煙道出口的水冷屏、再熱屏、過熱屏迎風(fēng)面上（靠爐前側(cè)）出現(xiàn)不均勻減薄，減薄的程度大小依次為同一組屏越靠近爐膛中心的管子減薄越嚴(yán)重，右下向上越嚴(yán)重，不同位置分布的屏越靠近側(cè)墻的屏減薄量越大，界面呈形圖2。偏離煙道口后，減薄量突然減小，趨于均勻。

3 沖刷及左右不對稱磨損的成因初探

3.1 沖刷磨損的形成

煤粉爐對燃料顆粒度要求很嚴(yán)，一般控制在約0.074mm內(nèi)，而循環(huán)流化床對燃料顆粒度要求為0～10mm，運(yùn)行記錄顯示，該爐煤粒多為3mm以下；煤粉爐固體燃料從爐膛中下部噴入爐膛燃燒下落，成為灰粉被排出，燃料運(yùn)動回路簡單，對爐壁的沖刷作用很微弱，循環(huán)流化床的燃料及用以脫硫的石灰石以及脫硫產(chǎn)物，被煙氣夾帶著在爐膛內(nèi)向上運(yùn)動，在爐膛內(nèi)形成兩個回路：一是在不同高度一部分固體顆粒沿爐膛壁下落，形成顆粒的爐內(nèi)循環(huán)。其余固體顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)固氣分離，分離出的固體物通過回料閘又返回爐膛，形成固體物的爐外循環(huán)。固體物料反復(fù)地循環(huán)地沖刷壁面，尤其是下部水冷壁，接受固體顆粒沖刷的力度和頻率更大，這是造成下部水冷壁均發(fā)現(xiàn)縱向溝槽的直接原因，

煙氣上升到爐膛上部，被上部各屏分割，受旋風(fēng)分離器影響，氣流方向性增強(qiáng)，流速增大，對側(cè)墻及頂部管壁沖刷作用加大，理論上越接近煙道入口沖刷力越大。鍋爐說明書中介紹，煙氣出口的煙氣流速達(dá)20mm/s。相對于煤粉爐13mm/s的流速，循環(huán)流化床煙氣出口的水冷壁管每時每刻都接受者七、八級大風(fēng)的"洗禮"。所以，設(shè)計之初，在入口處敷設(shè)澆注料是很聰明的選擇。

3.2 不對稱磨損的討論

左右磨損的原因是多方面的，有爐膛結(jié)構(gòu)的原因，也可能有運(yùn)行的原因。

檢驗中發(fā)現(xiàn)右側(cè)煙風(fēng)道外側(cè)直段與旋風(fēng)分離器外圓相切部位，內(nèi)置的防磨保溫料原始表面大面積剝離，露出新生表面凹凸不平，能否說明右通道存在著較大的阻力？如果說煙風(fēng)道阻力大，影響煙風(fēng)流量分布和煙氣的流動速度，流量和流速降低，右側(cè)水冷壁磨損程度降低。

查看運(yùn)行記錄可以看出，左側(cè)一次風(fēng)壓，給煤量始終較右側(cè)大，造成爐膛上部布置的受熱面壁溫高，爐膛出口煙溫高，直至尾部煙井內(nèi)高溫過熱器入口、低溫過熱器入口、低溫再熱器入口煙溫都高于右側(cè)。

前后墻布置有二次風(fēng)入口外，前墻還布置有5個燃料口，后墻有2個回料口，理論上燃料進(jìn)入爐膛內(nèi)與爐料充分混合，在同一層面上，顆粒分布是均勻的，但實際上是有偏差的，前部一側(cè)未經(jīng)燃燒的原煤顆粒密度有可能大于后墻一側(cè)，其質(zhì)量也大于經(jīng)過數(shù)次燃燒的燃料質(zhì)量。因為旋風(fēng)分離器影響，使?fàn)t膛內(nèi)煙氣流動方向改變和提高煙氣流動速度，旋風(fēng)分離器形成的旋狀渦流可能會在煙道內(nèi)側(cè)一帶造成紊流，影響后墻側(cè)煙氣流速度，使后墻磨損程度小于前墻。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析，我們認(rèn)為，煙氣流動速度和方向的改變，是引起沖刷磨損的根本原因，磨損的不對稱性和操作不當(dāng)造成沖刷磨損不均勻，制造時應(yīng)加強(qiáng)工藝管理，使?jié)沧⒘虾蛧娡繉优c管子平滑過渡，使煙道直邊與旋風(fēng)分離器良好相切，操作上要盡可能減小風(fēng)壓，給煤量的誤差。檢驗時對上述重點(diǎn)部位加強(qiáng)檢查，保證鍋爐安全運(yùn)行。

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