220噸循環流化床鍋爐防磨綜合治理

摘 要：循環流化床鍋爐具有效率高、脫硫效果好、煤種適應性較強等優點，在目前得到了大力發展，但同時循環流化床鍋爐也存在著磨損嚴重，受煤質變化影響鍋爐效率也相應受到影響的狀況，特別是早期的循環流化床鍋爐因設計原因爐膛面積較小風速過快，加上燃燒調整不當致使鍋爐頻繁爆管、運行周期較短，大大制約了機組運行穩定性。文章通過對棗莊南郊熱電有限公司#2鍋爐在進行爐膛內加裝防磨梁后，對各種煤質工況下進行燃燒調整試驗，優化燃燒調整風量，有效提高鍋爐效率和降低鍋爐磨損。

關鍵詞：循環流化床；防磨梁；優化燃燒

前言

棗莊南郊熱電有限公司#2鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠設計制造的HG-220/9.8-L.YM32循環流化床高溫高壓、單汽包、自然循環、循環流化床燃燒方式鍋爐。機組自2005年投運以來，主要存在鍋爐水冷壁磨損嚴重、爐膛局部床溫超溫、鍋爐效率不穩定等問題，影響到鍋爐的安全穩定運行和運行可靠性與經濟性。為克服以上問題，公司組織相關人員并聘請西安熱工研究院循環流化床鍋爐技術部有關專家，對鍋爐設備存在問題和引起磨損的狀況進行分析，對鍋爐設計風速、實際運行風速、鍋爐磨損部位等進行全面分析后，通過理論計算和論證由西安熱工院對#2鍋爐安裝了主動多階防磨裝置（以下簡稱防磨梁），對鍋爐入爐煤摻配熱值進行各種調整，對鍋爐風量、風壓、氧量等參數進行優化調整，通過一系列的試驗摸索出該鍋爐的效率和磨損的平衡點，有效的提高了鍋爐運行經濟性和保持長周期安全運行。

1 加裝防磨前鍋爐狀況

#2鍋爐爐膛采用水冷布風板，全封閉膜式水冷壁，水冷壁下部密相區用高強度耐高溫防磨澆注料對水冷壁進行保護。澆注料和水冷壁過渡區稍向外傾斜的凸臺，高溫煙氣在爐膛出口水平煙道進入絕熱旋風分離器，分離下來的未燃盡的物料經自平衡“U”型回料閥返回爐膛內進行再次燃燒。在物料反復多次的循環過程中，對鍋爐水冷壁造成嚴重沖刷，致使鍋爐水冷壁管磨損嚴重，特別是四角磨損更是嚴重，其中一次鍋爐爆管事故停爐后檢查發現有角部兩側共有十一根水冷壁管因相互沖刷損壞。針對鍋爐磨損狀況對鍋爐水冷壁管進行了噴涂，噴涂后鍋爐運行周期有一定延長，但磨損狀況一直沒有改善，每次停爐后都需要大面積進行補噴，這樣不但檢修周期長并且費用也很高，并沒有從根本上解決鍋爐磨損問題，因鍋爐水冷壁爆管致使鍋爐緊急停爐占鍋爐事故停爐70%以上，特別是為降低生產成本，在摻燒部分劣質煤（煤矸石摻燒比例大、灰分高、顆粒度大），鍋爐需要適當提高一次流化風量，鍋爐磨損情況更加突出，給公司安全經濟運行帶來很大隱患和損失。

2 循環流化床鍋爐水冷壁磨損機理和現狀

在循環流化床鍋爐內循環和外循環中，物料在一次風的作用下向爐膛上部流動，部分體積較大的顆粒在上升到一定高度便因質量較大不能被一次風繼續帶動向上流動，在重力作用下向爐膛下部下落，沿爐膛四周水冷壁管下落的物料以一定飛的速度和角度對水冷壁管進行沖擊，因長期高溫和不間斷的對水冷壁管進行沖擊造成水冷壁管磨損嚴重。

水冷壁管磨損情況受煙氣流速、煙溫、物料粒徑、濃度、硬度、幾何形狀等因素影響，特別是煙氣流速對磨損沖刷非常嚴重，有關研究資料表明，沖刷磨損量大約和流速的3次方成正比，在循環流化床鍋爐因為保證安全運行要保證不能低于最低流化風量，這樣就把降低風速來減輕磨損給控制住。另外為了降低能耗提高經濟性，在進行摻燒矸石時流化風量還需要進一步適當提高，這樣更加加劇了水冷壁管的磨損。同時在運行過程中，若爐膛負壓過大、一二次風比例調整不當、過量空氣系數控制不合理等都將使爐膛內煙氣流速加大，這些都會使鍋爐水冷壁管磨損加大。

