循环流化床锅炉受热面的磨损控制及预防对策

5 2 工业锅炉 2 0 1 1年第 1 期( 总第 1 2 5期) 文章编号 ： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 o l 1 ) O l - 5 2 0 4 循环流化床锅炉受热面的磨损控制 及预防对策 张振保 ， 米立志 ( 河南金大地化工有 限责任公司， 漯河 4 6 2 4 0 0 ) Co n t r o l s a n d Pr e v e n t i n g Co u n t e r me a s ur e t o He a t i n g S u r f a c e W e a r i n g o f CFB Bo i l e r ZHANG Z h e n b a o MI L i z h i ( T h e H e n a n G o l d E a r t h C h e m i c a l I n d u s t r y L i m i t e d L i a b i l i t y C o m p a n y ， L u o h e 4 6 2 4 0 0 ， C h i n a ) 摘要： 由于循环流化床锅炉的燃烧方式与其他锅炉有着本质的差别 ， 在实际运行中受热 面磨损问题非常突出 ， 往往造成停车事故 ， 给企业 的生产带来损失 ， 因此认真分析 锅炉受热 面磨 损 的机理并找出 切实可行的防范措施 ， 可有效减少 锅炉 的非计 划停运 次数 为企业生 产提供 可 靠 的蒸汽和动力 。 关键词 ： C F B ； 受热面 ； 磨损 ； 控制 ； 预 防 中图分类号 ： T K 2 2 7 文献标识码 ： B O概述 我公司目前拥有合成氨生产能力 3 0万 t a ， 纯 碱生产能力 1 0 0万 t a ， 氯化铵生产能力 1 0 6万 t a ， 三聚氰胺生产 能力 1 0万 t a ， 工业盐生产能力 1 6 0 万 t a 。由两台循环 流化床锅炉生产的高压蒸汽供 汽轮机发电后 ， 全部进入公司压力分别为 0 4 MP a 和 3 5 MP a 蒸汽管网 ， 供化工系统生产需要。循环 流化床锅炉所用燃料煤主要为平顶山烟煤和合成氨 造气炉渣。平时人炉煤发热值在 3 2 0 0 k a L k g ， 灰分 高达 5 5 以上 ， 因此锅炉受 热面磨 损 问题非 常突 出， 锅炉运行 5年来 ， 两台锅炉共发生非计划停炉事 故 2 2次 ， 其中由于锅炉受热 面磨损 而导致停 炉 1 5 次， 占停炉事故 的 6 8 2 。因此， 必须重视循环流 化床锅炉受热面的磨损问题。 1 锅炉简 介 我公 司热 电厂使用 的是无锡某锅炉厂生产 的 1 6 0 t h高温高压循环流化床锅炉， 于 2 0 0 5年底投 人运行 。锅炉为单锅筒横置式 、 单炉膛 、 自然循环、 全悬吊结构 ， 全钢架 盯型布置。锅炉运转层 以上露 天 ， 运转层以下封闭， 在运转层 8 m标高设置混凝土 平台， 操作层 5 8 i n设置钢平 台。炉膛采用膜式水 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 0 2 2 第 一 作 者 ： 张 振 保 ( 1 9 6 9一) ， 从 事热 电 调试 和运行管理工 作 2 0余年 ， 其 中从 事循环流化床锅炉 8 年 ， 现任 金大地 热 电 rr长 冷壁， 在炉膛上部布置有 4组屏式过热器 ， 中部是蜗 壳式绝热旋风分离器 ， 锅炉尾部竖井烟道内布置两 级四组对流过热器 ， 过热器下方布置二组膜式省煤 器及一二次风各三组空气预热器。 