熱電廠循環(huán)流化床鍋爐長周期運行技術應用研究

張林全

（獨山子石化公司熱電廠，新疆 獨山子 833600）

近年來，循環(huán)流化床鍋爐因其環(huán)保優(yōu)勢以及運行的靈活性，在國內自備電廠迅速發(fā)展。但循環(huán)流化床鍋爐對爐管磨損大、廠用電耗高等問題，造成鍋爐無法長周期運行。獨山子石化公司熱電廠在運6臺DG410/9.81-Ⅱ1型循環(huán)流化床鍋爐，我廠循環(huán)流化鍋爐2009年投運至今，從最初3個月的運行周期到現在實現最長14個多月的運行周期，本文對我廠在循環(huán)流化床鍋爐長周期運行攻關上所開展的工作進行了總結，以便后續(xù)我廠流化床鍋爐長周期工作不斷提升。

表1 2009年至2019年循環(huán)流化床鍋爐可靠性數據匯總

1 CFB鍋爐磨損的原因及其因素

1．1 循環(huán)流化床鍋爐磨損的原因

在循環(huán)流化床鍋爐運行的過程中，大量循環(huán)物料是燃料燃燒和傳熱的關鍵，但爐膛四周的物料呈現貼壁向下流動趨勢，高濃度、高速的貼壁流及局部渦流，造成了爐膛下部水冷壁嚴重的沖刷和磨損。在循環(huán)流化床鍋爐磨損的過程中，按照磨損部位及磨損程度將其分為沖蝕磨損、磨料磨損以及腐蝕磨損等幾個方面。鍋爐中，凡是與物料及含飛灰的煙氣接觸部分，都存在不同程度的磨損。

1．2 影響CFB鍋爐磨損的因素

在CFB鍋爐運行過程中，鍋爐受熱面磨損量與各影響因素的關系，考慮到運行時間，可用下式表達：δ=HNΦμW3β3uβwτ

從上述表達式可以看出，循環(huán)流化床鍋爐的磨損量主要和以下因素有關：（1）爐膛流化速度的影響；（2）煙氣攜帶物料顆粒濃度的影響；（3）燃料性質的影響；（4）爐膛內部動力場不均勻性的影響；（5）鍋爐結構、制造和安裝質量的影響。

2 被動防磨技術在我廠的應用

2．1 超音速噴涂防磨技術的應用

現在市場上應用較多的還是噴涂防磨技術，電弧噴涂技術具有噴涂速度高、涂層化學成分和硬質相含量易調整、沉積效率高、價格相對便宜等優(yōu)點，尤其適宜于現場大面積磨損較輕部位的施工，金屬涂層施工時一般只有0.5～0.8mm的厚度，分子結合強度低，涂層不能太厚，厚一點就會出現脫落現象；實踐證明其耐磨壽命為0.5～1.5年，對于燃用劣質煤（低熱值、高灰分）的鍋爐，一般耐磨壽命為3～12個月；我廠從2009年開始應用，在運行一個周期后，每次檢查均存在局部脫落的情況，成為鍋爐磨損爆管點，也就無法實現鍋爐一年以上的長周期運行。

2．2 主動多階防磨技術的應用

根據鍋爐水冷壁磨損機理，爐膛內水冷壁的磨損主要是由于爐膛四周貼壁流不斷的沖刷造成磨損，而在鍋爐密相區(qū)，物料濃度最高，貼壁流對水冷壁管磨損也最嚴重，該區(qū)域爐管因磨損泄漏的改率也就最大。為了避免減小貼壁流物資對爐管的磨損，可以在爐膛內安裝防磨梁，降低貼壁流的速度與濃度。經過加裝10道防磨梁后，物料經過防磨梁處下落方向以及速度均有所改變，貼壁流的速度可由8m/s減少到2m/s，物料濃度也因防磨梁的阻擋，部分物料進入爐膛中心區(qū)域，貼進受熱面的物料濃度也就隨之降低，爐管磨損量也減小。2012年我廠完成第一鍋爐改造，取得了較好的效果，鍋爐運行周期由120天延長到165天，隨后對其他鍋爐進行了改造，至2014年完成了全部5臺鍋爐改造，運行周期延長至266天。

