淺析入爐煤揮發(fā)份對CFB鍋爐磨損的影響

錢 錕

(中韓(武漢)石油化工有限公司, 湖北 武漢 430080)

淺析入爐煤揮發(fā)份對CFB鍋爐磨損的影響

錢 錕

(中韓(武漢)石油化工有限公司, 湖北 武漢 430080)

CFB鍋爐作為現(xiàn)今各大發(fā)電廠普遍使用的燃煤鍋爐，因具有燃燒效率高、燃料適用范圍廣、排放物更環(huán)保等優(yōu)點而備受青睞。但是在CFB鍋爐的使用過程中，爐內(nèi)磨損卻無法避免，這也造成了CFB鍋爐存在長周期運行時間偏短的問題，嚴重影響著系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。入爐煤干燥無灰基揮發(fā)份，是CFB鍋爐燃煤的一個重要指標(biāo)。同一臺鍋爐，若實際干燥無灰基揮發(fā)份與設(shè)計干燥無灰基揮發(fā)份偏差較大，將會對CFB鍋爐的磨損有一定程度的影響。通過入爐煤干燥無灰基揮發(fā)份指標(biāo)調(diào)整前后的數(shù)據(jù)對比，探討其對CFB鍋爐的磨損產(chǎn)生的影響，從而達到改善CFB鍋爐磨損狀況的目的。

CFB鍋爐；揮發(fā)份；磨損；調(diào)整

中韓(武漢)石油化工有限公司3臺CFB鍋爐是由福斯特惠勒公司設(shè)計的高溫高壓的循環(huán)流化床鍋爐，采用自然循環(huán)，單汽包，單爐膛，平衡通風(fēng)，半露天布置，頂部懸吊，固態(tài)排渣。每臺鍋爐額定負荷為360t/h，主蒸汽溫度540℃，主蒸汽壓力12.5MPa，配兩臺65MW的雙抽凝汽式汽輪機。設(shè)計煤種干燥無灰基揮發(fā)份指標(biāo)為19%，實際控制指標(biāo)為17%～25%。

1 CFB防磨的基本概況

自2012年開工以來，該3臺CFB鍋爐運行情況良好，但在計劃檢修停爐過程中檢查發(fā)現(xiàn)存在飛灰再循環(huán)入爐膛部位嚴重磨損現(xiàn)象。其中，2號CFB鍋爐曾在2013年10月28日發(fā)生飛灰再循環(huán)磨損導(dǎo)致鍋爐泄漏緊急停車。

2014年4月17日， 2號CFB鍋爐因水冷壁磨損泄漏導(dǎo)致鍋爐緊急停車。針對此次水冷壁磨損，測厚單位、鍋爐廠家、設(shè)計院和第三方專家對鍋爐水冷壁進行了全面檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：水冷壁前墻右側(cè)第5根管子在澆筑料上方約500mm的右側(cè)與近鰭片處出現(xiàn)爆管，爆管后的蒸汽吹損到右側(cè)爐墻上的12根爐管，造成其中的7根爐管爆管。2號CFB鍋爐磨損區(qū)域主要集中在1號給煤口與右側(cè)之間的澆筑料上方1500mm范圍、2號～3號給煤口之間的澆筑料上方1500mm范圍、4號給煤口與左墻之間的澆筑料上方1500mm。磨損特征為管子單側(cè)的平削式磨損，磨損表面較光滑；四周澆筑料收邊處爐管的局部磨損嚴重；屏式過熱器個別爐管存在磨損。左右側(cè)墻及后墻磨損較小，爐膛上部磨損較小。

整個爐膛澆筑料上方高度約2500mm范圍原先采取合金噴涂處理區(qū)域，前墻涂層脫落明顯，讓管部位幾乎全部脫開，涂層呈現(xiàn)紅色氧化皮特征。

2號爐原爐管厚度為5.44mm，合金噴涂層厚度為0.8mm，而承受13MPa的爐管最低厚度為2.7mm。按照相關(guān)規(guī)定，3.5mm以下的爐管就必須進行更換。但經(jīng)過超聲測厚后發(fā)現(xiàn)：2號爐前墻大部分爐管厚度在4.2mm以下，最嚴重處僅有2.4mm。

經(jīng)初步分析，可能造成2號CFB鍋爐磨損泄漏的原因主要有：入爐煤干燥無灰基揮發(fā)份(以下簡稱入爐煤揮發(fā)份)較高且偏離設(shè)計值較多、在鍋爐高負荷工況下?lián)綗珡S富余燃料氣、施工質(zhì)量不高導(dǎo)致爐墻垂直度不夠。因爐墻垂直度已無法改變，為減小鍋爐磨損只能從入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)調(diào)整和減少富余燃料氣摻燒兩方面入手。因富余燃料氣摻燒量少且摻燒時間不連續(xù)，不便于調(diào)整，入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)的調(diào)整將作為主動減少鍋爐磨損的主要手段。

