循环流化床锅炉省煤器磨损原因分析及解决措施

第 6期 2 0 1 0年 1 1月 锅炉制造 BOI LER MANUFACTURI NG NO 6 NO V 2 01 0 文章编号 C N 2 3 1 2 4 9 2 0 1 0 0 6 0 0 0 7 0 4 循环流化床锅炉省煤器磨损原 因 分析及解决措施 林 伟 龚 斌 王宗勇 冯 颖 沈阳化工学院机械学院 辽宁 沈阳 1 1 0 1 4 2 摘要 分析一台2 2 0 t h 循环流化床锅炉省煤器磨损原因 主要是省煤器区烟气流速偏高 烟气中颗粒浓度 偏高 烟气流道流通截面的不均匀性对省煤器管的影响 并提出了相应的解决措施 减少省煤器管列数 增大 换热管直径 扩大管间距 增加烟道深度 在碎煤机 前加筛选装置 改用灰份含量 3 8 的煤 增 大旋 风分离 器 排气管插入深度 更换新省煤器 外墙板 在省煤器的全部列管弯头上安装防磨护瓦 经改造后省煤器未发 生因磨 损问题引起 的爆管情况 关键词 循环流化床锅炉 省煤器 磨损 解决措施 中图分类号 T K 2 2 3 3 3 文献标识码 A The Re a s o n An a l y s i s a n d o n Ab r a s i o n o f CFB M o d i fic a t i o n M e a s u r e s Bo i l e r Ec o n o mi z e r Li n We i Go Bi n Wa n g Zo n g yo n g Y i n g S h e n y a n g I n s t i t u t e o f C h e m i c a l T e c h n o l o g y S h e n y a n g 1 1 0 1 4 2 C h i n a Ab s t r a c t W e a na l y z e d t h e r e a s o n o n a b r a s i o n o f a 2 2 0t h CFB bo i l e r e c o n o mi z e r I t wa s ma i n l y c a u s e d b y t h e s e f o l l o wi n g f a c t s t h e h i g h e r flo w s p e e d o f flu e g a s i n e c o n o mi z e r hi g h e r pa r t i c l e c o n c e n t r a t i o n i n fl ue g a s t h e flo w a c r o s s wi t h d i f f e r e n t s i z e i n flu e g a s p a s s Th e n t h e r e l a t e d me a s u r e s we r e ma d e we r e d u c e d t h e t ub e a r r a y s a n d e n l a r g e d t he t u be d i a me t e r a n d t h e s p a c i n g o f t h e e c o n o mi z e r d e e p e n e d t h e fl u e g a s p a s s mo u n t e d a s c r e e n u n i t a t t h e i n l e t o f c o a l c r us he r a d o p t e d c o a l o f a s h c o n t e n t l e s s t h a n 3 8 i n c r e a s e d t h e i n s e r t i n g d e p t h o f c y c l o ne v e n t t u b e r e p l a c e d t h e n e w e c o n o mi z e r a n d wa l l p l a t e a d d e d a n t i we a r i n g t i l e s a t e l b o ws o f a l l t h e t u b e s Af t e r mo d i fic a t i o n t h e e c o n o mi