循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行研究

白濱

摘? 要：循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。該型鍋爐以其獨(dú)特的燃燒方式，具有燃料適應(yīng)性廣，負(fù)荷調(diào)節(jié)性好，爐內(nèi)燃燒、脫硫同時(shí)完成等特點(diǎn)而受到廣泛重視。但由于鍋爐的磨損率較煤粉爐大、渣處理設(shè)備故障率高、廠用電率高等問(wèn)題制約著循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展。基于此，文章以300MW循環(huán)流化床鍋爐為參考，針對(duì)影響該型鍋爐安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素進(jìn)行分析，并簡(jiǎn)要介紹了解決辦法和治理措施，供業(yè)內(nèi)同行參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;磨損;防磨措施

中圖分類號(hào)：TK227? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）03-0110-02

Abstract： The stable operation of circulating fluidized bed boiler plays an important role in improving the economic benefit of enterprises. This type of boiler has been paid more and more attention because of its unique combustion mode， wide fuel adaptability， good load regulation， combustion and desulphurization in the furnace at the same time. However， the development of circulating fluidized bed boiler is restricted because the wear rate of boiler is higher than that of pulverized coal boiler， the failure rate of slag treatment equipment is high， and the power consumption rate is high. Based on this， this paper takes the 300MW circulating fluidized bed boiler as a reference， analyzes the factors affecting the safe， stable and long-term operation of this type of boiler， and briefly introduces the solutions and treatment measures for reference by colleagues in the industry.

Keywords： circulating fluidized bed boiler; wear; anti-wear measures

1 鍋爐介紹

作者所在公司的300MW循環(huán)流化床鍋爐系東方鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造的DG1025/17.4-Ⅱ18型亞臨界，單汽包，一次中間再熱，自然循環(huán)循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐受熱面采用全懸吊方式，鋼架為雙排柱鋼結(jié)構(gòu)。爐膛由膜式水冷壁組成為一個(gè)38900（高）×28275（寬）×8439（深）的燃燒室，它由前墻、后墻、兩側(cè)墻構(gòu)成。在爐膛的底部，前墻管拉稀形成風(fēng)室底部及流化床布風(fēng)飯，加上兩側(cè)水冷壁構(gòu)成水冷風(fēng)室，風(fēng)室底部標(biāo)高為4800mm，布風(fēng)板標(biāo)高為10000mm，此處爐膛深度為4006.5mm。為防止受熱面管子磨損，在下部密相區(qū)的水冷壁、爐膛上部煙氣出口附近的后墻、兩側(cè)墻和頂棚以及爐膛開(kāi)孔區(qū)域、爐膛內(nèi)屏式受熱面傾斜及轉(zhuǎn)彎段等處均敷設(shè)有耐磨材料，其厚度均為距管子外表面25mm，且爐膛下部耐磨材料交界處采用外彎結(jié)構(gòu)防磨。

2 鍋爐存在問(wèn)題及影響安全運(yùn)行程度

該公司歷次爐內(nèi)受熱面檢查中，水冷壁的磨損主要出現(xiàn)在澆注料邊緣、爐膛夾角、水冷蒸發(fā)屏澆注料終止線附近，后墻19.5m～24m層及爐膛出口區(qū)域存在管子偏磨情況，前墻34m～46m層靠爐膛B、C區(qū)管子存在磨損。根據(jù)磨損現(xiàn)象，分別對(duì)鍋爐A、B墻水冷壁從19.5m～38m層A、B墻間隔3m分別安裝防磨梁防磨，對(duì)前、后墻水冷壁19.5m～44m層間隔2m層分別安裝防磨梁防磨，雖然安裝防磨梁之后物料下流速度減緩，減緩管子沖刷磨損，但安裝防磨梁管子側(cè)面磨損未能有效防御，因此在側(cè)面磨損管子位置安裝防磨鰭片，可轉(zhuǎn)移側(cè)面磨損問(wèn)題，雖延長(zhǎng)了管子的使用壽命。但在檢查中也發(fā)現(xiàn)：焊接了防磨鰭片的管子在防磨鰭片與管子的焊縫夾角處已存在磨損情況，磨損嚴(yán)重處出現(xiàn)了較深的溝槽，存在磨損泄漏風(fēng)險(xiǎn)，另此類部位無(wú)法進(jìn)行測(cè)厚檢查，僅通過(guò)目測(cè)檢查，對(duì)磨損嚴(yán)重的進(jìn)行加焊處理。但根據(jù)焊接規(guī)定，碳鋼管同一區(qū)域堆焊不得超過(guò)3次，如焊接人員操作不當(dāng)或焊接電流過(guò)大，出現(xiàn)過(guò)燒，損傷母材，依然會(huì)埋下隱患。經(jīng)對(duì)磨損區(qū)域分析，主要在密相區(qū)以上讓管區(qū)域和爐膛出口側(cè)墻未敷設(shè)內(nèi)襯材料部位，讓管區(qū)域磨損是因?yàn)檠h(huán)流化床鍋爐內(nèi)循環(huán)“貼壁流”沖刷造成的。爐膛出口側(cè)墻未敷設(shè)內(nèi)襯材料部位泄漏是該處煙氣流速的增加、煙塵聚積，加之該處水冷壁管未敷設(shè)內(nèi)襯材料，流速較高的含塵煙氣不間斷沖刷該處水冷壁管，造成水冷壁管壁逐漸磨損減薄，直至無(wú)法承受水介質(zhì)壓力，造成爆管泄漏。

