提高循環(huán)流化床機(jī)組可用率的措施

胡明勝，李學(xué)東

（東方電氣集團(tuán)國(guó)際合作有限公司，四川 成都 611731）

1 機(jī)組概況

某海外1x300MW 燃煤機(jī)組采用亞臨界自然循環(huán)循環(huán)流化床鍋爐，一次中間再熱，燃料為褐煤。鍋爐由東方鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造。該機(jī)組自2016 年8 月正式投入商業(yè)運(yùn)行以來，一直處于滿負(fù)荷(300MW)運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行第一年，機(jī)組可用率為83.22%。在經(jīng)過摸索研究后，運(yùn)行第四年，機(jī)組可用率達(dá)到89.21%（滿負(fù)荷運(yùn)行）。本文旨在探討提高循環(huán)流化床機(jī)組，尤其是鍋爐本體，可用率的有效措施。

2 給煤口改進(jìn)

該項(xiàng)目鍋爐在爐前配置10 個(gè)矩形給煤口，位于爐膛密相區(qū)下部，四周采用厚度為10mm 的Q235A。在向火面采用加鋼纖維自流式剛玉澆注料成型，在鋼板下部四周采用耐火澆注料成型。給煤采用上下兩路播煤送風(fēng)，出風(fēng)口水平布置。給煤口原設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 給煤口原設(shè)計(jì)方案

原設(shè)計(jì)方案在投運(yùn)2 個(gè)月后，給煤口側(cè)面和上部出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致爆管停機(jī)。主要原因?yàn)椋海?）播煤風(fēng)水平噴出，帶動(dòng)大量煤粒，經(jīng)向上高速運(yùn)動(dòng)的煙氣作用后，直接沖刷給煤口側(cè)面和頂部；（2）碳鋼Q235A 在高溫下變形，耐磨性能較差；（3）加鋼纖維自流式剛玉澆注料和耐火澆注料的給煤口處的耐磨性能不足；（4）播煤風(fēng)量和流速過大，加速給煤口的磨損。

為了滿足機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)給煤口作了數(shù)次技術(shù)改進(jìn)，最終改進(jìn)方案如圖2 所示。

圖2 給煤口最終改進(jìn)方案

最終改進(jìn)方案的改進(jìn)主要體現(xiàn)在：（1）在播煤風(fēng)上增加旁路，以降低播煤風(fēng)的流量和壓力；（2）播煤出風(fēng)口由水平的方孔改為與底板平行的圓管排；（3）向火側(cè)加鋼纖維自流式剛玉澆注料改為碳化硅耐磨澆注料；（4）給煤口鋼板由Q235A 改為S30815，并在鋼板上開有膨脹縫。通過以上改進(jìn)，給煤口的耐磨性能得到極大提高，能保證鍋爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 水冷風(fēng)室角部改進(jìn)

水冷風(fēng)室左右側(cè)通過非金屬膨脹節(jié)與點(diǎn)火風(fēng)道相連。風(fēng)室左右側(cè)風(fēng)窗水冷壁處設(shè)計(jì)有密封盒，密封盒內(nèi)設(shè)計(jì)有耐火澆注料，以防止漏風(fēng)。密封盒為矩形狀，材料為Q235A，角部采用90°直角過渡，如圖3 所示。

圖3 水冷風(fēng)室密封盒原設(shè)計(jì)

鍋爐運(yùn)行中，在密封盒角部發(fā)生爆管。經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)，爆管主要原因?yàn)槊芊夂薪遣繎?yīng)力集中，將密封盒角部連接的水冷壁管道拉裂。由于在角部發(fā)生過多次爆管，嚴(yán)重影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，對(duì)密封盒角部進(jìn)行消除應(yīng)力集中改造，改進(jìn)方案如圖4 所示。

圖4 水冷風(fēng)室密封盒改進(jìn)設(shè)計(jì)

水冷風(fēng)室密封盒改進(jìn)設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在角部，將原來的90°直角改為90°圓弧過渡。在回料腿與后側(cè)水冷壁連接處做了同樣的改進(jìn)。改進(jìn)后，水冷風(fēng)室及回料腿處未再發(fā)生因應(yīng)力集中將水冷壁管道拉裂而爆管，保證了機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 鍋爐防磨加強(qiáng)