煙溫也是鍋爐磨損的一個重要因素，為提高鍋爐經濟性循環流化床鍋爐一般在不考慮爐內石灰石脫硫的情況下，會盡量提高鍋爐爐膛溫度使燃料燃燒更加充分降低排渣含碳量，減少不完全燃燒損失。但床溫升高直接影響煙氣溫度和受熱面溫度，管壁溫度升高會影響金屬的機械強度，這樣在循環床爐膛內高濃度的物料沖刷下，對水冷壁管磨損十分嚴重，尤其是在鍋爐四角部位貼壁流濃度較大，因受兩側下降物料的影響容易形成不規則渦流，在該處形成切割效應和離心作用，由于固體顆粒在慣性作用下進行下降時，與上升的物料形成碰撞，在該處進行反彈對角部水冷壁管進行切割。

3 主動多階防磨裝置改造措施

根據#2鍋爐整體磨損情況及磨損較為嚴重部位觀察和測量磨損情況，通過對鍋爐設計風速、實際運行風速等參數進行對比計算，在鍋爐爐膛錐段上方水冷壁上加裝了7層防磨梁，該防磨裝置由銷釘和耐火耐磨可塑料形成凸臺，并通過銷釘將凸臺固定在水冷壁上，凸臺沿水冷壁高度方向以一定間距水平布置，每層凸臺沿爐膛四周進行布置。

鍋爐在加裝防磨梁后，通過降低爐內水冷壁貼壁流的物料的濃度和速度，可以有效的減輕鍋爐內大量灰流對水冷壁的沖刷磨損，起到主動防磨的效果。在進行防磨梁制作過程中不需要對鍋爐進行其他方面的技改，僅是在原有水冷壁上焊接銷釘和耐火耐磨可塑料，不改變鍋爐爐膛結構，對鍋爐燃燒機理不會產生干擾。但進行防磨梁制作后對鍋爐傳熱還是有一定影響。增加防磨梁后由于鍋爐原有受熱面積減少，降低了鍋爐的受熱面和煙氣之間的傳熱系數，從而會導致鍋爐下部床溫偏高，另外由于增加防磨梁后部分物料上升高度降低，下部物料濃度明顯提高，鍋爐下部熱量無法帶到稀相區，對鍋爐的床溫還是有一定影響。

4 防磨梁加裝后的燃燒調整和防磨效果

為了克服防磨梁改造后的鍋爐床溫超溫狀況及對改造后的燃燒效率影響情況進行檢驗，對#2鍋爐進行17個工況的燃燒調整試驗，在燃燒調整試驗中采用不同的入爐煤種和不同的風煤配比，在保持鍋爐穩定運行時進行，每個工況進行前鍋爐在進行吹灰結束穩定1小時后開始對運行參數進行記錄，調整期間保持入爐煤摻配均勻熱值穩定，以此來檢驗防磨改造效果和鍋爐燃燒效率變化情況。

在試驗時對鍋爐入爐煤、底渣、飛灰進行取樣并委托外檢，同時根據試驗數據記錄和化驗數據對#2鍋爐試驗運行工況采用反平衡法進行鍋爐效率計算，鍋爐效率計算依據為《電站鍋爐性能試驗規程》GB10184-88和《循環流化床鍋爐性能試驗規程》DL/T964-2005。排煙溫度和氧量采用DCS顯示值，入爐煤熱值、飛灰可燃物、底渣含碳量以外檢數據為準。參照以上各個參數對鍋爐效率影響程度來綜合調整鍋爐最低流化風量、氧量、進行二次風上中下三層風量比例調整、鍋爐風室風壓進行調整控制，根據調整后一段時間的鍋爐熱效率對比，鍋爐熱效率相比調整前保持一致，沒有受到防磨梁影響。

在#2鍋爐進行計劃檢修時，對鍋爐內水冷壁進行全面檢查，并對水冷壁壁厚進行測厚對比，測量結果表明鍋爐在采用主動式防磨梁后，減緩了鍋爐爐內固體顆粒的流動速度，改變了物料在爐膛內的運行軌跡，物料在沿水冷壁下降過程中受到防磨梁的擾動，物料的鐵壁流濃度降低，減輕了固體物料對水冷壁管的沖刷，特別是鍋爐四角及上部稀相區的磨損得到減緩，在原有運行周期內沒有出現鍋爐水冷壁管爆管故障發生。

參考文獻

[1]芩可法，倪明江，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1998.

[2]李福友.循環流化床鍋爐的磨損分析與對策[J].現代電力，2005.22.

[3]GB10184-88.電站鍋爐性能試驗規程.中華人民共和國國家標準.

[4]DL/T964-2005.循環流化床鍋爐性能試驗規程.中華人民共和國電力行業標準.

作者簡介：李詩峰（1975，5-），男，籍貫：山東棗莊，職稱：助理工程師，單位：棗莊南郊熱電有限公司，研究方向：鍋爐熱能動力。