經(jīng)調(diào)整，在2號CFB鍋爐檢修完成后，自2014年7月以來，2號CFB鍋爐入爐煤基本按照控制指標(biāo)進行采購和使用。到2015年3月末，2號CFB鍋爐連續(xù)運行157天，按計劃進行檢修。為監(jiān)測爐管的磨損狀況，檢驗指標(biāo)調(diào)整后磨損的變化情況，采取與之前相同的超聲測厚方法對爐管進行測厚，得出爐管的厚度。

2 數(shù)據(jù)對比

根據(jù)2014年1月至2014年4月中旬2號CFB鍋爐爆管前，化驗中心采樣分析所得揮發(fā)份指標(biāo)數(shù)據(jù)與2014年12月至2015年3月中旬2號CFB鍋爐計劃檢修前，化驗中心采樣分析所得揮發(fā)份指標(biāo)數(shù)據(jù)，隨機抽取26組進行對比。

根據(jù)2014年4月24日，2號CFB鍋爐爆管后爐管的超聲測厚報告及2015年4月8日2號CFB鍋爐計劃檢修后爐管的超聲測厚報告，從中隨機抽取相同部位的75組數(shù)據(jù)進行對比并經(jīng)過簡單的計算，可得2號CFB鍋爐的爐管厚度及磨損厚度。

2.1 入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)分析

入爐煤揮發(fā)份控制指標(biāo)為17%～25%，而2014年1月初至2號CFB鍋爐爆管前，抽查的入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)僅一次在控制范圍內(nèi)，其余25次均超出規(guī)定值較多且絕大部分指標(biāo)在35%以上，最大值達到41.5%，超過設(shè)計最大允許值15%。2014年12月至2015年3月，2號CFB鍋爐計劃檢修前，大部分入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)在17%～25%之間，最大值為29.3%，超過設(shè)計最大允許值4.3%。

2.2 入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)分析

將兩次入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)對比：調(diào)整前后入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)差別較大，調(diào)整前入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)偏離控制指標(biāo)多，經(jīng)調(diào)整后，入爐煤揮發(fā)份已經(jīng)基本在控制指標(biāo)范圍內(nèi)。

2.3 爐管厚度對比

2號CFB鍋爐爆管后爐管厚度最小值為2.4mm，爐管厚度集中在4.2mm左右。計劃檢修后測得2號CFB鍋爐爐管厚度最小值為2.9mm，爐管厚度集中在4.8mm左右。

2.4 爐管磨損厚度分析

爐管原厚度與測得厚度的差值，可以得出爐管厚度減少值，也就是爐管被磨損的厚度，該值可以直觀的反映出爐管的磨損程度。爐管磨損厚度越大，則磨損越嚴重。2號CFB鍋爐在爆管前的連續(xù)運行時間為158天。而計劃檢修前，2號CFB鍋爐的連續(xù)運行時間為157天。在連續(xù)運行時間基本相同的情況下，入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)調(diào)整前磨損厚度最大值為3.04mm，平均磨損厚度為1.24mm。調(diào)整后磨損厚度最大值為2.54mm，平均磨損厚度為0.64mm。將兩次停爐后爐管數(shù)據(jù)進行對比：入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)調(diào)整后，磨損厚度已明顯減少，磨損情況已減小。

3 原因分析

干燥無灰基揮發(fā)份就是假定一塊煤在完全不含水分且燃燒后沒有固體殘渣(也就是無灰)的情況下隔絕空氣加熱后減少的重量。將入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)由超標(biāo)較多調(diào)整到貼近控制范圍，2號CFB鍋爐的爐管磨損減少，其原因分析如下：

3.1 可燃氣體析出產(chǎn)生影響

入爐煤揮發(fā)份主要成分是可燃有機氣體。揮發(fā)份越高的煤著火溫度越低，主要是因為揮發(fā)份著火放出的熱量多，對焦碳進行加熱使其能夠快速著火。揮發(fā)份析出后，煤會變得松散，孔隙較多，燃燒表面積增大使煤的燃燒速度快，從而導(dǎo)致瞬間產(chǎn)生的大量煙氣。同時，揮發(fā)份高的煤燃燒時間短，形成煙氣后在爐內(nèi)停留時間相對較長，受到相同抽吸力的情況下，煙氣流速更大。大量流速高的煙氣在爐內(nèi)運動，加劇了對爐管的磨損。

3.2 流動狀態(tài)產(chǎn)生的影響

在燃燒過程中，揮發(fā)份的析出和燃燒反應(yīng)產(chǎn)生強大的內(nèi)力，使煤粉破裂成更細的碎粒。同時在該過程中，煤中礦物質(zhì)顆粒由于熱力沖擊和顆粒中生成氣體而碎裂。入爐煤揮發(fā)份高，該破裂表現(xiàn)得越迅速和明顯[1]。同時，在CFB鍋爐內(nèi)部，由于爐內(nèi)向上運動的近壁氣流與內(nèi)循環(huán)中貼壁下降的顆粒流運動方向相反，在過渡區(qū)域內(nèi)部分物料的流動方向受到擾動而改變，在局部容易產(chǎn)生渦流。兩種原因共同導(dǎo)致煙氣的流動狀態(tài)不穩(wěn)定，流動狀態(tài)受到破壞，局部的流動特性受到干擾。而這樣的擾動，使高速運動的煙氣產(chǎn)生波動，對過渡區(qū)域的爐管進行磨損。

