锅炉水冷壁磨损预防、探讨.docVIP

海量资料 超值下载循环流化床锅炉水冷壁管磨损的原因分析和预防措施循环流化床锅炉水冷壁管磨损的成因及预防循环流化床锅炉水冷壁磨损探讨循环流化床锅炉水冷壁管磨损的原因分析和预防措施合肥天源热电有限公司 唐传江【摘 要】水冷壁管是循环流化锅炉受热面中磨损最严重的部位之一，本文对75t/h循环流化床锅炉运行中水冷壁管磨损、泄漏的原因进行了分析、总结，并提出相应的调整和改进措施，延缓锅炉水冷壁管的磨损，保证锅炉安全、经济运行。【关键词】循环流化床锅炉 水冷壁管 磨损 原因分析 预防措施 一、前言 合肥天源热电有限公司位于合肥高新技术产业开发区，是合肥市热力公司控股，是一家专业从事城市热电联产企业，是安徽省首家取得城市集中供热资质企业。主要向高新开发区及西热区企事业单位、民用热用户供汽和集中供热。二、锅炉概况合肥天源热电有限3、4循环流化床锅炉（YG-75/3.82-M1）是由济南锅炉集团有限公司制造生产的中温、中压锅炉，采用旋风分离器组成循环燃烧系统，炉膛为膜式水冷壁结构，过热器分高、低二级过热器，中间设喷水减温器，尾部设三级省煤器和一、二次风预热器。 我公司两台循环流化床锅炉返料系统锅炉厂进行了重新设计，4锅炉旋风分离器效率较3锅炉高，正常运行中，3锅炉炉膛差压在0.3 Kpa左右，4锅炉炉膛差压在0.8 Kpa左右，最高时达1.4 Kpa。两台锅炉投运一年多，炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域对接焊缝处（标高9360mm）出现泄漏，其中，3锅炉出现一次，4锅炉出现三次，造成被迫停炉检修，进行水冷壁管更换，影响正常生产，直接和间接经济损失都很大。三、水冷壁管磨损机理锅炉水冷壁管的磨损主要集中在三个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损；炉膛四周角落区域管壁的磨损；不规则区域管壁的磨损。炉膛下部卫燃带与水冷壁管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，对水冷壁管产生磨损；另一个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。炉膛四周角落区域管壁的磨损原因是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。不规则区域管壁（如温度计、差压计等处穿墙管等）的磨损原因主要是不规则管壁对局部的流动特性造成较大的扰动。四、锅炉水冷壁管磨损、泄漏原因分析锅炉水冷壁管出现泄漏，停炉后，对锅炉卫燃带处筑炉部位、喷涂区域及锅炉运行记录进行了检查、分析。通过比较发现4锅炉磨损情况较3锅炉严重，磨损部位比3锅炉多，并且存在一根水冷壁管出现泄漏后，将邻近的水冷壁管吹坏。联系济南锅炉厂相关部门，并查阅相关资料，分析认为造成卫燃带处水冷壁管磨损、泄漏主要原因有如下几点：1、锅炉卫燃带处应注意避免出现“凸台”， 包括水冷壁管对接焊缝打磨不平形成的“凸台”及卫燃带水冷壁管浇注料形成的“凸台”。 如果出现“凸台”，使得下降灰流与水冷壁管形成了冲击角，不仅加剧对接部位的焊口和鳍片的磨损，而且还对邻近管子造成严重磨损。这是由于炉内循环物料沿水冷壁向下流过凸台时改变方向，直接冲刷水冷壁管子的某个部位，造成该处水冷壁快速冲刷磨损，尤其是水冷壁管与浇注料接触的两侧。2、锅炉卫燃带水冷壁管火焰喷涂防磨区域出现局部材质掉落现象，致使水冷壁管产生了切割效应，加剧了管壁磨损，如下图所示： 3、锅炉运行中的烟气流速是影响锅炉水冷壁管磨损最主要的因素。研究表明，锅炉水冷壁管磨损量与烟气流速的3次方成正比关系。在锅炉实际运行过程中，锅炉运行人员担心流化不良，为了提高锅炉运行保险系数，常以较大风量运行，造成烟气流速过快，严重加剧锅炉的磨损，同时增加厂用电量。