锅炉设计主要参数 ： 额定蒸发量 额定蒸汽温度 额定蒸汽压力( 表压 ) 给水 温度 锅炉排烟温度 排污率 空气预热器进风温度 锅炉热效率 燃料消耗量 一 次热风温度 二次热风温度 一 二次 风量 比 循环倍率 锅炉飞灰份额 脱硫效率( 钙硫摩尔比为 2 5时) 2受热面磨损机理分析 当两个物体接触并有相对运动时， 由于力的作 用或动量的转移 ， 接触 物体产生材料损耗的现象 叫 l重殇I= 。 瑚 B加 加加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 事故与分析 循环流化床锅炉受热面的磨损控制及预防对策 5 3 磨损 。循环流化床锅炉受热面的磨损机理与气 固两 相流的流动模式有关。 根据磨损机理不同， 磨损一般可分为粘着磨损、 磨料磨损 、 腐蚀磨损 、 接触疲劳磨损 、 冲蚀磨损、 微动 磨损等。流体或固体颗粒以一定 的速度和角度对材 料表面进行 冲击所造成的磨损称为冲蚀 ( 或 冲击磨 损) 。冲蚀又有两种 基本类型 ， 分别 为 冲刷磨损 和 撞击磨损 ， 这两种磨损 的冲刷表面流失过程 的微观 形貌是完全不同的。冲刷磨损是颗粒相对 固体表面 冲击角较小 ， 甚至接近平行。颗粒垂直于 固体表面 的分速使得它锲入被 冲击物体 ， 而颗粒与 固体表面 相切的分速使得它沿固体 表面滑 动， 两个分速合成 的效果即起一种刨削的作用。如果被冲击物体经不 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 。撞击磨损是指颗 粒相对于固体表面冲击角度较大 ， 或接近垂直时， 以 一 定 的速度撞击固体表面使其产生微小 的塑性变性 或显微裂纹 ， 在长期大量的颗粒反复冲击下 ， 逐渐使 塑性变性层 整片脱落 而形成 的磨损 。在实 际运行 中， 循环流化床锅炉冲蚀是其磨损的主要表现形式 。 锅炉受热面的飞灰磨损 ， 是 由于高温烟气携带 的飞灰颗粒对受热金属表面产生 的冲击和切削作用 造成 的。飞灰磨 损程度取决 于烟速 、 烟量、 烟气 温 度 、 烟气 中的飞灰浓度 、 飞灰的含碳量 、 飞灰颗粒 的 硬度和强度 、 飞灰 的几何形状 、 沿烟道截面 的速度场 与飞灰浓度场的不均匀 程度 ， 以及管束的几何形状 和管材的抗磨性等因素。锅炉受热面金属表面的磨 损量存在 以下关系 ： T=Cr l l, t W 式中 卜管壁金属表面的磨损量 ， g m C 比例常数 ， 代表飞灰颗粒 的磨损特性 ， 与锅炉使用的煤种有关 卵 飞灰撞击 率 ， 与飞灰浓度 、 飞灰颗粒 的 直径、 烟气流速、 分布特性以及 管子的 直径 有关 ， 同 时与 煤 的燃 烧 特 性 、 细 度、 燃烧方式 以及燃烧条件有关 肛 烟 气 中飞 灰质量 浓 度 ， g m 飞灰颗粒的流速 运行时问， h 锅炉的飞灰磨损量同烟气速度的 3次方成正 比 关系， 因此 ， 烟气流速是磨损 的主要因素 。对于燃烧 高灰分燃料的锅炉 ， 不宜采用过高的烟气流速。此 外 ， 飞灰浓度越高 ， 对锅炉 的磨损就越强烈 ， 飞灰 中 多硬性物质( 残炭) 、 粗大颗粒 的棱角会加速对受热 面的磨损 。 3 锅炉受热面的主要磨损部位及磨损预 防 控制措施 根据循环流化 床锅炉实际运行情况 ， 其 主要磨 损部位 的区域通常发生在有下降固体粒子回流的突 变 区域 ， 这些突变区域包括膜式水冷壁 的凸 凹区域 和焊接缺陷、 测量仪器插入处及使用耐火材料时水 冷壁与耐火材料 的交 界处 、 旋风分离 器 内表面等 。 