3.3 導(dǎo)致床溫高產(chǎn)生的影響

入爐煤揮發(fā)份越高則其發(fā)熱值越高。在發(fā)熱值高的前提下，相對而言煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量越大。大量的熱量無法立即被帶到鍋爐上部，導(dǎo)致床溫較高而爐膛出口溫度相對偏低。通過對鍋爐運行數(shù)據(jù)的收集和對比，在入爐煤揮發(fā)份未調(diào)整前，負荷290t/h時2號CFB鍋爐的平均床溫達到940℃，其中中間四個測點的溫度最高達975℃；而在入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)調(diào)整后，負荷290t/h時2號CFB鍋爐的平均床溫僅為900℃左右。在床溫較高而爐膛出口溫度相對偏低的情況下，為了降低床溫，確保鍋爐安全運行，就必須增加一次流化風(fēng)的流量。一次風(fēng)量的增加，將造成爐內(nèi)煙氣的流速增加，而風(fēng)量大和煙氣流速快這兩個因素都將同時導(dǎo)致爐內(nèi)的磨損加大。

3.4 投加物料產(chǎn)生的影響入爐煤揮發(fā)份越高則其灰分越少。灰分少將造成煙氣的灰濃度下降，在爐膛內(nèi)部建立內(nèi)循環(huán)則越困難。這就造成爐膛內(nèi)部循環(huán)不好，循環(huán)流化的目的無法達到。為建立循環(huán)，必須加大投入爐膛的冷物料的量，如石灰石或飛灰等，從而達到吸收一部分熱量、加大煙氣灰濃度并建立內(nèi)循環(huán)的目的。但此舉將加大爐膛內(nèi)的顆粒濃度，導(dǎo)致磨損加劇。

4 改進措施

(1)加強對煤炭指標(biāo)的控制，特別是加強入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)的管理。盡可能采購入爐煤揮發(fā)份靠近設(shè)計值的煤種，燃用控制指標(biāo)范圍內(nèi)的煤種，減少高揮發(fā)份煤的使用。

(2)對入爐煤進行全面的分析，確認化驗結(jié)果。在運行的過程中加強對CFB鍋爐各參數(shù)的觀察。針對全面的檢測結(jié)果和鍋爐實際運行情況，逐漸摸索經(jīng)驗，給出適合2號CFB鍋爐的燃料調(diào)整方案和配風(fēng)要求。以達到減少鍋爐磨損的目的。

(3)在鍋爐內(nèi)部實施被動防磨措施，如采用多階防磨裝置減少貼壁流對管壁的磨損、采用堆焊管替代原普通爐管、對某些磨損嚴重部位進行超音速電弧噴涂高硬耐磨合金層等。

5 結(jié)論

揮發(fā)份偏離設(shè)計值較多的燃煤在鍋爐內(nèi)的燃燒產(chǎn)生了一定的變化，從而加速了鍋爐的磨損。加強對入爐煤揮發(fā)份指標(biāo)的控制，將在一定程度上改善鍋爐的磨損狀況，以實現(xiàn)鍋爐的長周期、安全、經(jīng)濟、平穩(wěn)運行。

[1] 張妮樂，黃明達，高勝斌，等.根據(jù)煤灰成分判別CFB鍋爐磨損特性的新方法[J].動力工程.2006,26(1):54-58.

(本文文獻格式：錢 錕.淺析入爐煤揮發(fā)份對CFB鍋爐磨損的影響[J].山東化工，2016，45(04)：83-84，87.)

The Analysis of Impact of Boiling Coal's Volatilization to CFB Boiler

Qian Kun

(China and South Korea (Wuhan) Petrochemical Co., Ltd., Wuhan 430080,China)

CFB boiler as today's major power plant is used widely in coal-fired boiler, due to the high combustion efficiency, fuel's widely applicable range, advantages of emissions' more environmental and friendly influence. But in the process of the use of CFB boiler, furnace abrasion is unavoidable. This matter also causes the CFB boiler 's problem of long period running time shorten, seriously effects the safe, economic and stable operation of the system. Boiling coal's dry ash-free basis volatilization is an important index of CFB boiler's coal. The same boiler, if the actual dry ash-free basis volatilization is quite different from the designed dry ash-free basis volatilization, will have a certain degree of influence on the abrasion of CFB boiler. By comparison of boiling coal's dry ash-free basis volatilization's index data before and after the adjustment, we can explore the impact of its abrasion of CFB boiler so as to achieve the aim of improving CFB boiler's conditions of abrasion.

CFB boiler, volatilization, abrasion, adjustment

2016-01-08

錢 錕(1988—)，重慶人，重慶大學(xué)動力工程學(xué)院畢業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，2010年畢業(yè)后赴中韓(武漢)石油化工有限公司工作，主要從事CFB鍋爐、汽輪發(fā)電機、蒸汽管網(wǎng)運行管理工作。

TK224.93

A

1008-021X(2016)04-0083-02