五、锅炉水冷壁管泄漏预防措施1、为了避免卫燃带水冷壁管对接焊缝打磨不平形成的“凸台”及卫燃带水冷壁管浇注料形成的“凸台”。应加强锅炉安装及筑炉施工过程中的检查、验收工作，保证施工工程质量。也可以对水冷壁管处浇注料炉墙改进性，将此处水冷壁管结合处下方悬空，不进行浇注，让下落的灰直接撞击浇注料。同时，卫燃带水冷壁管对接焊缝设计时可考虑进行上移或下移，以避免在焊缝处形成的“凸台”，造成水冷壁管磨损。2、定期对卫燃带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。3、锅炉运行调整（1）严格控制适宜的入炉风量，一次风在保证正常流化的情况下，合理调整一、二次风配比，一次风比例占5060，一次风比例占4050，降低烟气流速，减少水冷壁管的磨损。（2）控制合适的炉膛差压、料层差压。料层差压偏高，流化风量增大，增加了锅炉水冷壁管的磨损和电耗。炉膛差压偏高，锅炉炉膛内灰浓度增大，增加了锅炉水冷壁管的磨损。（3）应特别注意燃料特性对磨损的影响，严格控制入炉煤的煤质和粒度。流化床锅炉的燃料适应性广，可以燃用劣质煤，但是燃用优质煤，流化床锅炉的优势更加明显，排渣热损失小，电耗低，锅炉效率高，水冷壁磨损减小。严格控制入炉煤粒度，尽量避免燃用高磨损的燃煤和煤中配比的控制，入炉煤粒度最大不应超过13mm。4、如何尽早发现锅炉水冷壁管出现泄漏由于循环流化床锅炉燃烧特性，决定了锅炉磨损存在的必然性，在采取措施减少、延缓水冷壁管磨损的同时，如何及时发现已出现泄漏的水冷壁管，避免更大范围的泄漏，结合锅炉运行情况，提出以下几点：（1）、锅炉给水流量与锅炉主蒸汽流量差值异常变大时，应及时对给水流量、蒸汽流量表计进行校验，确认流量表计显示的正确性。若表计无异常，此现象可作为判断水冷壁管出现泄漏最直接、简单依据之一。（2）、锅炉运行中，应注意观察卫燃带附近炉墙是否潮湿、是否有泄漏声等来判断水冷壁管是否出现泄漏。（3）、如果锅炉燃用煤质相对稳定，可通过锅炉机组其他表计，如蒸汽、给水压力、引风机电流、排烟温度、返料器温度表计的变化，来判断水冷壁管是否出现泄漏。小 结由于循环流化床锅炉特性决定了受热面必然存在磨损，而锅炉水冷壁管磨损是锅炉受热面磨损最严重的部位之一，随着锅炉运行时间加长，锅炉水冷壁管磨损问题越突出。我们要采取措施尽可能减少和避免磨损，延缓锅炉运行周期，减少非计划停炉次数。如何在锅炉安全与经济运行之间选择最佳运行工况，有待于在今后的锅炉运行过程中，不断进行分析，总结经验，提高锅炉水冷壁管磨损控制和预防水平，实现锅炉安全、经济运行。参考文献：1、岑可法、倪明江等循环流化床锅炉理论设计与运行 中国电力出版社 1998.52、吕俊复、张建胜、岳光溪循环流化床锅炉运行与检修 中国水利水电出版社 2003 ISBN 7-5084-1410-1作者简介：唐传江（1977） 男，大学学历，循环流化床锅炉专业工程师，从事循环流化床锅炉管理工作。循环流化床锅炉水冷壁管磨损的成因及预防摘 要：循环流化床锅炉具有显著的优势，是目前广泛使用的炉型之一。但由于各种原因造成水冷壁管磨损，发生局部破坏，甚至导致停炉事故。严重影响了锅炉的使用安全性和效率。本文在对水冷壁管磨损形成原因分析的基础上，探讨了预防磨损的对策。关键词：锅炉水冷壁管成因预防 0引言循环流化床锅炉水冷壁管的磨损是不可避免的，这也是多年来一直困扰循环流化床锅炉技术发展的关键因素，但是，对于锅炉使用单位来说，完全可以使用一些必要的预防手段来减少甚至控制水冷壁管磨损的发生，从而减少锅炉的停炉次数，提高使用效率，提高锅炉的运行可靠性，保证循环流化床能安全长周期地运行。1水冷壁管磨损成因分析锅炉水冷壁管的磨损主要集中在三个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损；炉膛四周角落区域管壁的磨损：不规则区域管壁的磨损。