淺談我公司260t/h循環流化床鍋爐的運行

孔 蒙 陸麗萍

(兗礦國泰化工有限公司,山東滕州 277527)

0 引 言

兗礦國泰化工有限公司于2006年11月施工建設安裝了UG-260/9.8-M2型高溫高壓循環流化床鍋爐,該鍋爐是由無錫華光鍋爐股份有限公司(無錫鍋爐廠)制造生產,由兗礦集團新陸公司承建,天津辰達監理公司監理,2007年9試運行。以煤為原料,采用燃油床下自動點火方式引燃床料,用來生產蒸汽,260t/h循環流化床鍋爐膜式水冷壁管設計規格為(左右側水冷壁管設計規格為:2×82-φ51×5mm,前、后水冷壁管設計規格為:2×109-φ60×5mm,管子材質為 20G,水冷屏管子規格為3×22-φ60× 5mm,管子的材質為20G)。工作壓力8.7MPa、溫度510℃,管內介質為水、飽和蒸汽。自運行以來水冷壁多次發生泄漏甚至爆管,嚴重影響了鍋爐的正常穩定運行。

1 泄漏狀況與檢修情況

2008年12月23日13時50分,3#鍋爐解列,處理3#鍋爐尾部煙道右包墻上機箱漏點。24日開啟引風機和一次風機吹爐膛(因爐膛濕度大),3#鍋爐人口門打開,3#鍋爐降溫。25日3#鍋爐尾部煙道搭架子,爐底清渣。26日3#鍋爐爐膛搭架子,尾部煙道砸澆注料。27日3#鍋爐尾部煙道右包墻更換一段管子,28日3#鍋爐焊爐膛里的8根管,夜間給鍋爐探傷。31日水壓實驗合格后重筑澆注料,恢復運行。

2009年2月25日9時37分3#鍋爐水冷壁爆管緊急停爐,系統生產蒸汽緊張,為維持主裝置生產系統大減量。10時08分3#鍋爐解列,12時2#鍋爐點火,17時50分并汽,18時系統開車。27日清除3#鍋爐爐膛風帽底料,并在鍋爐內搭架子,檢查鍋爐爆管情況。28日檢查3#鍋爐有10根管出現漏點。檢修情況:3月1日車間員工連夜清渣。1日上午,維修人員割下漏點的管道,給管磨破口。2日下午維修人員補焊水冷壁管的漏點。3日3#鍋爐水冷壁爆管更換管道后進行探傷,探傷結束后給鍋爐充水試壓。7日發現3#鍋爐爐西南角給煤機平臺附近水冷壁有漏點,放水、泄壓、補焊,至9日檢修人員連夜給鍋爐噴涂,11日3#鍋爐噴涂完畢,并對鍋爐內拆架子。12日鍋爐檢查風帽、鍋爐鋪底料、上水。13日3#鍋爐封人孔,檢修完畢,進入開車程序。

循環流化床鍋爐示意圖

2009年5月19日0:14分由于3#鍋爐水冷壁發生爆管,造成全系統停車。3#鍋爐爆管位置在水冷壁南邊約18m處,爆管一根,破口面積達40cm2左右,破口處鐵皮呈外卷狀,漏量大,汽液位下降快,緩沖時間短。此次處理割管3根,并進行了補焊,同時對爆管處往上10m2左右區域進行砂磨,噴涂耐磨材料。并對3#鍋爐水冷壁西側靠拐角處澆鑄料加厚。5月25日21:55分3#鍋爐點火開車。此次3#鍋爐點火時間比原計劃時間拖后,其原因是在基本完成了水冷壁漏點的處理后,為了徹底排除鍋爐爐膛內其他部位的磨損,又繼續向上搭腳手架進行檢查。

