浅谈CFB锅炉受热面磨损与防护畅世吉(神华准格尔能源有限公司,内蒙古薛家湾　010030) 摘　要:近年来CFB锅炉以自身对燃料的适应性广、燃烧效率高、低污染、负荷调节性能好等诸多优点得到了广泛的应用。

但是由于循环流化床锅炉炉内灰浓度高,通常为煤粉炉的几十倍、几百倍,甚至上千倍,磨损严重,可靠性不高,经常发生“四管”磨损泄漏、爆管等制约锅炉长周期安全运行的问题。

因此循环流化床锅炉的磨损要比煤粉炉严重得多,受热面和耐火材料的防磨问题应特别重视。

磨损问题解决得如何,直接关系到循环流化床锅炉设计的成败,也直接影响循环流化床锅炉机组的可利用率。

因此只有制定科学合理的防磨方案,才能预防和解决磨损的难题。

关键词:CFB锅炉;磨损;防护 中图分类号:T K224.9+1 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0086—03 内蒙古神华准能矸电厂一期2×300WM机组锅炉选型为东方锅炉厂自主研发的型号为DG1177/ 17.4-Ⅱ2一次中间再热自然循环汽包炉,紧身封闭、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、炉顶设密封罩壳。

本工程从基建期对受热面的防磨防暴工作给予了高度重视,针对CFB锅炉水冷壁易产生磨损泄漏采取了增设防磨梁、加大焊接工艺和浇铸料施工过程控制等切实可行的手段预防机组投产后受热面频繁泄漏事件的发生。

机组投产后,针对CFB锅炉不同于煤粉炉受热面防磨防爆的特点制定了受热面防磨防爆检查与锅炉运行调整的具体实施方案,经过近一年的推广应用已基本达到了预期效果。

1　水冷壁及受热面防磨的机理分析:在循环流化床锅炉床料流化过程中,由于烟气流速高,烟气中的灰量大,炉墙和受热面受到大量固体颗粒的冲刷,炉内金属受热面和非金属炉膛的磨损比煤粉炉要严重的多。

当高浓度的烟尘携带床料粒子高速流过时,就会在炉膛或金属受热面表面产生磨损。

这种由于烟气携带大量颗粒对固体表面的磨损主要分为冲刷磨损和撞击磨损两种类型,冲刷磨损是指固体颗粒相对于固体表面的冲击角度小,甚至接近平行,颗粒垂直于固体表面的分速度,使颗粒锲入被冲击物体的表面,而颗粒与固体表面的分速度使它沿固体表面滑动,这两个分速度的合成效果,就起到一种"刨削"或"犁销"的作用,若固体表面经受不起这样的作用,就会被切削掉很微小的部分,形成小而深的磨蚀坑,这种现象大量重复时,固体表面就产生明显的磨损。

撞击磨损是指颗粒相对于固体表面的冲击角度大,或接近于垂直时,以一定的运行速度撞击固体表面,使其产生微小的塑性变形或显微裂纹,在大量颗粒的反复撞击下,逐渐使变形层整片脱落而形成磨损。

一般在循环流化床锅炉受热面的磨损中,床料颗粒与受热面的冲击角度0～90之间,因此循环流化床锅炉受热面的磨损是上述两种磨损基本类型的综合作用,其主要原因为:一是贴壁流速度高;二是贴壁流浓度大。

通常认为物料对炉内受热面管壁的磨损速率主要与贴壁流物料速度、物料粒径、物料浓度以及流场不均匀性有着密切关系,通常磨损量与物料速度的3次方成正比,与物料粒径2次方成正比,与物料浓度成正比,关系如下:图1E=KW3U2D式中:(E-磨损速度 m100/h;K-比例系数;D86内蒙古石油化工 2012年第23期　-物料粒径,mm;U-物料浓度W/(m2.S);W-物料速度m/s)2　锅炉受热面磨损部位及原因分析通过检测和运行数据分析,磨损区域主要集中在以下几个部位: 炉膛下部卫燃带与水冷壁过渡区域管壁的冲刷、撞击磨损; 炉膛中、下部四角区域管壁的冲刷磨损; 炉膛出口附近管壁的切向冲刷磨损; 汽冷式旋风分离器的切向冲刷磨损; 密相区浇注料的易磨损区域; 不规则区域管壁的冲刷、撞击磨损。

