鍋爐爐膛噴涂技術(shù)改造探討

侯強(qiáng)　馬洪學(xué)

摘要：民權(quán)公司DG1900/25.4-II1型鍋爐由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司與東方-日立鍋爐有限公司合作設(shè)計(jì)、制造。在運(yùn)行期間，測試發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒不十分穩(wěn)定，且排煙熱損失、機(jī)械未完全燃燒，熱損失偏高。為提高其運(yùn)行的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)性，考慮在燃燒器區(qū)域敷設(shè)衛(wèi)燃帶，并在其表面噴涂特殊涂料來降低燃燒器區(qū)域輻射換熱。改造取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：鍋爐爐膛；噴涂技術(shù)；技術(shù)改造；HT-NR3旋流燃燒器；鍋爐運(yùn)行 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK229 文章編號(hào)：1009-2374（2015）30-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.021

1 東鍋HT-NR3旋流燃燒器原理

HT-NR3旋流燃燒器內(nèi)管（一次風(fēng)管）內(nèi)有一文丘里管，文丘里管后設(shè)有錐形鈍體，煤粉氣流流經(jīng)文丘里管時(shí)，煤粉顆粒被加速且風(fēng)粉混合物被集中在一次風(fēng)管中部，在錐形鈍體的作用下，大部分煤粉由于高速慣性被甩向四周形成環(huán)形濃粉區(qū)，環(huán)形濃粉區(qū)在穩(wěn)燃齒的作用下進(jìn)一步濃縮，風(fēng)粉混合物密度提高、煤粉濃度變大，而一次風(fēng)管中部主要為氣體分子形成淡粉區(qū)。

國電民權(quán)發(fā)電有限公司HT-NR3旋流燃燒器主要由直流一次風(fēng)、直流二次風(fēng)（內(nèi)二次風(fēng)）和旋流風(fēng)三次風(fēng)（又稱外二次風(fēng)）組成。風(fēng)粉混合物（一次風(fēng)）噴進(jìn)爐膛時(shí)，由于中心筒錐體的作用，風(fēng)粉混合物（一次風(fēng)）在向前運(yùn)動(dòng)時(shí)卷吸其內(nèi)側(cè)的熱量煙氣熱量，溫度升高，為著火做準(zhǔn)備，但由于其卷吸能力弱，溫度達(dá)不到煤粉揮發(fā)份析出的條件，煤粉也就無法著火，此時(shí)煤粉也只能處于預(yù)熱的階段。同時(shí)三次風(fēng)噴進(jìn)爐膛后，由于有直流的二次風(fēng)夾在中間，也不能與風(fēng)粉混合物（一次風(fēng)）立即混合，但在三次風(fēng)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)卻開始卷吸周圍的高溫?zé)煔?，由于三次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)作用，三次風(fēng)切向力加大，卷吸能力變強(qiáng)，三次風(fēng)溫（實(shí)際上為三次風(fēng)與煙氣的混合物）升高（可達(dá)500℃左右），當(dāng)二次風(fēng)變?nèi)鯐r(shí)，三次風(fēng)與一次風(fēng)開始混合，煤粉開始燃燒。

2 #2鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況

東方鍋爐的爐型及燃燒器在很多南部地區(qū)同類型鍋爐運(yùn)行中其燃燒穩(wěn)定性、火焰充滿度均較好。由于民權(quán)廠實(shí)際入爐煤種（相對(duì)設(shè)計(jì)煤種）揮發(fā)份偏低、灰份較高、不易著火燃燒。在高負(fù)荷（滿負(fù)荷）時(shí)，由于爐膛熱負(fù)荷高、燃燒區(qū)溫度水平高，燃燒基本穩(wěn)定；當(dāng)煤種變化或深度調(diào)峰時(shí)，因燃料量隨之變化，爐內(nèi)火焰溫度隨負(fù)荷波動(dòng)而波動(dòng)。當(dāng)負(fù)荷變化引起爐膛溫度下降、進(jìn)入爐內(nèi)煤粉在噴出口要求位置不能吸收足夠熱著火而直射爐膛中心時(shí)，這股相對(duì)低溫的連續(xù)射流風(fēng)粉混合物會(huì)進(jìn)一步影響爐膛中心溫度，可能造成煤粉射流著火的不穩(wěn)定。存在以下主要問題：（1）低負(fù)荷時(shí)，爐膛溫度較低，下層燃燒器區(qū)域爐膛溫度1100℃～1200℃，中層燃燒器區(qū)域爐膛溫度1150℃～1250℃，上層燃燒器區(qū)域爐膛溫度1200℃～1300℃；（2）機(jī)械未完全燃燒熱損失大。鍋爐爐渣含碳量偏高（約5%），鍋爐飛灰含碳量偏高（約4%）；（3）鍋爐燃燒穩(wěn)定性不太好，個(gè)別火檢閃爍；（4）排煙溫度高比設(shè)計(jì)值稍高。

