循环流化床锅炉磨损的防治

2 0 余 热 锅 炉2 0 1 3 2 循环 流化床锅炉磨损 的防治 杭州锅炉集团股份有限公司袁嫒黄兰 摘 要循环流化床锅炉由于具有煤种适应性广、 燃烧效率高、 炉内低温燃烧、 脱硫效率高及低 NO x 排放等优点， 近年在全世界得到 了迅猛 的发展和应用， 但其 炉内固体物料浓度大， 炉内受热面和耐火材料受到不断冲刷造成的磨损和爆管严 重影响到循环流化床锅炉机组的安全和经济运行。 本文分析 了循环流化床锅炉产 生磨损的机理， 介绍了具体磨损部位和相应的防磨措施。 关键词循环流化床锅炉磨损 防磨措施 一 、前言 循环流化床锅炉 ( 简称 c F B )采用的 是低温循环燃烧的方式 ， 固体颗粒在炉膛 内 以特殊的气 固流动方式运行。 一方面， 固体 颗粒在炉膛内受颗粒的团聚和聚集作用， 细 颗粒聚集成大颗粒后在一定的气流速度下逆 气流向下运动， 并在 “ 环 核”理论的作用 下贴壁回流， 然后， 被上升的气流打散成细颗 粒， 再被气流带动向上运动， 颗粒团不断重复 聚集一下沉一吹散一上升一聚集的过程， 在 炉内产生强烈的内循环运动 ； 另一方面， 高 温烟气带出的细小固体颗粒被炉膛出口的物 料装置分离后， 再通过物料回收装置将固体 颗粒返回炉膛循环燃烧， 实现外部循环， 据此 建立相应的物料平衡和热量平衡， 保证锅炉 连续、 高效、 稳定运行。 循环流化床锅炉可以燃用烟煤、 贫煤、 褐煤、 无烟煤、 煤矸石等各种燃料， 燃料适应 性好， 燃烧效率可达 9 9 ， 热效率可高达 8 8 9 3 ， 可用石灰石脱硫， 在 C a S摩尔 比为 2 5左右 时， 脱硫效率在 8 5 以上， 且烟 气中 N Ox原始排放浓度低于 2 5 0 mg N m3 ， 以 下能实现灰、 渣综合利用。 在循环流化床锅炉 中， 有许多部件在高温、 高固体颗粒不断冲刷 的工作环境下， 虽然已采取了一些防磨措施， 但运行结果仍表明锅炉设备的磨损十分严 重 ， 经常由于磨损 问题造成停炉。 因此如何从 磨损机理出发， 采取进一步有效的防磨措施， 保证锅炉安全、 稳定和长期运行对循环流化 床锅炉的推广应用是一个十分现实又重要的 问题 【 】 】 。 二、 循环流化床锅炉磨损机理 1 影响磨损的因素 循环物料在炉膛内向上运动的过程中同 时受到三个方向力的作用 ： 物料本身的重力、 烟气对物料向上的推动力和物料之间的相互 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 3 2 2 1 摩擦力。 炉膛 内四周物料沿水冷壁贴壁 向下 运动。 炉膛中部 ， 物料向上运动。 经研究和实 践证明磨损量的大小与物料直径、 浓度、 速度 的三次方成正比 ， 与原煤性系数成反比 翻。 C F B锅炉受热面 的磨损机理与煤粉炉 不 同， 可以把它看 成两 次磨损 ：一是炉 内向 上运动的固体物料与沿壁面下流的固体物料 运动方向相反， 因而在局部产生旋涡流， 导致 此区域的磨损 ； 二是物料上升到一定高度沿 炉膛四壁 回流过程 中遇到突出物产生流动方 向的改变 ， 因而对受热面产 生冲刷 。 此外， 锅 炉受热面的磨损还与下列因素有关 ： ( 1 )烟气浓度 ： 烟气中煤粒灰粒浓度越 高， 磨损越严重。 一般密相区的固体物料浓度 在 1 0 0 1 0 0 0 k g m3 ， 烟 气 流速 为 4 5 7 m s 。 烟气浓度与燃煤量和燃烧所需的空气量有 关， 与煤的燃烧特性有关。 ( 2 )烟气流速 ： 烟气流速越高， 磨损越 严重。 磨损量与物料流速 的三次方成正 比， 烟 气流速与锅炉负荷、 流化风量及二次风量配 比有关。 ( 3 )灰粒煤粒特性 ： 灰粒的硬度越高、 颗粒大且有棱角， 磨损越严重。 与煤的灰分大 小和燃煤的颗粒大小配 比有关。 ( 4 )床料高度 ： 床料越高致使密相 区高 度增加。 密相 区高度越高， 磨损越严重 。 这与 保持合理的床料高度有关 。 ( 5 )安装质量 ： C F B锅炉炉膛在运行时 处于正压状态， 从燃烧特性及运行调整与煤 粉炉相差很大， 安装质量对锅炉受热面磨损 至关重要， 如受热面鳍片没有满焊， 造成大量 颗粒外漏， 造成对水冷壁管侧面的磨损。 