四角燃烧锅炉水冷壁磨损的原因分析及防磨措施

1、四角燃烧锅炉水冷壁磨损的原因分析及防磨措施四角燃烧锅炉水冷壁磨损的原因分析及防磨措施0 前言在国产电站锅炉中采用四角布置直流燃烧器，一般情况下喷口附近的 水冷壁管子容易发生局部磨损。其特征是：局部磨损面积比其它受热 面过热器、省煤器等 管子大；磨损面减薄后在管内高压炉水作用下翻 开，呈开窗状泄漏点，造成大量炉水喷入炉膛。如果泄漏发生在上一 次风喷口附近，那么炉膛火焰马上被水浇灭；如果泄漏发生在下二次风 喷口附近，也会因为锅炉保持不了水位而被迫紧急停炉。所以对于单 元制机组来说，喷口附近的水冷壁磨损会造成停炉停机事故，给电网 的平安带来威胁。1 喷口附近水冷壁磨损实例牡丹江第二发电厂HG410/

2、1009型锅炉，四角切圆燃烧，在上二次风喷 口右侧的水冷壁上发生过局部磨损曾引起泄漏， 泄漏面积长 宽170mm45mm，导致停炉停机事故。水冷壁规格605mm,局部磨损发生在喷口右侧第 48根水冷壁管子 上；磨损长度在130340mm范围内，离喷口较远的第8根管子磨损 面积较大,反之那么较小；除第 8 根管子爆管,其余 4 根管子磨损最深 已达1.83.0mm;磨损面下线根本与上二次风喷口下倾角度线对应 见 图 1。图 1 喷口附近水冷壁磨损示意 一、二次风喷燃器采用 1Cr18Ni9Ti 不锈钢板焊制成，厂家设计的一、 二次风速冷态分别为2323m/s和4446m/s。喷口检查：一次风喷

3、口正常；二次风喷口上边左侧已经烧毁变形， 并向下塌腰 最大约 40mm， 喷口左侧钢板向水冷壁变形约10mm,喷口里面接口处的二次风管上下 左右都已经变形，呈波浪状。2 原因分析2.1 喷口出口射流与水冷壁的夹角直流喷燃器以一定角度布置在炉膛四角上， 在炉内旋转气流的作用下， 喷口出口射流两侧的补气条件是不一样的，形成作用于射流侧面的压 力差，使射流向压力较低一侧偏转，因此喷口出口射流两侧与水冷壁 之间的夹角，分为小角和大角。做炉内空气动力场试验，在设计工况 下测得炉内实际旋转速度圆大小为 5.506.25m,喷口出口大、小夹角 分别约为 31 和 4 5见图 2。可见小角侧气流根部距水冷壁很

4、近，如 果操作不当或炉内旋转速度圆直径偏大,气流就要冲刷水冷壁。图2喷燃器出口大、小角示意2.2喷口处的温度 在锅炉额定负荷下,测试下二次风口的温度：测试探头在喷燃器内距 喷口端面1m，热风门全开，测得温度为320C ;探头至喷口端面，热 风门全开，温度为540C，热风门全关，此时温度为832C。炉膛最高 温度在1600C左右，上二次风喷口对应中心火焰位置。由此可见，如果锅炉在额定负荷下，上二次风门全关时，其喷口处温度将远远超过 下二次风口的温度估计在1000C左右。2.3喷口的材质喷口采用1Cr18Ni9Ti炉用耐热钢板。根据现场经验处于温度相对较低 的下二次风喷口，也经常发生烧变形的情况。

5、可见1Cr18Ni9Ti只适用于温度在600C以下的工作环境。2.4 二次风气流主导作用 二次风射流喷出后，不断卷吸周围的空气，因为二次风风速较高，大 约是一次风的 2 倍，所以也不断卷吸位于上下的一次风粉混合物。如 果二次风刷墙，那么卷吸的煤粉就会磨水冷壁，管子的磨损量与烟气流 速成 3 次方，因此喷口附近水冷壁的磨损一般都发生在二次风附近。 从水冷壁磨损的情况可以看出，磨损位于二次风射流的下边再下面是上一次风 ，其磨损面正确地反映了一次风中的局部煤粉被卷吸到二次 风后所留下的痕迹。2.5喷口处水冷壁结构HG410/1009型锅炉喷口处水冷壁的结构见图 3a,其喷口出口端面深入 炉膛仅100