一 般来说 ， 循环流化床锅炉燃烧室管壁、 燃烧室下部 床层管壁、 炉膛角落 区域水冷壁、 炉膛 内部屏式过热 器 、 旋风分离器进 口烟道、 吊挂管 、 包墙管等的磨损 比较严重 ， 是应该关注的重点领域 。 3 1 水冷壁的磨损及预防 炉膛 四周 由管子和扁钢焊成全 密封膜式水冷 壁 ， 为防止水冷壁的磨损 ， 在炉膛布风板上部 3 4 m高度范围的水冷壁向火 面焊接销钉 ， 浇 注耐高温 耐磨浇注料 ， 这个区域称 为密相 区。密相 区是 C F B 锅炉燃烧的中心 ， 进行煤粒流化、 燃烧、 物料循环等 过程 。 根据多年的循环流化床锅炉运行经验 ， 水冷壁 磨损的部位主要在 以下几个方面。 3 1 1 落煤管进 口处水冷壁的磨损 ( 如图 1 ) 由于该处正处 于锅炉的密相 区， 工作条件极 为 恶劣 ， 除受 到原 煤重力 的作用 外 ， 还要受 到风、 烟、 渣、 灰的冲刷 ， 该处 的浇注料在恶劣的工况 条件下 ， 最容易造成失效 。煤 、 渣 、 灰 、 风 、 烟直接接触该处水 冷壁 ， 造成水冷壁磨损变薄而导致泄漏的事故在多 个电厂都有发生 。 图 1 落煤 口处 的水冷壁磨损 情况 预防对策 ： 为杜绝该部位水冷壁磨损 ， 一定要重视该处 浇注料的质量和施 工 ， 可 以在该处浇注料 中增加金 属纤 维 。 控制好原煤质量和粒度 ， 最好不使用矸石含 量过大的劣质煤。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 1 年第 1 期 ( 总第 1 2 5期 ) 在该处进行浇注料施工过程 中， 采用 1 2 m m 厚度的耐磨耐高温金属板覆盖在浇注料上方 。耐磨 耐高温金属板下部焊有销钉， 固定在浇注料内部。 每次停炉， 都要对该部位进行详细检查 ， 发现 缺陷及时消除。 3 1 2 C F B锅炉燃烧室下部耐火防磨层与膜式水 冷壁交界处水冷壁 的磨损及预防 其磨损原因是沿四周水冷壁下落的床料落到耐 火层台阶上 ， 反弹冲击水冷壁 ， 产生塑性变形或裂 痕 ； 落到耐火层台阶上的固体颗粒以一定角度冲刷 水冷壁 ， 产生切削磨损 。在过渡 区域 内由于沿壁面 下流的固体物料与炉内向上运动的周体物料运动方 向相反 ， 因而在局部产生涡流 ， 不断对水冷壁产生疲 劳磨损 。根据运行经验 ， 该 区域水冷壁磨损最严重 的部位大多数发生在锅炉前墙的右角处( 见图 2 ) 。 图2 燃烧室耐火防磨层台阶上部水冷壁的磨损 预防对策 ： 对燃烧室耐火防磨层 台阶上部的膜式水冷壁 采用超音速电弧喷涂技术进行喷涂。四周水冷壁喷 涂高度一般为 1T I ， 四角水冷壁喷涂高度一般为 3 m 左右( 左右各 5根 ) 。 在耐火防磨层与膜式水冷壁交界面之上一定 距离浇筑耐火防磨梁 ， 或加装导流板 ， 可以改变粒子 沿水冷壁下流的方向， 以减轻粒子对交界水冷壁 的 磨损 。 定期测量水冷壁厚度 ， 根据磨损程度进行堆 焊或更换管子。 在安装和检修膜式水冷壁时 ， 其管子对接焊 缝在炉 内部分必须磨平 ， 防止产生局部磨损。 3 2 炉膛内屏式过热器的磨损及预防 屏式过热器布置在炉膛上部 ， 采用 1 2 C r l Mo V G 的管子， w i n g w a l l 结构形式， 磨损机理与炉 内水冷 壁管的磨损机理相似 ， 主要取决于受热面 的具体结 构和同体物料的流动特性等。由于燃烧室核心区颗 粒向上 的流动以及 外 围颗粒沿壁 面 向下 的回流作 用 ， 布置在燃烧室内部的屏式过热器下端会受到磨 损， 同时 ， 在屏式过热器底部弯管的上方有时也会形 成涡流， 冲刷该处或底部浇注料 ， 使其脱落后 ， 对屏 式过热器管子造成磨损泄漏。