1.1炉膛下部卫燃带与水冷壁管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，经过长时间的冲刷导致水冷壁管壁厚磨损减薄，强度下降；另一个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。1.2炉膛四周角落区域管壁的磨损原因：炉膛四周角落区域内壁面向下流动的固体物科密度比较高，同时流动状态也受到破坏。1.3不规则管壁包括穿墙管，炉墙开孔处的弯管、管壁上焊缝、管壁间的鳍片焊缝不平整以及有关安装剩余的铁件等。运行经验表明，即使很小的几何尺寸不规则也会造成局部的严重磨损。1.4一般水冷壁管的磨损从目前运行的循环流化床锅炉看，一般水冷壁管的磨损虽然普遍存在，停炉检查时也发现管壁被磨损的光亮，但年磨损量较小，属于均匀磨损。2水冷壁管磨损预防措施2.1炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区防磨对策冷态试验和运行的流化床锅炉表明，壁面处向下流动的高浓度固体物料流对管壁磨损有重要影响，因此在水冷壁管上加焊挡板(在挡板上下亦可浇注耐火耐磨材料)以阻止向下流动的固体物料，可达到水冷壁管防磨的目的。运行表明，采用此种措施后水冷壁管的磨损大大减轻。第二种防磨方法是改变水冷壁管的几何形状，耐火耐磨材料结合简易弯管使卫燃带区域与上部水冷壁管保持平直。这样固体物科沿壁面平直下流，消除了易磨区。第三种防磨方法可配合上述两种方法进行，即对易磨区的水冷壁管进行防磨喷涂，这种方法也可单独进行。目前运行的循环流化床锅炉几乎都对此易磨区进行了防磨喷涂。运行证明，喷涂后3年内不会磨损到水冷壁管母材，有效地减少了水冷壁管的磨损和爆管。2.2炉膛四周角落区域管壁的防磨对策炉膛角落区域水冷壁管的磨损也相当严重，特别是由于安装原因，造成密封鳍片的上下重叠，凹凸不平，运行中不仅磨损鳍片也冲刷管壁。此处防磨的最有效措施是将角落的鳍片焊上销钉，浇注上耐火耐磨材料。运行表明，其效果较好，得到了广泛应用。2.3不规则区域管壁的防磨对策不规则水冷壁管的磨损和爆管仅次于炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域壁管的磨损和爆管。由于压力测孔，人孔等处的水冷壁管不规则，气、固两相流很容易在此处造成涡流冲刷和磨损。如不采取措施，一般在运行3000h后，就会发生严重的磨损和爆管。为此采用喷涂硬质合金或浇注耐磨耐火浇注料的方式来达到防磨的目的。运行表明，采用浇注耐磨耐火浇注料对不规则水冷壁管可起到很好的防磨作用。另外由于安装原因造成安装焊缝特别是密封鳍片的上下重叠，凹凸不平等原因造成壁面不光滑，很容易在运行中导致水冷壁管严重磨损，直至爆管。其防磨的有效办法就是将凸起的焊缝磨平，凹进的焊补平直，安装过程中遗留下来的铁件或未打浇注料的销钉，一定要清除干净并打磨光滑。2.4一般水冷壁管的防磨对策目前尚未发现炉膛水冷壁管直管严重磨损的情况，一般仅发现水冷壁管被磨亮。此区域水冷壁管的防磨，要从运行方面调整，在确保流化风量和氧量的前提下，尽量降低流化风量，炉膛出口负压不要过大；其次要从入炉煤粒度入手，确保循环流化床锅炉的给煤粒度要求，粒度减小后，不仅可以减少用电量，减轻锅炉磨损，同时也可以提高床温并能降低灰渣可燃物。循环流化床锅炉水冷壁磨损探讨1 概述厦门瑞新热电厂3台锅炉系杭州锅炉集团公司生产的NG-220/9.8-M24型高温高压循环流化床锅炉（配2台46MW的汽轮发电机），于2006年起陆续投入运营。该型锅炉由一个膜式水冷壁炉膛、两个蜗壳式汽冷旋风分离器和一个尾部竖直井烟道三部分组成，水冷壁管材设计材料为20G，规格为605，管数为前后墙各111根，左右墙各75根，水冷壁直管间分2层焊缝对接，下层焊缝距下部防磨浇注料约5米。2 炉膛水冷壁易发生磨损的部位3台锅炉运行两年多来（三台锅炉累计运行时数均未超过10000h），先后利用6次机组检修机会对水冷壁进行检查，发现三台炉水冷壁以下部位均出现较为严重的磨损现象：2.1 下层焊缝及焊缝下水冷壁，特别是焊缝余高打磨不平滑或上下管子对接错口较为明显的地方。