z e r h a s b e e n i n c o n t i n u o u s o p e r a t i o n w i t h o u t t u b e rup t u r e b e c a u s e o f a b r a t i o n p r o b l e m Ke y wor d s CFB b o i l e r e c o n o mi z e r a b r a s i o n mo d i fic a t i o n me a s u r e s 0 引 言 循环流化床锅炉 简称 C F B锅 炉 作为高效 环保的燃煤技术近些年来发展很快 它有对煤种 的适应性好 燃烧效率高 负荷调整幅度大 环保 效益好等优点 但与常规锅炉相 比 因其炉内物 料浓度要高出几十倍到上百倍 尾部烟道的烟气 流速快 流化床锅炉的磨损要 比其它类型锅炉严 重得多 因此 循环流化床锅炉的磨损问题 一直 是困扰流化床锅炉经济运行和进一步发展的关键 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 1 4 作者简介 林伟 1 9 7 1一 女 辽宁大连人 高工 主要从事设备 管理 与维护 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 8 锅炉制造 总第 2 2 4期 问题 某公司一台 2 2 0 t h循 环流化 床锅 炉 主要 热力参数为 额定蒸发量 2 2 0 t h 饱和蒸汽压力 1 4 2 M P a 饱 和蒸汽温度 3 3 8 过热蒸汽压力 1 2 5 M P a 过 热 蒸 汽 温 度 5 4 0 给 水 温 度 2 2 0 o C 排烟温度 1 4 5 燃煤消耗量 1 0 2 k g s 该 台锅炉 自投入运行后 的五年时间 内 仅仅 因为 省煤器磨损泄露就停炉 2 0多次 严重影响了装置 的安全稳定运行 大大降低了公司的经济效益 1 磨损原 因分析 对于循环流化床锅炉受热面的磨损主要是冲 蚀磨损 冲蚀磨损是指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 冲蚀磨损又分为冲刷磨损和撞击磨损 冲刷磨损 是颗粒相对固体表面 的冲击角较小 甚至接近平 行 颗粒与固体表面相切的分速度使它沿物体表 面滑动 而与固体表面相垂直的分速度使它楔入 被冲击的物体 内 两个分速度合成 的效果 即起到 刨削作用 撞击磨损是颗粒相对固体表面冲击角 较大或接近垂直 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 的大量的颗粒反复撞击下 逐渐使塑性变形层整 体脱落而形成 的磨损 磨损与固体物料的浓度 速度 颗粒 的特性和流道的几何形状有关 本台循 环流化床锅炉受热面的磨损原因主要有以下三个 方面 1 1 省煤器区烟气流速偏高对省煤器磨损的影 响 循环流化床锅炉受热面烟气流速的选择受很 多因素的限制 从对流受热面积和加强传热 以节 省设备投资方面考虑 烟气流速不能太低 一般都 要超过 5 6 m s 但烟气 流速过高 又会 造成受 热面的磨损 在影响受热面磨损 的多个 因素 中 烟气流速 对磨损量的影响最大 冲蚀量 E与烟气流速 u 之 间的关系 E o c U 在烟气速度 l 0 2 0 m s 的范围 内 n 3 0 3 5 浙江大学 的实验结果是当烟气 中灰的平均直径 d 2 0 0 m时 n 3 1 5 该公 司空气预热器后沉降飞灰的灰样分析结果是平均 粒度为 2 0 4 tx m 则冲蚀量 E c u 3 本台省煤器 处烟气流通 面积为 1 4 7 3 m 省煤器的烟气平均 流速 u 1 5 2 1 m s 和正常的烟气流速相 比 省 煤器区域的烟气流速 明显偏高 是引起省煤器管 磨损的一个原因 1 2 省煤器区颗粒浓度偏高对省煤器磨 损的影 响 1 2 1 给煤煤质对尾部烟道颗粒浓度的影响 锅炉设计煤种为烟煤 热值为 1 6 4 5 1 k J k g 灰份为 3 7 3 可燃基 挥发份为 3 5 7 硫份为 0 5 2 而该公 司之前使用的入炉煤质比设计煤 种差 最差的煤质热值 只有 6 3 8 8 k J k g 灰份含 量通常在 3 7 4 5 之 间 灰分含量 明显偏高 必 然导致锅炉尾部烟道处颗粒浓度偏高 