图 3为屏式过热器磨 损图。 3屏 式 过 热 器 的磨 损 预防对策 ： 严格施工工艺 ， 重视该处浇注料的质量。 在浇注料施工的同时 ， 还可以在其表 面扣上 防磨瓦。 控制好一二次风配 比。 在屏式过热 器底部 浇注料上方 的管子喷涂 5 0 c m高度的耐磨材料。 保持锅炉出 口负压 0 1 5 k P a左右 ， 风速不 超设计值。 在屏式过热器底部浇筑前加长销钉 ， 焊成 网 状 ， 在底部一次浇筑成型 ， 底部做成 圆弧状。 3 3 吊挂管及包墙管的磨损及预防 吊挂管和包墙管处于锅炉烟气混合室的出口， 同时在此转 向， 烟气冲刷相当严重 ， 转弯处飞灰浓度 和速度不均 ， 使局部受热面磨损加剧， 从设计上讲 ， 主要考虑吊挂管的防磨。一般锅炉厂家是要求在安 装过程 中吊挂管上部打浇注料 ， 下部扣防磨瓦 ， 以防 止对吊挂管的冲刷 。但在实际运行过程中会引发新 的问题 。某公 司一 台 1 6 0 t h高温高压循环流化床 锅炉在投入运行 1 0 0天时， 左包墙管出现爆管现象 ， 当时锅炉厂技术人员认为锅炉调整有问题 ， 风量控 制不均 ， 造成烟气偏移 ， 对左包墙管造成冲刷严重发 生爆管。但锅炉又在运行 1 2天后 ， 右包墙管也发生 爆管 ， 此种现象 的发生否定 了锅炉厂的结论。经仔 细分析主要还是设计 问题 ， 发生爆管的主要原因是 ： 临近包墙的吊挂管顶部打的浇注料 ， 在锅炉运行 的 过程中， 吸附大量带电荷 的灰尘在其表面堆积形成 坚硬 的锥体 ， 烟气从混合室出来后碰到该锥体后 ， 改 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 事故与分析 循环流化床锅炉受热面的磨损控制及预防对策 5 5 变了气流方 向( 相当于导流板 的作用) ， 直接 冲刷两 侧包墙管 ， 使其磨损变薄， 导致爆管发生 ， 如图 4 。 图 4包 墙管的磨损 预防对策 ： 将原先浇注在 吊挂 管上部 的浇 注料 全部去 掉 ， 改为焊接防磨瓦 的措施来保护吊挂管 ， 防止在其 顶部形成坚硬的锥体 ， 改变气流方 向直接冲刷包墙 管。 在左右包墙上部 2 m处 ， 焊接爪钉并浇筑 3 0 mm厚的浇注料 ， 可以有效 防止包墙管爆管( 按照这 种方案 改造 后 锅 炉运 行 3年 没 有 发生 过 类 似 故 障) 。 3 4 过热器、 省煤器管的磨 损及预防 在锅炉的过热器 、 省煤器对流受热面中， 省煤器 的磨损最严重。其 主要原因是省煤器通常是错列布 置 ， 烟气对错列管束的冲刷 比较强烈 ， 磨损 比顺列严 重得多 ， 同时省煤器处的烟气温度 比较低 ， 烟气中灰 粒相对较硬 ， 这两个 因素使得省煤器磨损 比过热器 及空预器严重得多 ， 省煤器磨损爆管 主要发生在 以 下部位 ： 省煤器第二、 第三排管子。因为省煤器通常 是错列布置， 省煤器第一排管子受到较低烟速的冲 刷 ， 进入第二排管子后由于烟气流通截面减小 ， 烟速 提高 ， 烟气 中灰粒的冲击力较大 ， 所以第二 、 第三排 管子磨损较以下各排管子严重 。 省煤器管弯头处 。省煤器管的弯头与竖井烟 道两侧墙之间的间隙形成烟气走廊 ， 因阻力较小 ， 烟 气流速高 ， 磨损较严重。 预防对策 ： 控制烟气流速， 尤其是烟气走廊处的烟气流速。 因此在安装和维修时， 应尽量减小省煤器管子与烟道 侧墙之间的距离， 同时使各蛇形管间距离尽量均等。 对于局部烟气流速过高的地方 ， 应在管子易 磨损部位如弯头处、 第二第