通过多次检查和运行数据分析磨损的主要原因如下:2.1　炉膛下部卫燃带与水冷壁过渡区域管壁的磨损原因一是沿炉膛内壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变,因而对水冷壁管产生冲刷;另一原因是在过渡区域内由于沿壁面下流的固体物料与炉内向壁面下流的固体物料上运动的固体物料运动方向相反,在局部产生涡旋流,对水冷壁管产生磨损。

2.2　炉膛四周角落区域管壁的磨损原因角落区域内壁面向下流动的固体物料密度比较高,同时流动状态也受到破坏。

炉内的烟气携带物料颗粒会受到不同程度的扰动,流动的方向和速度受到影响,甚至局部会出现涡流现象,造成在这一部位的磨损。

2.3　炉膛出口及旋风分离器的切向冲刷磨损原因大量的烟气携带部分细颗粒进入旋风分离器,由于旋风分离器的入口截面积远小于炉膛的横截面积,所以烟气流在炉膛出口由于流通面积的缩小流速会有很大的提高,同时由于在炉膛出口烟气的流动方向发生改变,所以受热面在烟气方向和速度改变处发生严重的磨损。

2.4　密相区浇注料的磨损原因CFB锅炉为控制磨损,因此在炉内密相区和磨损较为严重的区域,敷设了耐磨浇注料。

浇注料在施工过程中,施工难度较大再加上浇注料施工以后要进行烘烤才能达到它的最佳性能状态,在烘烤以后就会有变形,这时就会在个别部位出现裂纹或形状没有达到要求,有凸台等形状,在运行中回落的物料在浇注料的边缘不能实现“软着陆”,在凸台处出现剧烈的冲刷。

上升的烟气和物料流在这个部位会出现涡流,造成浇注料边缘部位的受热面受涡流的影响,出现严重磨损。

2.5　不规则区域管壁的冲刷、撞击磨损原因损。

3　防护技术根据受热面防磨的机理和磨损部位及原因分析,经过精心论证后,从设计、安装、施工运行维护方面采用了以下防护技术。

3.1　在炉内采用了防磨梁技术该防磨装置由销钉和耐火耐磨浇注料形成凸台,并通过销钉将凸台固定在水冷壁上;凸台沿水冷壁高度方向以一定间距水平或倾斜多阶布置。

如图2。

图23.2　采用水冷壁外弯管防磨结构优化内容:标高19m处水冷壁与耐火材料交汇处采用外弯管防磨结构分析:在炉膛下部水冷壁和耐火材料交汇处所产生的磨损,则主要是由于沿壁面下落的床料在交汇处台阶上,产生反弹与飞溅现象而产生的。

此外烟气在交汇处由于流动方向变化而产生涡流涡流将部分上升状态的床料颗粒拉向交汇处,进一步加重了交汇处的磨损,如图3。

图387　2012年第23期 畅世吉　浅谈CFB锅炉受热面磨损与防护在标高19m处水冷壁与耐火材料交汇处,水冷壁浓相区与稀相区过渡段3.5m范围采用超音速电弧喷涂技术,防磨喷涂采取了双层涂层构成的复合保护层,即采用超音速电弧喷涂技术,工作层材料选用硬度特别高、耐冲刷磨损性能优异,同时具备抗高温氧化和耐腐蚀性能好的金属合金丝材,面层采用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂封孔,此复合涂层具有优异的抗磨损、耐腐蚀性能,结合强度高,涂层边缘设置过渡区域,使涂层与非涂层平滑过度,效果较好。

喷涂耐磨合金材料增强水冷壁的抗磨能力,增加水冷壁的使用寿命,特别是对于某些燃用优质煤的锅炉,在采用喷涂后显著增加了水冷壁的使用寿命。

3.4　汽冷式旋风分离器磨损部位采用耐火耐磨浇铸料加高耐磨强力胶的复合施工工艺在水平烟道入口水冷壁、水平烟道采用耐火耐磨浇铸加高耐磨强力胶的复合施工工艺,在分离器筒体部位采用“搓板”式防磨结构。

