循环流化床锅炉防磨梁论文.doc

465t/h循环流化床锅炉的防磨介绍 1 前言某单位现有2台465t/h循环流化床锅炉，2 台100MW抽汽式汽轮发电机组，总装机发电容量为200MW。2台循环流化床锅炉设计工况均为100燃用高硫石油焦，校核工况为70石油焦掺烧30烟煤。2台锅炉投运以来大部分时间均按设计工况运行（100燃用高硫石油焦），并且运行情况良好，各项性能指标均达到设计要求。2010年初，由于石油焦销售价格及市场向好，煤焦价格迅速拉开差价，为降低公司生产经营成本，要求2台CFB锅炉逐步加大掺烧烟煤的比例，力争做到100%燃用烟煤。为实现该循环流化床锅炉从100烧高硫石油焦到100烧烟煤的大跨度，就必须在锅炉及其辅助系统进行一系列改造。改造之一就是对锅炉的水冷壁进行防磨改造，其主要原因就是烟煤的灰分远大于石油焦的灰分，因此燃料改为烟煤后，产生的灰及灰浓度会大大增加，因此带来的磨损也会按比例增加。 2 磨损机理及防磨技术2.1 磨损机理循环流化床锅炉在运行过程中其床料份两种方式循环：一种是床料上升至顶部进入分离器后下到返料腿，重新返回炉膛，这种循环叫做外循环；一种是床料在炉膛中间上升到炉膛顶部再沿炉膛边壁下降到密相区，这种循环叫内循环（如图一）。内循环的循环量是外循环的35倍。目前出厂的CFB锅炉防磨重点主要在分离器及密相区，在此区域敷设了耐火耐磨材料。但在实际运行中，各地的循环流化床锅炉水冷壁普遍存在着剧烈磨损问题，以致锅炉安全稳定性差，运行周期短，爆管事件频繁发生。其主要原因见图一，床料及飞灰顺着炉膛四周的水冷壁快速下降形成“贴壁流”，贴壁流对水冷壁管造成严重磨损。目前研究表明物料对管壁的磨损速率与其速度、浓度及粒度关系为：E = kU3d2式中：E磨损速率，m/100h； k 灰特性系数 U物料速度，m/s； d 物料颗粒直径，m； 物料浓度，g/(m2s)式中可以看出，磨损速率与物料速度成三次方关系，与颗粒直径成平方关系，与物料浓度成正比。2.2 防磨技术由于贴壁流的流速对水冷壁管磨损影响最大，因此只要降低了贴壁流的流速，磨损速率就会极大幅度的降低。为此引入了防磨梁技术。如图二，贴壁流在下降过程中遇到了阻挡的横梁，使流速降低，并且在这一过程中，部分颗粒改变了流动方向，致使贴壁流的颗粒也减少，因此磨损也会进一步减少。 图二、防磨梁原理 3 CFB锅炉简介表1、CFB锅炉技术规范项目内容锅炉制造商福斯特惠勒 FW 锅炉类型 高压、汽包、自然循环、循环流化床锅炉燃料类型石油焦：Car 80.5%Oar2.0%Sar6.7%Aar0.7%Qnet,ar 32.03 MJ/kgHar4.4%Nar1.5%Mt 4.6%Vdaf9.5%锅炉压力高压 9.8Mpa锅炉蒸发量465t/h主蒸汽温度540给水温度215排烟温度141锅炉效率92.54%烟气氧浓度6%飞灰含碳量8%炉渣含碳量3%过量空气系数1.2一次风量314.4t/h二次风量174.8t/h总风量522.5t/h总灰量19.41t/h飞灰再循环量13.59t/h床温910石油焦量39.89t/h石灰石量21.13t/h锅炉出口SO2396 mg/Nm3NOx 排放200 mg/Nm3为了最大限度的减少磨损，该炉在投运前，已对水冷壁管部分位置进行了金属喷涂防护，喷涂位置在密相区耐火耐磨材料区末端始向上1.5米高、第一道焊缝区、第二道焊缝区，分离器入口处以及四角水冷壁（8条水冷壁管）（见图三）。4 炉内防磨梁改造该炉自投产后运行20个月后进行大修，为提高水冷壁的防磨性能，适应日后加大掺煤比例的需要，本次大修在炉内水冷壁上加装了防磨梁。防磨梁主要由抓钉、耐火耐磨可塑料组成，每道梁在炉膛水冷壁四周水平布置，一共安装6道防磨梁，梁的具体标高根据如下规则确定：水冷壁管焊缝的位置；计算机模拟锅炉运行时贴壁流对水冷壁磨损较大的位置；对水冷壁管进行 图三、防磨梁及喷涂示意图大量测厚，共计853余点，找出磨损最大的位置。具体高度见图三，分离器出口在标高29.3米处。4.1 改造施工工序主要工序：施工面清理标高、划线打磨（有喷涂的焊接部位）焊接抓钉涂刷沥青可塑料施工可塑料养护。抓钉材质Cr25Ni20，抓钉焊接完成后，在抓钉表面涂抹约1mm厚的沥青，作为抓钉膨胀的缝隙，抓钉安装方式见图四。耐火耐磨可塑料性能指标见表2。为了确保将来防磨梁在启、停炉时的温差引起的应力使可塑料开裂或脱落，在可塑料施工时，每隔1米留设3mm的膨胀缝。为避免膨胀缝内烟气直通，膨胀缝设成迷宫式。图四、抓钉施工照 图五、防磨梁断面示意图表2 耐火耐磨可塑料性能指标项 目单 位指标耐火度1790使用温度1650体积密度（烘干后）kg/m326002800可塑指数%2540导热系数（热面1000）W/（m.K）1.5显气孔率%17线变化率（8151100）%00.2抗压强度110MPa65815MPa851100MPa95抗折强度110MPa10815MPa151100MPa18急冷急热次数1000水冷）次251350风冷次50抗磨损性（ASTMC-704）cc8施工后的防磨梁断面示意图见图五。图中可看出防磨梁顶部为凹形，其作用可以存留飞灰，当贴壁流下降时，固体颗粒落在飞灰上减慢了速度，使防磨梁顶部的管子（图中箭头所指处）减少了飞溅的颗粒带来的磨损。5 防磨效果检查 通过运行检查，防磨梁安装后未对锅炉负荷造成影响。额定负荷下床温上升1020；运行一次风量增加量设计值的4%；运行总风量增加量设计值的5%。排烟温度与改造前持平。锅炉运行5个月后停炉对水冷壁进行了全面宏观检查，发现四面水冷壁整体磨损程度较大修前有所减轻，水冷壁防磨梁安装前每次停