3 鍋爐爐膛噴涂應(yīng)達(dá)到的技術(shù)效果

3.1 能保證鍋爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性

噴涂后鍋爐燃燒穩(wěn)定性更強(qiáng)、火焰充滿度基本不受影響機(jī)制，不改變?cè)瓉砜諝鈩?dòng)力場布局。

噴涂后不得出現(xiàn)沖刷鍋爐受熱面的情形，杜絕因施工造成鍋爐爆管。

噴涂后鍋爐每根管子吸熱量應(yīng)均勻，保證每根管子的質(zhì)量流速一致，不得出現(xiàn)熱偏差和個(gè)別管子超溫的現(xiàn)象。鍋爐的截面熱負(fù)荷一致，鍋爐左右側(cè)一致。

噴涂表面應(yīng)光滑，不粘焦，噴涂后鍋爐不應(yīng)出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象。

3.2 能保證鍋爐蒸發(fā)量、蒸汽參數(shù)

噴涂后應(yīng)能適當(dāng)降低燃燒器區(qū)域熱輻射，適當(dāng)提高燃燒器區(qū)域爐膛溫度，特別是適當(dāng)提高下層、中層燃燒器區(qū)域溫度，更加穩(wěn)定鍋爐燃燒。燃燒器區(qū)域熱輻射降低后，可根據(jù)不同的涂料特性，選擇另一種能在鍋爐爐膛上部噴涂的材料，增加該區(qū)域熱輻射，使鍋爐的總體出力（蒸發(fā)量不得小于1950t/h）不受到太大的影響。

不影響鍋爐蒸發(fā)量，在目前設(shè)計(jì)的鍋爐汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)范圍內(nèi)，鍋爐過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度能夠在可控范圍內(nèi)即鍋爐蒸汽的參數(shù)不受太大影響，不影響鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.3 能保證鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

噴涂后能進(jìn)一步降低鍋爐爐渣含碳量、飛灰含碳量。噴涂后不影響鍋爐排煙溫度，最好鍋爐排煙溫度能適當(dāng)降低。鍋爐出口的溫度、預(yù)熱器進(jìn)口溫度不得降低太多，否則有可能影響預(yù)熱器出口的熱風(fēng)溫度（一次熱風(fēng)和二次熱風(fēng)），噴涂后有可能造成燃燒的不穩(wěn)定以及制粉的干燥出力的下降。

3.4 噴涂材料應(yīng)能耐高溫和不腐蝕鍋爐受熱面

噴涂面壽命切應(yīng)超過600MW機(jī)組的大修周期（5年）。噴涂面承受住大焦的沖擊和磨損，同時(shí)噴涂施工方便快捷，涂料自然干燥迅速，施工工期應(yīng)在15日

以內(nèi)。

4 鍋爐爐膛噴涂面積數(shù)據(jù)要求

4.1 爐膛噴涂面積確定

根據(jù)低負(fù)荷時(shí)爐膛溫度較低的現(xiàn)狀，下層燃燒器區(qū)域爐膛溫度1100℃～1200℃，中層燃燒器區(qū)域爐膛溫度1150℃～1250℃，上層燃燒器區(qū)域爐膛溫度1200℃～1300℃。根據(jù)就地測量以及渣的熔融形狀，目前需要提高爐膛溫度約100℃，即從約1500K提高到1600K。

對(duì)不易著火燃燒煤種，運(yùn)用如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)置衛(wèi)燃帶面積的初步估算：

F1=0.2H（a+b）ψξφ

式中：F為衛(wèi)燃帶面積，m2；H為爐膛輻射受熱面高，m；a為爐深，m；b為爐寬，m；ψ為爐膛污染程度系數(shù)；ξ為燃燒器結(jié)構(gòu)布置修正系數(shù)；φ為綜合因子，由煤粉初始條件（揮發(fā)份、灰份、低位發(fā)熱量、入爐時(shí)溫度、細(xì)度），二次風(fēng)溫，爐膛系統(tǒng)黑度，衛(wèi)燃帶形狀綜合修正。

