循环流化床锅炉水冷壁磨损探讨

1、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

2、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

3、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；

4、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

5、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

6、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

7、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造成重大影响。4 处理及防范措施4.1 对于焊缝及其下水冷壁磨损处，由于连续运行时间均不长就发生大量磨损，如果进行换管处理，一方面工作量较大，另一方面此部位会从1个焊口增至2个焊口，增加易磨损部位，且按照此种磨损速度估算，日后在此部位可能经常要进行换管处理。综合各种因素后，决定将磨损部位清理干净

8、后，先用J50焊丝进行氩弧焊堆补，后用D127耐磨焊条进行堆焊处理（管子与鳍片同时堆焊），堆焊区域为原焊缝上下各约50mm，堆焊后打磨，使管子与堆焊层之间平滑过渡，过渡区域长度约2025mm。目前部分电厂在该部位采用喷涂防磨涂层处理，但一般防磨涂层与基材的结合达不到冶金结合的强度，加上涂层与管材膨胀系数的差异及热阻的存在，防磨涂层容易形成分层鼓包脱落，进而在脱落处形成磨损，另外，防磨涂层也给该区域磨损后焊接修补等处理带来极大的不便。4.2 对于炉膛四角第一根水冷壁管子容易磨损的特点，采用夹角第一根水冷壁管两侧鳍片焊上Y型抓钉，再用防磨浇注料将夹角两侧第一根水冷壁管包缚处理。当然，此种方法会使炉内容积稍微减小，受热面对流、辐射传热量减小，锅炉热效率会受到一定的影响，但总的来说还是利多弊少。4.3 防磨浇注料应选择既耐磨又具有较强结合强度的材料，浇注应请有资质的专业施工队伍进行，严格按照要求保养，避免快速升温升压而降低其性能，检查发现有局部浇注料脱落时，应将原来浇注料尽量打掉，使之露出抓