从而使尾 部受热面的磨损加剧 给煤系统设计不合理 碎煤机前无筛分装置 使已经符合 0 8 m m入炉条件的燃煤又经过了 一 次破碎 造成小煤粒更细 大煤粒难破碎 致使 床温偏高 该锅炉床温长期在 9 3 0 9 7 0 比设 计值 8 7 0 o C高很多 燃煤颗粒大小不均 燃煤 粒径小于 2 m m的 占煤总量 5 2 3 8 大于 8 m m 的占煤 总量 1 6 3 9 二者合计 6 8 7 7 粒径符 合要求的燃煤 比例太少 小颗粒燃煤 比重过大 由 于旋风分离器的分离效率不足 造成尾部烟道的 飞灰浓度大大超过设计值 一些未燃尽 的煤颗粒 随飞灰大量进入尾部烟道继续燃烧 其产生的辐 射热被尾部受热面过量 吸收 导致尾部受热面经 常超温运行 一般超温 1 5 2 0 超温情况 比较 明显 1 2 2旋风 分 离器分 离效 率偏 低 对烟 气颗 粒 浓 度 的影响 在燃料和受热面布置结构一定的条件下 烟 气中飞灰浓度的高低对省煤器磨损影响很大 本 台分离器下降管的回料粒径小于 1 0 0 m的粒子 偏少 空气预热器后沉降灰的粒子直径中 1 0 0 2 8 0 Ix m的份额 占 8 0 这说明分离器分离效果 明显偏低 很多小颗粒没有分离下来 部分大颗粒 被气流携带出分离器而进入尾部烟道 导致实际 进入尾部的飞灰量 占总灰量的 6 0 以上 烟气 中 的飞灰浓度可达 1 9 2 g m 使 省煤器 的磨损程 度要大一倍以上 1 2 3影响旋风分 离器效率的因素 1 旋风分离器入 口切向烟气速度对分离效 率的影响 本 台锅炉采 用高温绝热旋风分离器 9 1 0 从分离器分离理论可知 分离器的分离 效率受烟气流速 的影响很大 烟速越高其 中的粒 子的离心力就越大 其分离效率就越高 但过高则 气流湍流流度增加使粒子反 弹加剧 易产生二次 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第6期 林伟 等 循环流化床锅炉省煤器磨损原因分析及解决措施 9 夹带 而且由于碰撞 摩擦的加剧 使 已形成 的粒 子团破碎或使大颗粒变成细颗粒 也会使扬析成 分增多 从而降低了分离器的分离效率 因此 对 旋风分离器而言 对于某一特定的颗粒 通常存在 一 个最佳的切向人 口流速 对高温旋风分离器 最 佳的人 口流速一般为 1 5 2 5 m s 本台分离器的 人 口实 际烟气流速 为 3 1 3 7 m s 与理论值相 比 明显偏高 使分离器的分离效率有所降低 2 旋风分离器人 口宽度及高宽 比对分离效率 的影响 研究证明 旋风分离器人 口宽度等于分离 器直径与排气管直径之差的一半 且入 口高宽比为 2 3时旋风分离器的效率最高 而本台分离器直 径为 5 1 8 2 mm 排气管直径为 2 3 3 2 m m 人 口高 度为 2 9 0 2 m m 人 口宽度为 1 8 2 2 m m 按理论要 求计算 人 口宽度应为 1 4 2 5 mm 实 际值 比最佳 值大 3 9 7 m m 而高宽 比为 1 6 低 于最佳值 范围 的下 限 3 排气 管插 入深度 和直径 对分离效率和 阻 力有显著影响 排气管插入深度越浅 阻力越小 但太小易造成气流短路 使分离效率降低 通常认 为排气管的下端要稍低于进气 口的底部 以防气 流短路影响分离效率 实验证明 排气管插入深 度约为入 口高度的 0 4 0 5倍时 分离效率最高 且压力损失最小 而分离效率 随着排气管插入深 度的增加而降低 这是因为插人深度过大将缩短 排气管入 口与锥体底部的距离而造成气流的有效 旋转圈数减小 增加 了二次夹带 的机会 在循 环 流化床锅炉中 通常旋风分离器尺寸很大 由于机 械支撑的困难和防止磨损 排气管 的插入深度 常 受到限制 本 台旋风分离器排气 管插入深度为 1 4 0 0 mm 而排气管插入深度最佳值 为 1 1 6 1 1 4 5 1 m m 在最佳允许值范围内 排气管直径与简体直径之 比越小 分离器 的 分离效率就越高 但压力损失也越大 一般取排气 管与分离器 的直径 比为 0 3 0 5 如果再 进一 步缩小排气管直径 分离效率增加不大但压力损 失却急剧上升 本 台旋 风分离器排气管直径 为 2 3 3 2 l l l n 而排气管直径最佳值为 1 5 5 5 2 5 9 1 l n lT l 在最佳允许值范围内 1 3 