安装 时管屏表面 留下大量焊接后 的凸起部位 ， 运 行时物料运动形成涡流加剧磨损。 ( 6 )设计 问题 ： 通过冷态 的动力场实验 来看， 炉内四壁物料浓度分布不均， 炉膛四个 的区域由于设计时往往设计为直径布置， 物 料 向下流动 时易形成涡流。 2 磨损类型 磨损一般可分为黏着磨损、 磨料磨损、 腐 蚀磨损 、 接触疲劳磨损、 冲蚀磨损、 微动磨损 等。C F B锅炉中主要的是冲蚀磨损， 冲蚀磨 损又有冲刷磨损和撞击磨损。 冲刷磨损指颗 粒相对固体表面冲击角较小， 甚至接近平行。 颗粒垂直于固体表面的分速使得它沿物体 表面滑动， 两个分速合成的效果即起一种刨 削作用。 如果被冲击的物体经不起这种作用， 即被切削掉一小块， 如此经过大量、 反复的作 用， 固体表面将产生磨损。 撞击磨损指颗粒相 对于固体表面冲击角度较大， 或接近于垂直 时， 以一定的运动速度撞击固体表面使其产 生微小的塑性变形或显微裂纹， 在长期、 大量 的颗粒反复撞击之下， 逐渐使塑性变形层整 片脱落而形成的磨损。 一般在循环流化床锅 炉受热面的磨损中， 床粒颗粒与受热面的冲 击角度在 0 。 9 0 。之间 嗍。 因此 C F B锅炉受热面 的磨损是上述两 类磨损基本类型的综合结果。 三、 循环流化床锅炉常见磨损部位及防治措 施 实际运行结果表明，C F B锅炉常见的磨 损部位有 ： 风帽的磨损 ； 水冷壁的磨损 ； 尾 部对流烟道受热面的磨损和浇筑料的磨损等。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 3 2 堆积成一个 比较松软的斜台， 使快速下落的 固体粒子软着陆， 防止了对此处管子的冲刷 磨损 。 其次使炉膛下部上升 的气固两相流及 其中的固体粒子经过凸台后向炉膛 内部集 中， 防止来 自各个方向的固体粒子对此处管 子的冲击磨损 网 。 ( 2 )定期对下部耐磨材料、 上部水冷壁 管进行超音速电弧喷涂 超音速电弧喷涂是 目 前国际上比较先进 的喷涂施工方法， 比普通 电弧喷涂和火焰喷 涂较理想， 以电弧为热源， 将熔化的耐磨合金 丝材用高速气流雾化， 并以高速喷到工件表 面形成涂层的一种工艺。 可以延缓磨损来延 长锅炉运行周期， 是一种技术经济性比较好， 的方法。 为了保证超音速电弧喷涂的质量， 应 做好施工技术与管理、 验收检测等过程中存 在 的一些技术问题 圆。 ( 3 )在锅炉炉膛 内加装防磨导流梁 为了消除在过渡区域由于截面的关系而 形成的 “ 漩涡流”和控制沿水冷壁面向下运 动的固体颗粒流的运动速度， 减缓在凸出物 上的撞击力， 在炉膛水冷壁面上的相对标高 1 5 0 0 ra m、 2 0 0 0 ra m( 相对第一道) 、 3 3 0 0 m m( 相 对第二道)处分别布置防磨导流梁， 使撞击 壁面的颗粒改变运动方向， 同时起到分散颗 粒浓度的集中状态， 而分布投入到密相区高 温区再燃， 使粒径快速呈融化燃尽状态。 防腐 导流梁的工作原理见图3 。 2 2 炉膛四个角落区域 炉膛角落区域水冷壁磨损比较严重， 其 原因是角落区域内沿壁面下流的固体物料料 浓度比 较高， 同时流动状况也受到破坏。 绱露导i 辫 烟气 图3 防磨导流梁工作原理 对其采取的防磨措施主要是对炉膛角落 的几根水冷壁管进行沿高度方 向全部敷设耐 磨浇注料 ( 保持直角形状)或热喷涂 。 2 3 炉膛顶部水冷壁区域 气固流在离开炉膛时在炉膛顶部区域转 弯， 产生离心作用， 将大颗粒物料甩向炉项而 造成磨损， 对此磨损最彻底的解决办法是增加 分离器进口至炉顶的高度， 使顶部颗粒浓度下 降， 但这一办法的工作量大， 涉及锅炉的改造， 所以目 前电厂一般采取加盖防磨护瓦或喷涂 的方式来防磨 【l ” 。 2 4 不规则管壁区域 运行发现， 不规则管壁包括穿墙管， 炉墙 开孔处的弯管、 管壁上的焊缝等也会造成局部 的严重磨损。 此外还有一些炉内的测试元件， 如热电偶等。 其主要原因是不规则管壁对局 部的流动特性造成较大的扰动。 边壁区向下流 动的高速和高浓度的灰粒子碰到不规则的突 起改变方向冲刷水冷壁所致。 