3 處理300MW循環(huán)流化床鍋爐問(wèn)題的措施

水冷壁防磨措施：

（1）造成循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損的主要因素

因?yàn)檠h(huán)流化床鍋爐與煤粉爐燃燒物料的粒徑不同，燃料需要多次經(jīng)過(guò)爐膛-分離器-爐膛循環(huán)燃燒。一方面大量煙氣和固體顆粒在上升過(guò)程中對(duì)爐膛管壁進(jìn)行沖刷，另一方面由于內(nèi)循環(huán)的作用，大量固體顆粒沿爐膛四壁重新回落對(duì)水冷壁的再次沖刷，循環(huán)往復(fù)劇烈的沖刷，造成鍋爐與床料循環(huán)接觸的部位嚴(yán)重磨損。物料對(duì)鍋爐的磨損速率的大小與物料的濃度成正比，與物料的粒子直徑的二次方成正比，與物料運(yùn)動(dòng)的三次方成正比。公式為：E=KμD2U3 E-管壁磨損速率mm/105h;K-煤種、磨損菅的磨損、幾何特性常數(shù)，取10-3;μ-煙氣流含塵濃度kg/m3;D-灰渣平均粒徑mm;U-顆粒運(yùn)動(dòng)速度m/s。從以上循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行機(jī)理及磨損速率公式可以看出，循環(huán)流化床鍋爐磨損與四方面因素有關(guān)，第一是煤種、鍋爐幾何結(jié)構(gòu)特性;第二是煙氣流含塵濃度;第三是灰渣平均粒徑;第四是煙塵含塵顆粒運(yùn)動(dòng)速度。那么，防磨就應(yīng)從以上四個(gè)方面入手。

（2）防磨治理措施

a.在爐膛水冷壁管上周向加裝防磨梁，循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中其床料分兩種方式循環(huán)：一種是床料上升至頂部進(jìn)入分離器后下到返料腿，重新返回爐膛，這種循環(huán)叫做外循環(huán);一種是床料在爐膛中間上升到爐膛頂部再沿爐膛四壁下降到密相區(qū)，這種循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。爐膛密相區(qū)敷設(shè)了耐火耐磨材料，但密相區(qū)以上大部分水冷壁管都為“裸管”，內(nèi)循環(huán)中床料順著爐膛四周的水冷壁快速下降形成“貼壁流”，貼壁流對(duì)水冷壁“裸管”管壁造成嚴(yán)重磨損。由于貼壁流的流速對(duì)水冷壁管磨損影響最大，因此只要降低了貼壁流的流速，磨損速率就會(huì)極大幅度降低。為了確保將來(lái)防磨梁在啟、停爐時(shí)的溫差引起的應(yīng)力使可塑料開(kāi)裂或脫落，在可塑料施工時(shí)，每隔1m留設(shè)3mm的膨脹縫。為避免膨脹縫內(nèi)煙氣直通，膨脹縫設(shè)成迷宮式。作者公司的循環(huán)流化床鍋爐加裝了防磨梁后，內(nèi)循環(huán)“貼壁流”在下降過(guò)程中遇到了阻擋的橫梁，使流速降低，并且在這一過(guò)程中，部分顆粒改變了流動(dòng)方向，貼壁流的床料減少，降低了對(duì)水冷壁管的磨損。