2 泄漏原因分析

2.1 將圖示中Ⅱ處爆管段割掉取樣分析

爆管后對爆管區和磨損區的壁厚進行測量,發現這些區域部分水冷壁的壁厚已經由原來的5 mm磨損到2.0～2.2mm,個別水冷壁的壁厚已磨損到最小安全運行值1.8mm或1.8mm以下,原因是燃煤粒度不均勻,一次風過大,將密相層上移,導致大顆粒物料長期沖刷圍燃帶上沿水冷壁管,造成嚴重磨損。磨損原因除設計因素外,還與運行工況及各控制參數有關。針對循環流化床鍋爐磨損區域的分布特點,結合多相流體的宏觀動力特性進行分析可知,循環流化床鍋爐宏觀流體動力特性受床層尺寸、物料進出口結構、循環系統結構、二次風位置等的影響。需要進一步調整爐內燃燒工況,使爐內徑向位置的顆粒濃度、顆粒運動速度等更趨愈合理。上述情況屬于沖蝕磨損。

2.2 圖中Ⅲ所示南北兩側水冷壁管泄漏的原因

在鍋爐運行中,由于對鍋爐的燃燒特性和設備的膨脹規律了解掌握不夠,采用間斷放渣控制料層壓差在指標要求范圍之內。熱渣的溫度高達900℃以上,放渣管長期不斷地反復熱脹冷縮,久而久之出現了熱疲勞和應力損壞,漸漸的下渣口與布風板的水冷壁之間出現了裂紋(應力不均撕裂焊口)。

2.3 一般鍋爐水冷壁經常爆管的原因

由于長期工作在高溫、高壓及受煙氣腐蝕、磨粒沖蝕的惡劣環境中,極易產生高溫腐蝕和磨損,使管壁減薄,一般而言,這種減薄速度約在1mm/a,嚴重的可達到5～6mm/a,形成安全運行的嚴重隱患。當管壁減薄到一定程度承受不住內部高溫高壓蒸汽作用時,便會出現突發性爆管事故,造成緊急停爐搶修,不僅打亂了系統的正常生產,增加了額外的檢修費用,直接影響企業效益。

由此可見,冷卻壁的高溫腐蝕和磨損不僅嚴重影響鍋爐的安全運行,同時造成巨大的經濟損失,已成為鍋爐安全運行中一個亟待解決的技術問題。

水冷壁管高溫腐蝕和磨損

冷卻壁高溫腐蝕和磨損的機理是很復雜的。有關因素為[4]:

①爐膛火焰溫度;②燃煤的含硫量;③煙氣與灰份顆粒的沖蝕。

鍋爐運行過程中,爐溫可高達800℃以上,由于燃燒煤中硫及其它有害雜質的存在,冷卻壁管普遍遭受高溫腐蝕。參與高溫腐蝕的危害物有燃燒過程中產生的SO2、SO3、H2S、HCl、堿金屬鹽及釩鹽類,是多種化學物在各種溫度下共同對管壁進行的復雜的動態腐蝕過程。其中,硫化物是鍋爐高溫腐蝕的主要因素,一是煙氣中的硫化氫與管壁金屬作用產生的腐蝕,含硫物在金屬高溫下產生單原子硫,硫與管道中的鐵反應生成硫化鐵(Fe+S→FeS);二是由不可燃硫在高溫作用下生成硫酸鹽混入灰分熔敷于管壁表面,但不再具有冷卻壁管所要求的各種良好的高溫機械性能,導致冷卻壁管壁厚的減薄,從而其有效承載能力不斷下降,由此形成腐蝕。另外,高溫煙氣裹著可以大于8m/s的速度沖擊管壁,煙氣的腐蝕和灰份顆粒的沖刷在金屬表面交替進行,造成管壁減薄。

2.4 水冷壁泄露原因[1-3]:

(1)應力損壞:短期過熱、高溫蠕變、應力拉伸撕裂焊口。

(2)沖蝕磨損:煤顆粒沖蝕、結渣沖蝕、飛灰沖蝕。

(3)檢修質量不高,焊接不牢固。

(4)管內腐蝕:堿性腐蝕、點蝕、應力腐蝕、氫損傷。

(5)管外腐蝕:低溫腐蝕、高溫腐蝕。

(6)疲勞:振動疲勞、熱疲勞、腐蝕疲勞。

3 預防措施

1)更新加固水冷壁在大修時更換部分磨損水冷壁管段,另外采取耐磨措施將水冷壁管進行防磨噴涂。

針對鍋爐管道提供長期的保護。各個國家針對鍋爐的高溫和硫化腐蝕進行了大量研究,試驗結果表明:噴涂金屬涂層是最經濟有效的防護方法。方案的目標是發展一種涂層,該涂層不剝落、損耗速率小于未保護鋼管的10%,并且相對于更換鍋爐管道在經濟上更有效益。經過反復試驗和現場應用考核,已獲得了可喜的成績,涂層厚度年平均損失率最好可達0.025mm,工作壽命可達5～10a,大大提高了冷卻壁管的使用壽命。循環式硫化床冷卻壁管高溫腐蝕和嚴重磨損問題進行了長期研究實驗,并且廣泛吸收世界鍋爐管道防護經驗,目前已找到了妥善解決此種問題的材料及方法,研發出超音速電弧噴涂HRC—89鎳鉻鉬高硬耐磨合金或L×88A合金高硬耐磨材料,可使鍋爐管道受熱面的耐磨蝕性能大幅度提高,防腐施工可以在爐膛內進行,不產生任何環境污染,具有較強經濟性和技術適用性。我公司鍋爐水冷壁管則噴涂的是鎳鉻合金。

2)調整輸煤系統破碎機工作性能,改造震動篩孔徑尺寸,為鍋爐提供均勻粒度的原煤。創造條件更換煤種,逐步將東灘煤、興隆莊煤改為鮑店煤,來減輕顆粒物料對水冷壁的磨損程度。

3)鍋爐運行參數調整:

(1)由于水冷壁磨損的沖蝕量和多相流體速度之間存在一定比例關系。在實際運行中,我們適當降低一次風量(不低于最小流化風量),就可以適當減小爐內邊界層的顆粒濃度,從而減弱物料對水冷壁的磨損程度。

(2)同時我們增大了二次風量,這樣不僅增加了物料顆粒在爐內的停留時間,減少了物料的揚析,而且增大了爐內徑向位置的擾動,改變了爐內邊界層顆粒團原有的動力特性,從而降低了水冷壁的磨損程度;

(3)將料層壓差由8.58.5～9.5kPa降低到7.0～8.5kPa,床溫由850～950℃升至950～1 000℃,從而降低了風速,升高了床溫,同時降低了循環物料的濃度,有效的減小了磨損速度。

4 操作經驗總結

1)根據汽水分析數據的變化,及時調整連續排放閥開度,做好定期排污工作,同時采用軟化—除氧器—加入中和胺、防腐阻垢劑等方法,控制好鍋爐給水質量,確保爐水品質良好。

2)將間斷集中大量放渣改為少量、連續排渣,從而減少了下渣管的熱脹冷縮次數,同時避免了集中放渣時下渣口周圍料層出現溝流現象,影響物料的流化和燃燒穩定。

3)啟爐、停爐時嚴格按照運行規程操作,控制升溫、降溫速度,尤其是開車初期,必須緩慢升溫,床層溫升速度控制在2～3℃/min,爐墻溫升速度控制在105℃/h,從而避免了爐子急劇受熱劇烈膨脹而引起的應力損壞,另外風室溫度<700℃,防止水冷壁管過熱。

5 結 語

采取以上措施后,鍋爐水冷壁在連續運行100d后,停爐檢查,尚未發現漏點,且工況良好。

說明預防措施能夠有效地:①降低由于溫差應力引起的焊縫連接失效問題;②減輕管內腐蝕;③降低疲勞損壞程度,從而減小了水冷壁泄漏爆管的可能性。實踐證明,采用噴涂防磨、提高檢修、操作技術完全能夠延長水冷壁的使用壽命,提高了鍋爐的運行經濟性能。

[1] 祁利明,張忠義,田文濤.2號鍋爐水冷壁爆管事故分析[J].華北電力技術,2007,增刊.

[2] 黃崢彬.130t/h鍋爐水冷壁爆管原因分析及處理措施[J].發電設備,2008,1:49-52.

[3] 張戈.鍋爐水冷壁管的泄漏、爆管原因分析及預防對策[J].大化科技,2007:20-22.

[4] 蘇志勇.引起鍋爐爆管的原因分析[J].漢中科技,2008,1:18.