對(duì)鍋爐H取冷灰斗斜坡中部至屏過中部的距離，可算得為53.65m，a=15.4568m，b=19.4192m，取ψ=0.85，ξ=0.8，由實(shí)際入爐煤質(zhì)、風(fēng)溫等初始條件并參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得φ=0.46～0.61，代入上式可初步算出F1=136m2。從而得出，衛(wèi)燃帶面積占水冷壁總面積的2.95%。endprint

4.2 鍋爐爐膛噴涂應(yīng)考慮實(shí)際問題

（1）鍋爐爐膛噴涂能充分利用檢修升降平臺(tái)；（2）噴涂受熱面光滑且為垂直面，以利于噴涂的牢固性，消除積灰。

4.3 爐膛衛(wèi)燃帶位置確定和爐膛衛(wèi)燃帶高度

根據(jù)要求，降低燃燒器區(qū)域熱輻射涂料的噴涂高度可以選擇從鍋爐上方（17.5m）開始至第二層煤粉燃燒器（24.82m）與第三層煤粉燃燒器之間（29.77m）的分界線處（27.29m）止，噴涂高度為9.79m，爐膛寬度為19.42m，爐膛深度為15.45m。也就是說，可以選擇在面積為682m2{[（27.29-17.5）×19.42×2]+（27.29-17.5）×15.45×2]=682m2}受熱面上進(jìn)行降低輻射的施工，可以供選擇的區(qū)域要大于實(shí)際施工區(qū)域。

綜上所述，鍋爐衛(wèi)燃帶高度應(yīng)在1.7～2.2m之間，在鍋爐爐膛內(nèi)部17.5～27.29m高度范圍內(nèi)，越靠上對(duì)下層燃燒器的衛(wèi)燃效果越差，對(duì)鍋爐出力影響較大，故鍋爐衛(wèi)燃帶應(yīng)在17.5～19.5m處比較合適。

4.4 增強(qiáng)降低燃燒器區(qū)域熱輻射涂料的噴涂高度

增強(qiáng)降低燃燒器區(qū)域熱輻射涂料的噴涂應(yīng)遵循：（1）鍋爐爐膛噴涂能充分利用檢修升降平臺(tái)；（2）在低負(fù)荷下燃盡區(qū)溫度不得降低；（3）能抗?fàn)t膛吹灰蒸汽的影響。即在吹灰狀況下，該噴涂材料不脫落、變形、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；（4）能平衡衛(wèi)燃帶少吸收的

熱量。

根據(jù)（1）、（2）、（3）要求，增強(qiáng)水冷壁區(qū)域熱輻射涂料可以選擇的噴涂高度從燃燼風(fēng)燃燒器上方（40.338m）開始至遮焰角下緣處（56.388m）止，即可以選擇的噴涂高度為16.05m，爐膛寬度為19.42m，爐膛深度為15.45m。可以選擇的噴涂面積為（16.05×19.42×2）+（16.05×15.45×2）=1119.3m2。

根據(jù)（4）的要求，衛(wèi)燃帶使水冷壁的少吸收2.95%，燃燒器區(qū)域溫度升高100K后多吸收的熱量約為（341÷4600）×（1600/1500）4=1%[（4.9×19.42×2）+（4.9×15.45×2）=341]，即總少吸收的熱量為2.85%。

水冷壁區(qū)域少吸收的水冷壁表面的發(fā)射率平均在0.7左右，假設(shè)熱輻射涂料的發(fā)射率在0.9左右。假設(shè)噴涂面積為F2，則[F2×（0.9/0.7）+4600-A]/4600=1.0285F2=460m2。

即增強(qiáng)水冷壁區(qū)域熱輻射涂料可以選擇的噴涂高度從燃燼風(fēng)燃燒器上方49.738m開始至遮焰角下緣處56.388m止。

參考文獻(xiàn)

[1] 容鑾恩.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介：侯強(qiáng)（1973-），男，山東東平人，國電民權(quán)發(fā)電有限公司工程師，研究方向：鍋爐管理；馬洪學(xué)

（1971-），男，山東新泰人，國電河南電力有限公司工程師，研究方向：鍋爐運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：陳 倩）endprint