2．3 等離子熔滴熔敷技術的應用

等離子熔滴熔敷技術是基于等離子體原理，使用熔敷機器人，以受熱面爐管為陽極，以焊絲為陰極，利用陰陽級之間產生的等離子弧作為熱源，將焊絲融化，再使用熔敷機器人的甩滴功能將金屬熔滴在工件上一種熔敷技術。通過等離子熔滴熔敷技術和特有的熔敷絲材結合，可以在冶金結合的基礎上，使熔敷層硬度保證在HRC50在以上，其使用壽命是超音速火焰噴涂的6～10倍。熔敷防磨層的可修補性、可焊接性強，鍋爐磨損劇烈的區(qū)域，可以實施多層熔敷增加熔敷防磨層厚度，等離子熔敷的優(yōu)點是可在現場進行施工作業(yè)，2018年開始我廠對前墻第一至第四層防磨梁區(qū)域進行了等離子熔敷。

2．4 激光熔敷技術的應用

激光熔敷技術是循環(huán)流化床鍋爐防磨的一種新技術，2012年開始應用，使用材料為高溫耐磨復合材料，采用高功率半導體激光器制備工藝，由于激光束能量密度高，鎳鉻合金復合材料硬度達到1100～1600HV，主要成分有Cr3C2（二碳化三鉻）、鎳（Ni）、鉻（Cr）、二硼化鈦(TiB2)以及其他金屬材料，具有高熔點（1890℃）、高硬度的特點；激光熔敷的耐磨度遠高于等離子熔敷，但只能進行工廠化生產，現場進行激光熔敷管更換，無法實現爐內進行施工。3#爐右側墻水冷壁管前期進行超音速噴涂，在經過不到8個月運行周期后，超音速噴涂層被磨掉，原壁厚5mm的水冷壁管也被磨至3mm左右，2016年把此部分易磨損區(qū)域水冷壁管更換為激光熔敷管，經過三年時間的檢驗，激光熔敷層基本沒有磨損，耐磨效果十分明顯，對側墻更換為激光熔敷管后有望實現16個月的長周期運行。

3 主動防磨技術在我廠的應用

我廠除了使用以上幾種被動防磨措施的應用外，經過運行調整的摸索，主動對鍋爐床壓、風量、氧量進行調整，摸索出更有利于鍋爐長周期運行的控制范圍，制定出三低參數控制范圍及要求。

3．1 做好運行參數優(yōu)化調整，三低參數控制（低床壓、低風量、低氧量）

3．1．1 低床壓

采用低床壓運行，主要目的是降低物料量，減少密相區(qū)物料量，達到減少物料對水冷壁磨損現象；降低主流化風量，目的是降低爐內流化風速，降低床料在爐膛內的高度，減少物料對水冷壁的磨損。

3．1．2 低風量

通過試驗調整針對每臺爐不同負荷，總結出不同的控制范圍，由原來的8～10kPa控制到6～9kPa高負荷時控制偏低值，低負荷時控制偏高值。有效地減少了磨損，并且降低了廠用電，提高了燃燒效率。

3．1．3 低氧量

氧量高說明參與燃燒的總風量大，即過量空氣系數大，從而帶來磨損大、床溫低、飛灰大、風機電耗大等一系列問題。根據燃燒調整將原來氧量控制范圍由4%～6%調整至2.8%～4.5%，降低氧量運行，目的是降低鍋爐總風量，使風機電耗降低；床溫提高最終使鍋爐燃燒效率升高、飛灰含碳量降低；風速的降低使磨損減弱減，達到了提高長周期運行的目的。

3．2 強化平穩(wěn)操作

（1）開停工升溫升壓控制。由于鍋爐在啟動過程中各個部件以及管道的溫度和熱應力都要發(fā)生很大的變化。熱應力隨著溫差的變化使金屬產生波勞。為了保證金屬的熱應力不超過允許限值，就要使各部件在鍋爐啟動過程中受熱均勻。

（2）做好水質管理。鍋爐使用過程中產生的水垢是對鍋爐安全運行最大的一個因素，鍋爐汽水水質指標對鍋爐爐管結垢，造成后期爐管因垢下腐蝕泄漏，為了保證鍋爐平穩(wěn)運行，必須確保鍋爐汽水指標合格，減少因鍋爐爐管結垢造成的泄漏停爐。

4 結語

通過被動防磨技術以及被動防磨技術的應用，做好金屬監(jiān)督、水質監(jiān)督等措施，我廠循環(huán)流化床鍋爐運行周期逐年提升，希望對其他循環(huán)流化床電廠有所幫助。