循環(huán)流化床鍋爐是通過爐內(nèi)床料進(jìn)行流化傳熱，而爐內(nèi)受熱面磨損是影響循環(huán)流化床機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最大因素。爐內(nèi)受熱面的磨損與機(jī)組負(fù)荷、燃料種類和特性、運(yùn)行人員水平等因素有關(guān)。本項(xiàng)目磨損較為嚴(yán)重的區(qū)域主要有爐膛密相區(qū)和稀相區(qū)過渡段、受熱面（中溫過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器）穿水冷壁處、澆注料邊緣處、爐膛四角區(qū)域等?，F(xiàn)將本項(xiàng)目的防磨措施總結(jié)如下。

4.1 非晶合金噴涂

經(jīng)調(diào)研比較后，最終決定對(duì)爐內(nèi)部分受熱面實(shí)施非晶合金噴涂保護(hù)措施。噴涂材料為非晶合金LMC X80/φ1.6mm，美國(guó)進(jìn)口，采用鎳鋁絲(φ1.6mm)打底。噴涂設(shè)計(jì)厚度為0.3 ～0.35mm，實(shí)際平均厚度0.66mm，噴涂層硬度大于60HRC。噴涂區(qū)域及面積如表1 所示。

從屬的分布區(qū)類型看，北溫帶分布區(qū)屬的數(shù)量最多(15屬)，占全縣總屬數(shù)的21.74%；東亞及北美間斷分布區(qū)屬的數(shù)量次之(11屬)，占總屬數(shù)的15.94%；泛熱帶分布區(qū)屬的數(shù)量居第3位(9屬)，占總屬數(shù)的14.04%。但小于5個(gè)屬的分布區(qū)有16個(gè)，占所有屬分布區(qū)類型的80.00%，這16個(gè)分布型除了世界廣布型，都帶有熱帶或溫帶性質(zhì)，說明在屬一級(jí)的水平上，仙居縣古樹的地理成分較為多樣，但以溫帶類型和熱帶類型占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步證明仙居縣古樹區(qū)系具有明顯的熱帶向溫帶延伸的特征，與仙居的亞熱帶季風(fēng)氣候條件相吻合。

表1 噴涂區(qū)域及面積

在噴涂完成并投運(yùn)后，總體而言，非晶合金涂層的耐磨性能較好，但在局部磨損嚴(yán)重的區(qū)域，如四角和密相區(qū)過渡段，非金合金涂層減薄較為嚴(yán)重，部分涂層剝落，剝落的原因可能與施工工藝、空氣濕度等因素有關(guān)，影響涂層與管道的結(jié)合強(qiáng)度。在磨損嚴(yán)重的區(qū)域，經(jīng)分析后，采用陶瓷材料以提高耐磨性能。

在非晶合金噴涂完成后，爐膛受熱面的耐磨性能大大加強(qiáng)，但局部區(qū)域（如密相區(qū)過渡段和爐膛角部）的耐磨性能有待提高?？傮w而言，非晶合金噴涂能有效提高機(jī)組可用率。

4.2 防側(cè)磨扁鋼

在機(jī)組停機(jī)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)爐膛前后墻上部有部分水冷壁發(fā)生了側(cè)面磨損。盡管爐膛內(nèi)大部分受熱面做了非晶合金噴涂，但該方法屬于被動(dòng)防磨。為了進(jìn)一步提高鍋爐耐磨性能和機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，在有側(cè)面磨損的區(qū)域增加防側(cè)磨扁鋼，降低煙氣在橫向的流動(dòng)速度，化被動(dòng)為主動(dòng)。安裝防側(cè)磨扁鋼的區(qū)域主要為：前墻從33.5m 到50.0m，后墻從32.5m到49.6m。防側(cè)磨扁鋼焊接在水冷壁鰭片中心線上，材料為12Cr18Ni9，規(guī)格為6mm×30mm，每段防磨扁鋼的長(zhǎng)度為1m。在每段防磨扁鋼之間留有10mm 的膨脹縫，并且相鄰列防側(cè)磨扁鋼之間的膨脹縫錯(cuò)列布置，錯(cuò)列間距為0.5m。

防側(cè)磨扁鋼在橫向上的間距在不同區(qū)域有所不同。前墻左右側(cè)及中間位置各8m 區(qū)域，每?jī)筛浔诠馨惭b一片扁鋼，其他區(qū)域每三根水冷壁管道安裝一片扁鋼。后墻從32.5m 到35.5m 的區(qū)域，每三根水冷壁管道安裝一片扁鋼；從35.5m到49.6m 的區(qū)域，每?jī)筛浔诠馨惭b一片扁鋼。