但受爐膛結(jié)構(gòu)影響（單爐膛，床下兩側(cè)進(jìn)風(fēng)，存在布風(fēng)不均;三個(gè)分離器布置在爐后，在引風(fēng)機(jī)負(fù)壓作用下，爐內(nèi)后墻物料濃度高），在后墻19.5～24m層、前墻36～40m層屏再屏過(guò)區(qū)域水冷壁及爐膛出口附近區(qū)域仍存在水冷壁管偏磨情況。該機(jī)組C級(jí)檢修期間，#5爐水冷壁因磨損換管數(shù)量118根;#6爐水冷壁磨損換管數(shù)量302根。爐內(nèi)受熱面大量的換管，造成檢修焊口數(shù)量的增加，存在焊口磨損、泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也影響鍋爐水質(zhì)及檢修工作量的增加，特別是后墻19.5～24m層水冷壁的換管，由于該區(qū)域處在環(huán)形風(fēng)箱位置，換管時(shí)須割開(kāi)環(huán)形風(fēng)箱墻板，如出現(xiàn)換管區(qū)域密封鰭片接頭或焊縫磨損漏灰，運(yùn)行中無(wú)法封堵，長(zhǎng)時(shí)間的漏灰還易導(dǎo)致管子磨損、泄漏。

b.該公司經(jīng)多方調(diào)研后，根據(jù)水冷壁磨損情況，對(duì)易磨損區(qū)域采取局部噴涂防磨措施，其中前墻38m層第157-223（A-B數(shù)）的管子采取超音速電弧噴涂（金屬噴涂）防磨，噴涂展開(kāi)面積為16.093m2;后墻38m層編號(hào)第155～162的管子采取陶瓷冷噴涂，高度從38m層防磨梁至41m層，面積3.57m2。

在水冷壁管未敷設(shè)內(nèi)襯材料易磨損部位進(jìn)行超音速電弧噴涂，超音速電弧噴涂是利用金屬絲端部通電后產(chǎn)生的電弧將絲材融化，經(jīng)拉伐爾噴嘴加速度后的超音速氣流將融化的絲材霧化為粒度細(xì)小分布均勻的粒子，噴在水冷壁管表面。絲材一般選用的是鎳鉻合金耐磨材料。超音速電弧噴涂由于噴射速度高，融滴霧化好，形成的涂層與水冷壁管結(jié)合度較高，不易脫落。超音速電弧噴涂涂層厚度一般在1.0mm以內(nèi)，所以對(duì)鍋爐水冷壁管的傳熱性能影響很小，可以忽略不計(jì)。我公司在爐膛水冷壁管未敷設(shè)內(nèi)襯材料部位，尤其是讓管部位、爐膛四角、爐膛出口側(cè)墻等易磨損部位進(jìn)行了大面積噴涂。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐檢驗(yàn)，效果明顯，噴涂層能夠起到良好的防磨作用，消除防磨梁及防磨鰭片存在的防磨缺點(diǎn)，形成水冷壁全方面的防磨，提高鍋爐的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

意見(jiàn)及建議：

a.對(duì)比兩種噴涂防磨效果，金屬噴涂防磨效果好于陶瓷噴涂。陶瓷噴涂在機(jī)組運(yùn)行約1個(gè)月時(shí)就出現(xiàn)防磨鰭片焊縫處涂層脫落情況;累計(jì)運(yùn)行約3個(gè)月后，管子表面噴涂層沖刷較為嚴(yán)重;累計(jì)運(yùn)行約8個(gè)月時(shí)，管子表面陶瓷噴涂層基本消失。

b.建議：金屬噴涂采取超音速電弧噴涂工藝，在管子表面覆蓋一層耐磨金屬材料（主要成分是鎳鎘合金，包括Ni、Cr、及Ti等微量元素），涂層與管子表面的結(jié)合強(qiáng)度高于陶瓷冷噴涂，但隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，金屬噴涂層也存在磨損情況，從該公司#5爐前墻水冷壁金屬噴涂區(qū)域看，機(jī)組累計(jì)運(yùn)行8個(gè)月后，管子表面也出現(xiàn)較為粗糙情況，說(shuō)明表面耐磨涂層出現(xiàn)了磨損。建議每年結(jié)合機(jī)組調(diào)停檢修，對(duì)噴涂防磨區(qū)域再次進(jìn)行噴涂。

4 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐工作環(huán)節(jié)的開(kāi)展，離不開(kāi)其內(nèi)部應(yīng)用環(huán)節(jié)的優(yōu)化，更離不開(kāi)其管理環(huán)節(jié)、防磨損環(huán)節(jié)等的協(xié)調(diào)，需要引起相關(guān)人員的重視。

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