省煤器外墙板与弯管之间的烟气走廊对省 煤器磨损的影响 由于省煤器管制造和安装的误差 省煤器管 束与外墙板 间间隙过大 在省煤器管两侧形成 烟气走廊 导致省煤器两侧 弯头局部磨损 严重 再加上本台锅炉 因泄露多次停车 为了检查和处 理省煤器泄露 每次都需将尾部烟道的外墙板用 气焊割开 反复多次的割开和焊接使尾部烟道的 外墙板严重变形 不仅外墙板大面积的凹凸不平 而且其内侧 密密麻 麻 的焊缝排列 高达 8 0 0 m m 左右两侧外墙板割开后 可明显看到前后两侧 的 外墙板与省煤器弯头之间距离大小不等 距离小 的几乎接触上 了 距离大的甚至达到 7 0 mm 而且 省煤器本身弯管也不在同一平面上 形成严重的 烟气走廊 局部的烟气流速大大加快 致使局部磨 损速度成倍提高 2 解决措施 2 1 降低烟气流速 降低省煤器区的平均烟气流速到合理的范围 内 减轻省煤器的磨损程度 考虑到由于省煤器区 烟气流速降低 对流换热系数减小 需适当增加一 些受热面 即减少管列数 列管 由 1 1 0列 减到 9 5 列 增 大 换 热 管 直 径 外 径 由 3 2 I T IT 增 到 3 4 mm 扩 大 管 间 距 间 距 由 6 0 m m 增 到 7 0 mm 烟道深度由4 5 1 8 mm增到 5 3 8 4 m m 增 大了烟气流通面积 达到降低烟气流速的目的 2 2 给煤 系统的改进 1 锅炉运行煤种应尽 量使用与设计相近 的 煤种 原来燃煤的热值相对偏低 需更换热值高的 煤种 降低锅 炉尾部烟道灰份含量 灰份含量 3 8 减少尾部受热面的磨损 2 原来的燃煤破碎后 的平均粒径较为合适 但粗颗粒和细颗粒较多 呈现两头多 中间少的粒 径分布 为了保持燃煤合适的粒径分布 需在碎煤 机前加 筛 选装 置 达 到粗 细分 流 来料 中小 于 8 m m的物料直接进入系统 大于 8 m m的物料进 入碎煤机进行破碎后再进入系统 解决其经过二 次粉碎造成小颗粒煤含量过高的问题 使燃煤在 炉膛 内充分燃烧 降低烟气 中飞灰浓度 2 3 提高旋风分离器的分离效率 为了进一步提高旋风分离器的分离效率 虽 然本台旋风分离器人 口切向烟速 人 口高宽 比不 满足最佳值范围要求 但受到工期和成本的限制 改变旋风分离器人 口切向烟速 人 口高宽比是不 现实的 尽管排气管插入深度符合最佳值要求 但 只有改变排气管插入深度是可操作 的 将排气管 插入深度由原来 1 4 0 0 mm增加到 1 8 0 0 m m 下转第 l 4页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1 4 锅炉制造 总第 2 2 4期 5 控制料层高度 6 结束语 通过分析 D G 7 5 3 8 2 1 1型 C F B锅炉的运 行实践 可知密相 区料层厚度对燃烧 的稳定性和 燃烧效率有很大关系 见 图 4 维持恰 当的料层 高度 炉床蓄热量较大 床温相对稳定 无烟煤粒 和回料灰中的碳粒能迅速加热和燃烧 锅炉床料 太高 增大一次风量 为保 持床温而减小二次风 量 造成局部燃烧区域的氧量不足 影响炭颗粒的 燃尽 同时会增大风机电耗 甚至影响床料流化效 果和燃烧效率 料层过薄 会 导致燃烧工况不稳 定 缩短了燃料在床内的停 留时间 飞灰含碳量增 大 因此 在实际运行中应做到少量勤排渣 保证 合理的料床厚度 以保证床温稳定和炭粒与氧量 混合均匀 多年的运行实践证 明 D G 7 5 3 8 2 1 1型 C F B锅炉一次风室压力控制在 1 0 1 1 k P a 时燃烧效果最为理想 炉床蓄热量较大 床温相对 稳定 煤粒和回料灰能迅速加热和燃烧 零 百 唧 疆 抽 2 0 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1 8 8 9 l O l 1 料层厚度 KP a 1 2 1 3 图4 料层厚度与飞灰含碳 量的关 系 根据 2台燃用福建无烟煤的 D G 7 5 3 8 2 1 1 型 C F B锅炉的运行实际 分析影响福建无烟煤在 C F B锅炉中燃尽 的主要因素 并针对性采取一系 列有利于福建无烟煤在 C F B锅炉 中燃尽的技术 改造措施和运行优化调整 运行实践证 明这些措 施取得了良好的效果 锅炉飞灰含碳量大幅下降 正常运行时飞灰含碳量一般都维持在 1 5 左右 在煤质变化很大的情况下也都小