在下一年，將防側(cè)磨扁鋼的高度調(diào)整為35mm，每根管道之間均安裝防側(cè)磨扁鋼。

防側(cè)磨扁鋼屬于非晶合金噴涂耐磨性能的補(bǔ)強(qiáng)，有效提高了爐膛受熱面的耐磨性能。

4.3 熔滴熔覆涂層

爐膛角部是循環(huán)流化床磨損最嚴(yán)重的區(qū)域，盡管前期在角部已經(jīng)實(shí)施了非晶合金噴涂，但角部的磨損仍然嚴(yán)重。為了提高爐膛角部的耐磨性能，該電廠將角部管道更換為激光熔覆管排，激光熔覆耐磨層厚度為0.6 ～0.8mm，硬度HRC＞70。其耐磨性能較好，可有效提高耐磨性能。但由于激光器較大，無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)施工，因此，無(wú)法對(duì)焊接接頭進(jìn)行熔覆，也無(wú)法對(duì)受損部位進(jìn)行修復(fù)。為了便于現(xiàn)場(chǎng)施工及修復(fù)，最終采用熔滴熔覆對(duì)角部水冷壁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。

除了以上防磨措施外，還將澆注料收口位置由管道中心線移至鰭片中心線，同時(shí)，將密相區(qū)過渡段澆注料提高100mm。循環(huán)流化床鍋爐的防磨是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，很難通過單一技術(shù)解決所有磨損問題，必須針對(duì)不同部位采取相應(yīng)的防磨措施。

5 空氣預(yù)熱器改進(jìn)

該電廠采用管式空氣預(yù)熱器（簡(jiǎn)稱空預(yù)器），沿空氣流向，從下到上分別為一級(jí)至四級(jí)。一級(jí)管箱下部10 排采用SA-213TP316L 不銹鋼管，其他部位采用Q355GNH 鋼管；二、三、四級(jí)管箱采用Q215-A 和20 碳鋼管道。

機(jī)組在運(yùn)行兩年后，空預(yù)器一級(jí)管箱中上部管道出現(xiàn)較大面積損壞。經(jīng)對(duì)損壞管道進(jìn)行微觀金相等分析后，發(fā)現(xiàn)空預(yù)器損壞原因?yàn)榈蜏馗g。為此對(duì)空預(yù)器進(jìn)行了改進(jìn)：(1)將一級(jí)管箱Q355GNH 鋼管全部更換為SA-213TP316L 不銹鋼管；(2)在二次風(fēng)側(cè)空預(yù)器左右兩側(cè)進(jìn)口和出口增設(shè)了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，使部分二次風(fēng)不經(jīng)空預(yù)器加熱，直接與二次熱風(fēng)混合后進(jìn)入爐膛，提高排煙溫度約10℃。

通過以上改進(jìn)后，空預(yù)器未發(fā)生低溫腐蝕，有效提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

6 分離器入口煙道加固

旋風(fēng)分離器入口煙道為水平布置，其內(nèi)側(cè)設(shè)有耐火耐磨澆注料。在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)三個(gè)旋風(fēng)分離器入口煙道向內(nèi)凹。停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)水平煙道內(nèi)側(cè)的澆注料已坍塌。

分離器水平煙道外側(cè)原設(shè)計(jì)采用I14 工字鋼進(jìn)行加強(qiáng)，上下五層布置。從實(shí)際運(yùn)行情況及后期分析可以得知，該水平加強(qiáng)筋強(qiáng)度不足是導(dǎo)致煙道內(nèi)凹及內(nèi)側(cè)澆注料坍塌的主要原因。后期在分離器入口水平煙道外側(cè)增加了I20 的工字鋼，上下三層布置。之后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，至今未發(fā)生同樣的問題。

7 其他措施

提高循環(huán)流化床機(jī)組的可用率，主要在于提高循環(huán)流化床鍋爐的可用率。除此之外，該電廠的主要輔機(jī)均選用國(guó)內(nèi)外一線品牌，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。同時(shí)，對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)，保證其對(duì)機(jī)組的各方面性能及操作十分熟練。

制定嚴(yán)格的停機(jī)檢查措施，保證重要部位在每次停機(jī)均檢查到位，做到防患于未然。

8 結(jié)語(yǔ)

該電廠從各個(gè)方面對(duì)循環(huán)流化床進(jìn)行改進(jìn)，包括給煤口、水冷風(fēng)室角部、鍋爐防磨、空預(yù)器、分離器入口煙道等，并結(jié)合主要輔機(jī)選用國(guó)內(nèi)外一線品牌，加強(qiáng)運(yùn)行人員培訓(xùn)以及制定停機(jī)檢查制度等，有效提高了機(jī)組的可用率，保證了機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。