旋风式分离器的磨损主要发生在炉膛到分离器的水平烟道内、分离器入口处、分离器的圆筒形部分区域,在炉膛到旋风分离器的水平烟道中,来自炉膛的高温烟气在此加速并转向,在进入分离器时,其速度高达20～30m/s,床料颗粒的加速过程要慢得多,在分离器的旋风筒入口处,颗粒速度才基本与烟气速度一致。

因此,在水平烟道靠近炉膛的一端,磨损相对的较轻,而靠近分离器的一端,磨损则较为严重。

高浓度含尘烟气高速(20～30m/s)流入分离器时,在分离器入口处因流通截面突然扩大,流场发生改变而产生磨损,同时高速气流会在正对入口的分离器筒壁上产生撞击磨损。

为了减轻水平烟道入口水冷壁、水平烟道等磨损,采用了濮阳濮耐公司生产的耐火耐磨浇铸料加高耐磨强力胶的复合施工工艺(循环流化床锅炉燃烧温度为850～950℃,因此要选用在这个温度区耐磨度最大的材料)。

该材料具有极强的粘结性和热震稳定性,不易脱落,不易产生裂纹,可有效抵御物料的高速冲击力和剪切应力,同时由于可塑材料厚度增加增强了该处使用寿命。

3.5　运行维护方面采用的技术相对于煤粉炉而言,循环流化床锅炉的高倍率循环灰的流动使炉内磨损十分严重,磨损速率主要与贴壁物料、风速、物料粒径、物料浓度以及流场的不均匀性有关,针对这些特点我们采取如下措施:根据机组负荷变化及时调整锅炉床压,控制炉内循环物料在合理范围内。

在保证安全经济的同时调整上,优化合理调整一次风量,保证安全经济的同时尽可能降低一次风量,降低气流速度(磨损量大约与气流速度的三次方成正比)。

加强对入炉煤的监视,保证入炉煤粒度在合理范围内(粒子直径愈大,磨损量愈大,磨损量与粒子直径的平方成正比)。

降低了炉膛贴壁流的速度和浓度,从而大大减轻了贴壁流对炉内受热面的磨损。

其次是坚决杜绝锅炉超温、超压事件的发生。

锅炉防爆工作中,运行人员所要做的主要工作之一就是防止受热面超温,而超温的原因是多种多样的,对每台炉的超温问题要做具体分析。

为了防止超温超压,我们采用SIS系统(生产是监测系统)对运行主要参数进行实时连续监测统计,长期推行“秒秒压红线”运行竞赛,每个月对超温超压情况进行统计汇总评比,奖优罚劣,同时在每台炉放置了《超温超压记录本》,要求运行人员对超温超压设备、超温时间、幅度、原因及采取措施进行认真记录,技术管理人员每月对超温超压事件进行统计分析,根据情况制定相应预防措施,及时通知运行人员,改进运行操作控制,对于超温又不做记录值进行考核。

将管理思想和考核客观化、时实化和量化,将技术水平和收入挂钩,充分调动运行人员的积极性和责任心,收到良好的效果。

锅炉超压也是导致锅炉承压部件暴漏事故的一个主要因素,甚至可以造成设备的严重损坏。

锅炉超水压试验和安全阀整定严格按规程进行。

锅炉水压试验、超水压试验和热态安全阀校验工作制定专项安全技术措施,防止升压速度过快或压力、气温失控造成超压超温现象。

4　结论综上所述,CFB锅炉受热面磨损是一个复杂的过程,是众多因素共同作用的结果。

要制定科学合理的防磨方案,才能预防和解决锅炉受热面磨损的难题。

神华准能矸电一期工程建设较为理想,取得了全国同类项目锅炉技术优化最多、安全施工质量较好的业绩,各项技术措施在现场应用后得到了很好的效果。

在全国电力行业CFB机组安全运行及经济技术指标竞赛中,1#机取得第2名、2#机取得第6名的好成绩。

通过对本工程建设中出现的问题进行反思、探讨,为后续工程建设提供了宝贵的经验。

[参考文献][1]　江苏金通灵风机有限公司.离心风机使用说明书[Z].[2]　刘辉.循环流化床锅炉水冷壁防磨探讨.CFB机组技术交流论文集,北京:2011.88内蒙古石油化工 2012年第23期　。