75T/H循環流化床鍋爐水冷壁防磨技術探討及應用

袁永功

(即墨市熱電廠,山東即墨 266200)

75T/H循環流化床鍋爐水冷壁防磨技術探討及應用

袁永功

(即墨市熱電廠,山東即墨 266200)

針對我廠循環流化床鍋爐水冷壁出現的磨損問題,本文研究分析了其磨損的形式及原因,并實施了一些防磨技術改造措施。實踐證明,這些防磨措施效果比較理想,能有效地降低循環流化床鍋爐水冷壁的磨損,保證了循環流化床鍋爐的安全性和經濟性。

循環流化床 鍋爐 防磨

循環流化床鍋爐采用了高效、節能、低污染的燃煤新技術,已在國內外得到廣泛的推廣和應用[1]。其磨損問題一直制約著它的長期安全經濟運行。公司現有三臺無錫華光鍋爐股份有限公司生產的中溫中壓75T/H循環流化床鍋爐和一臺58Mw循環流化床熱水鍋爐。自2004年以來,水冷壁的磨損主要集中在爐膛密相區、爐膛四角區域及水冷壁與衛燃帶過渡區。針對水冷壁磨損問題,我廠實施了一些改造措施,也獲得了一定成效。

1 超音速電弧噴涂

超音速電弧噴涂是在兩金屬絲之間形成電弧,通過超音速氣流,把熔化的金屬微粒噴射沉積在金屬表面,形成具有耐磨、抗蝕性能的涂層,具有優異的耐磨和耐高溫性能。

需要注意的是,工藝控制不規范可能導致噴涂層與基體結合面分離、爆裂。電弧噴涂的材料跟母材的材質差距較大,使用打底材料不易于發生涂層龜裂等現象。同時要避免噴槍過長時間停留在涂層表面而形成過熱,避免使母材的晶粒粗大,使材料的焊接難度加大。相應的預防措施分別為有效噴砂、打底、母材內充水以及分區間斷施工等。

自2006年始我廠4臺鍋爐的衛燃帶以上1．5米以下水冷壁向火面均進行了噴涂,一次噴涂可使用二年左右。實踐證明,電弧噴涂防磨技術對于爐膛密相區的整體防磨有一定效果,每次計劃停爐后僅重新修復個別沖刷嚴重的噴涂部位即可,大大延長了水冷壁的整體使用壽命。

2 水冷壁防磨圈梁

循環流化床物料分內循環和外循環,內循環的物料量是外循環的3-5倍。內循環中床料及飛灰順著爐膛四周的水冷壁快速下降形成“貼壁流”,貼壁流對水冷壁管造成嚴重磨損。目前研究表明物料對管壁的磨損速率與其速度、濃度及粒度關系為:

式中:E─磨損速率,μm/100h；

k—灰特性系數；

U─物料速度,m/s；

d─物料顆粒直徑,m；

μ─物料濃度,g/(m2·s)；

從磨損機理來看,磨損量與物料速度的3次方成正比。因此,從降低物料速度的角度考慮減緩磨損的措施將更為有效。

從生產實踐中我們發現爐膛越往下磨損越厲害,這主要是由于爐膛下部物料流動的速度更高所致。自由落體物體下落高度與速度的2次方成正比。所以,越接近爐膛的底部,物料末速度就越大,磨損也就越嚴重。

從以上方面考慮,我們采用在爐膛間隔一定的距離加設防磨圈梁的改造措施。再結合圈梁的凸臺設計,使其存有一定量的灰渣,后降落的灰渣會先沖擊前面留存的灰渣,而代替沖擊水冷壁管的一種軟著陸方式。

在均無防磨噴涂的情況下,從防磨圈梁實施前后鍋爐均運行300天比較,加裝防磨圈梁前衛燃帶以上1米處90%水冷壁管減薄量超過0．3mm,實施后衛燃帶以上1米處水冷壁管厚度基本沒有變化。

唯一問題就是經過長時間連續運行后,每道水冷壁圈梁根部的水冷壁管出現了輕度的減薄痕跡,如果結合超音速電弧噴涂技術,每次大修時僅需要及時修復此處的涂層即可。

3 衛燃帶頂部水冷壁讓管設計

衛燃帶與膜式壁交界處的磨損是傳統循環流化床鍋爐磨損最嚴重的部位。水冷壁讓管的設計是在衛燃帶以上,水冷壁提前彎曲在與衛燃帶交界處預留一定的間隙。物料落點處于澆注料上面的間隙處,從根本上避免了其對水冷壁的強烈沖刷,既能防止因高速的物料流動方向改變而受到的沖擊,又能防止物料的渦流對水冷壁的磨損。

目前我廠鍋爐均已采用了讓管設計,但在運行初期仍然出現過此類磨損問題。經過分析發現系澆注料施工不規范所致,因此衛燃帶澆注料的規范施工也是其中關鍵的一步。澆注料施工需嚴格按照鍋爐廠的耐火材料施工要求規范施工。

4 爐膛四角澆注料填充

由物料在流化床爐膛的流場分布可知,爐膛存在一個高灰濃度、沿水冷壁向下流動的邊壁區,水冷壁的磨損主要是由顆粒沿邊壁區向下流動引起的,而爐膛水冷壁的四角區域物料量最大,所以磨損也最為嚴重。

我廠鍋爐均出現過爐膛四角磨穿稽片漏灰問題,附近水冷壁也被沖刷出深溝,減薄現象嚴重。為了防止以上部位的磨損,我們使用澆注料沿爐膛四角向上砌筑一定的高度,經過試驗發現此方法確實能有效保護原裸露并磨損嚴重的底部水冷壁,但試驗爐(#3爐)爐膛四角只有西南、西北兩角進行了爐膛四角澆注料砌筑處理,卻恰恰是此兩角因磨損嚴重進行了換管處理。究其原因,是由于砌筑的澆注料頂部形成“凸臺”,物料下降過程中遭遇凸臺后會改變流動方向,并形成局部渦流,加之物料流動濃度、速度較大從而在凸臺處造成磨損。

預防改進措施為根據爐型和運行方式,適當提高砌筑澆注料的施工高度,避免頂部凸臺出現在爐膛物料密相區,同時加強停爐檢查,發現較大沖刷要及時進行補焊并打磨平整。如能在凸臺處進行焊補護瓦和超音速電弧噴涂將會收到更好的防護效果。

5 其他措施

(1)合理調整一次風和二次風配比,合理分配二次風各風管的風量,控制二次風風速,避免因高風速而造成的對爐膛水冷壁的沖刷。

(2)選用硬度較低的原煤,減少煤矸石等堅硬顆粒的比例,降低物料的硬度。

6 結語

通過對我廠鍋爐出現的循環流化床鍋爐水冷壁磨損問題的分析、研究及技術改造嘗試,大大減少了鍋爐因水冷壁磨損而造成的運行故障,提高了循環流化床鍋爐設備的利用效率,降低了維修費用,保證了循環流化床鍋爐的安全性、穩定性和經濟性。

[1]岑可法,倪明江,等.《循環流化床鍋爐理論設計與運行》.中國電力出版社,1998.5.

袁永功,碩士,工程師,2009.5-2014.7擔任青島新源熱電有限公司,鍋爐專工,2014.8至今擔任即墨市熱電廠,安全環保部副部長。