在让管及炉墙开 孔处的弯管处加盖防磨护瓦或浇注耐火防磨 料 ； 对焊缝磨损主要采用工艺防磨， 即在制 造、 安装时要求焊逢尽可能与外壁平滑过渡， 其次是对焊缝区域进行喷涂等这些方法可以 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 3 2 有效的防止不规则管壁区域的磨损 1 2 】 。 3 尾部对流烟道受热面的磨损 在锅炉尾部对流烟道中， 按烟气流向依 次布置有高温过热器、 低温过热器、 高温省煤 器、 低温省煤器、 空气预热器。 尾部受热面管 排密布， 烟气流速较高， 在 “ 烟气走廊” ， 磨损 量 比正常量增大几十倍 。 其磨损区域表现在过热器的磨损主要是 迎风面侧面冲击、 切削磨损及背面涡流磨损、 管排不齐处的磨损 ： 省煤器的磨损主要发生 在烟气走廊处、 管排不齐处、 烟尘 密集处、 穿 墙管处、 炉墙漏风处 ； 空气预热器 的磨损发 生在烟气进口1 5 0 m 1 1 1 范围内。 相应的防磨措 施有 ： ( 1 )过热器防磨 ： 主要采用在迎风面及 磨损较重的背风面加盖半圆护瓦， 加装时尽 可能保证护瓦内壁与管子外壁紧密贴合， 确 保有效防护， 延长使用寿命。 ( 2 )省煤器防磨方式 ： 一是在形成烟气 走廊处加盖隔板， 封堵烟气走廊 ； 二是在管 子迎风面加盖防磨护瓦。 ( 3 )空气预 热器 的防磨 ： 对于 立式空 预器在烟气侧进口处加装 2 0 0 m I n的防磨套 管； 对于卧式空预器管箱前两排采用厚壁管。 4 浇筑料的磨损 浇筑料磨损最厉害的地方是炉膛出口至 旋风筒之间的水平过渡烟道的顶棚和旋风筒 的顶棚 ， 往往被烟气冲刷成蜂窝状 ， 很容易 脱落。 其防磨措施是在水平过渡烟道外侧炉 墙上砌筑一个小型人孔门， 运行时用耐火砖 堵死 ， 检修时可通过此人 L l -J 直接进入水平 过渡烟道内对上述顶棚的浇筑料进行修补 ， 而无需搭架 ， 顶棚如严重脱落 的需编织不锈 钢骨架用可塑料重砌。 同时要注意检查中心 筒的磨损情况和椭圆度情况 ， 并及时清除筒 壁上的挂渣 ， 以保证 良好的烟尘分离能力 ， 从而减轻对尾部受热面的冲刷磨损 14 o 四、 结论 循环流化床锅炉的磨损是一个非常突出 的问题 ， 涉及设计、 制造、 检修、 运行等诸多方 面的因素。 循环流化床锅炉适应煤种广泛 ， 但 应注意灰分的影响 ， 尽量使用设计或接近设 计的煤种 ； 在运行操作过程中， 要控制好原 煤粒度和风量 ， 点火和停炉时严格控制温度 曲线 ； 检修人员在每次停炉后都必须对锅炉 进行全面检查 ， 检查防磨装置有无脱落变形， 定期测量各个管子的壁厚 ， 发现问题及时消 除。 在锅炉安装筑炉烘炉阶段 ， 要注重过程监 督。 只有多方齐抓共管 ， 循环流化床锅炉才能 实现安全、 稳定、 长期的运行。 参考文献 ： 【 1 】 岑可法 ， 倪明江 ， 骆仲泱等 循环流 化床锅炉理论设计与运行 北京 ： 中国电力 出版社 ， 1 9 9 8 【 2 】 张晓东 循环流化床锅炉的磨损机 理及其防治 问题探讨， 总第 1 3 2 期 【 3 连素芬 循环流化床锅炉受热面磨 损的原因及防磨措施 科技信息之工程技术 4 孙献斌 ， 黄中 大型循环流化床锅炉 技术与工程应用 中国电力出版社 ， 2 0 0 9 【 5 】 刘德昌， 陈汉平 ， 张世红 1 3 5 MW级 循环流化床锅炉存在的主要问题及预防措施 ( 下转第 3 2 页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 余 热 锅 炉2 0 1 3 2 S C R反应器后的温度随锅炉负荷的增加而增 加， 最高可达 6 0 ， 从而导致空预器的入口烟 温过高， 严重威胁空预器 的安全运行 。 二是为 了防止空预器的堵塞， 对其结构材料的特殊 设计导致空预器漏风增加， 换热减弱， 空预器 后烟温升高 ， 一、 二次风温 降低。 针对锅炉排 烟温度高的问题， 建议运行 中加强监视， 通过 调整锅炉的燃烧降低锅炉出口烟温。 在停机 大修 时对空预器进行彻底检查 ， 适当减小密 封间隙， 消除漏风大的问题 。 6 3 在锅炉设计中通常将 S C R反应器 布置于省煤器后， 在省煤器出口形成较大的 转角， 烟气流向发生较大的改变， 导致省煤器 积灰严重， 省煤器灰斗输灰量增大， 经常发生 堵灰问题。 同时由于省煤器的换热减弱， 省煤 器出水温