此部位磨损管数最多，磨损面主要为平面形，3台炉每次检查均出现过多根磨至2.5mm左右；2.2 炉膛四角水冷壁靠角落的第一根管子，此部位磨损面主要为沟槽形；2.3 两侧墙测温点方向朝上防磨瓦与水冷壁管的过渡区域；2.4 水冷壁管与下部防磨浇注料之间的过渡区域；2.5 部分防磨浇注料或防磨涂层脱落的部位；2.6 原水冷屏取消后，在密相区遗留的浇注料凸台上部与水冷壁的过渡区域。3 原因分析3.1 燃烧因素在循环流化床的炉膛内，燃料、石灰石和高温床料混合进行燃烧和脱硫。从流化床炉内动力学观点来看，流体结构为环核结构，在内部核心区，燃料产生的高温烟气夹带着物料垂直向上流动，此区域固体颗粒浓度较稀，而在水冷壁附近的外部环状区，固体颗粒浓度较大，并沿水冷壁向下回流磨损管壁（在向下流动过程中，物料固体颗粒浓度成指数增加，流速也加快）。近年来，由于燃煤供应紧张，煤质下降，煤种变化频繁。而煤质的好坏对水冷壁磨损的影响关系巨大，煤质差，颗粒粗大，硬度也较高，磨损就较为严重，因为燃料颗粒过粗，粗颗粒的数量就增多，为了保持流化，须加大流化风速，这样床内颗粒向悬浮空间溅射的动能就增大，磨损率也会随之加大。根据实验得出的流化床锅炉受热面磨损经验关系式： E=f1f2CV3.5式中，E为磨损量；f1为灰粒特性系数；f2为受热面布置型式及冲刷方式系数；C为飞灰浓度；V为烟气速度。从上述关系式可以看出，当煤种和受热面结构形式一定时，受热面磨损量与飞灰浓度成正比，与烟气流速的3.5次方成正比，烟气流速越快，飞灰浓度越高，则磨损量越大。3.2 设计、安装因素3台流化床锅炉结构型式属杭州锅炉集团公司在全国首次试验型锅炉，其水冷屏因设计结构不合理，在首台锅炉开炉96 h试运行期间就发生2根管子在同一时间发生过热爆管，后进行改造，取消水冷屏（包括后2台锅炉也一并取消水冷屏），水冷屏上部切口在前后墙顶棚水冷壁下部，下部切口在前后墙的密相区，造成前后墙上下各有10个约0.4m1.0m浇注料凸台。另外，由于安装人员安装责任心不强，部分水冷壁管对接安装错口明显，或焊缝余高磨除没有达到较为理想的状态，在此部位形成凸台（如图1所示）。当沿水冷壁向下流动的物料颗粒流到凸台部位时，一方面冲刷磨损管壁，另一方面部分颗粒反弹，加之炉内向上的固体物料流影响，在此部位产生局部涡流，再次对管壁进行斜冲刷磨损。凸台越大时，磨损越严重，范围也越大，反之则较小。涡流焊缝沿壁面下行物料流炉膛内向上物料流 图1 磨损简易示意图3.3 炉膛四角影响炉膛四角区域由于是2个水冷壁面的交汇处，物料相互叠加，其浓度也就相对较高，物料流动状态容易受到破坏，加上四角区域密封鳍片在安装时内表面粗糙，如鳍片交界密封焊缝有较大几何尺寸的不规则变化或密封不严产生漏风，就会造成局部严重磨损，这是因为不规则的变化或漏风对物料局部的流动特性造成较大扰动，物料流会改变流向集中向某个方向流动，形成局部方向物料流，最终在水冷壁管上冲刷成沟槽。3.4 运行因素的影响厦门瑞新热电厂属热电联产企业，担负着厦门市杏林工业区绝大多数用热企业的供热任务，而用热企业在节假日热负荷变化频繁，造成锅炉负荷变化相对频繁，而负荷变化时，给煤量和空气量都会随之变化。根据床料密度的关系式：床料=s（1） 式中，床料 为床料密度；s为颗粒密度；为空隙率。研究表明，当床料密度在810kg/m3时，床内细颗粒就会聚成大颗粒子团，团聚后的粒子团由于重量增加，体积加大，以较大相对速度沉降并具有边壁效应，使流化床中气固流动形成近壁处很浓的粒子团，斜下切向运动，颗粒之间、与水冷壁之间进行频繁的撞击和摩擦，致使水冷壁管受到严重磨损。另外，运行人员对一、二次风的调整配比，上、下二次风的调整配比，床料和煤粒的筛分比，煤、风配比，以及上述配比调整变化速度，床温、燃烧工况、物料循环倍率偏离等也会对水冷壁的磨损