6、mm与四角顶点的距离，喷口气流的根部根本上是贴着水 冷壁。当出现喷口变形、炉内切圆直径偏大以及操作等原因使气流偏 转时，都可能造成水冷壁的磨损。可见 HG410/1009型锅炉，喷燃器的 布置不尽合理。图 3 锅炉燃烧器布置示意3 防止水冷壁磨损的措施3.1 采用耐热铸钢喷口将1Cr18Ni9Ti喷燃器改为耐温为1000C的耐热铸钢喷燃器，实践证明 改良后的喷燃器，运行中不变形，寿命都在 40000h 以上。3.2 加长喷燃器将喷燃器出口端面深入炉膛100mm与四角顶点的距离改为200mm, 假设不考虑其它因素， 经计算小角侧 *第8根水冷壁管与喷口射流之间的 距离可增加 50mm 左右。在实

7、际运用中在二次风喷口 *小角侧焊一块不 锈钢板,由于钢板的导流作用, 小角侧的喷口位置向炉内推进了一些, 增加了射流与水冷壁之间的距离；在二次风气流的影响下,防止了一 次风中的煤粉磨水冷壁,这种方法在锅炉检修中是一种临时措施,可 解决一些问题,比拟正规的方法是制作加长的耐热铸钢一、二次风喷 燃器,将旧喷燃器全部更换；这种方法比拟适用于旧炉改造,改造后 喷口附近水冷壁检查可由一个小修期延长至一个大修期,可省却大量 炉膛搭架子的工作。实践证明效果很好。3.3 校正切圆直径 将炉内假想切圆直径减小,可增加小角侧射流与水冷壁之间的距离。国内对固态炉采用的假想切圆直径一般为0.050.10的炉膛宽、深的

8、平均值。HG410t/h锅炉的假想切圆直径为1m,经计算选用的是最大值， 因此还有调整的余地。在检查或矫正假想切圆直径时,除了对一次风 管道进行检查, 更重要的是要对二次风管道 包括喷燃器 进行拉线检查和调整3.4 合理的喷口处水冷壁结构 对于四角布置切向燃烧器，国外技术的特点是，喷口端面深入炉内较 长。如上锅厂引进的 CE 技术，喷口端面距炉膛断面角顶点距离约 350mm见图3b。BWB410t/h锅炉，采用美国 BW技术，其喷口处水 冷壁的结构也很独特见图3c,喷口深入炉膛750mm,喷口端面与两 侧水冷壁平行，小角侧与喷口气流对应的水冷壁管为第 14 根，喷口出 口射流两侧与水冷壁的距离

9、均较远，已经远远避开了容易磨损的第 4 8 根管区域。即使发生喷口变形、 切圆直径较大、运行操作不当等问题, 煤粉气流也冲刷不到水冷壁。 上海石化热电二站目前有 4台 BWB410t/h 锅炉,喷口材料为 1Cr18Ni9Ti, 2号炉在设计工况下测得炉内实际旋转 速度圆为6m，锅炉都装有浓相喷口，运行最长的锅炉已经有7个年头。7 年来喷口附近的水冷壁从未发生过磨损。4 结论与建议4.1 四角布置切向燃烧器附近水冷壁的磨损,主要与喷口材质、燃烧器 布置的角度、喷口端面太 *近四角顶点以及运行操作等因素有关。4.2对于旧炉改造，采用耐高温1000C的铸钢及加长喷口长度，是一种 防止水冷壁磨损,既经济又有效的措施。4 . 3二次风风速较一次风大,能卷吸一次风中的煤粉,如果二次风喷口 变形或角度布置偏大,将对水冷壁磨损。所以一般情况磨损