防渦流技術在300MW級循環流化床鍋爐中的應用

蘇春巖

摘要：大型CFB鍋爐燃燒劣質煤時，大量物料和煙氣混合攪拌形成的渦流連續沖刷爐膛水冷壁管，造成水冷壁管磨損嚴重，時常發生水冷壁管磨損減薄、爆管泄漏，機組非停，電廠經濟損失嚴重。黃陵礦業煤矸石發電有限公司兩臺1058t/h鍋爐由東方鍋爐廠生產的亞臨界、一次中間再熱循環流化床鍋爐。鍋爐自168小時試運以來，水冷壁管磨損減薄嚴重，嚴重影響鍋爐的安全、穩定、經濟運行。公司技術人員通過大量的爐內摸排檢查，已掌握爐內水冷壁磨損嚴重區域。

關鍵詞：CFB鍋爐，受熱面渦流削減技術，300MW鍋爐，防磨，防爆

引言

由于循環流化床（CFB）鍋爐具有的燃燒效率高，煤種適應性廣，負荷調節范圍大，就是一種“變害為利、變廢為寶”，解決煤矸石最好的途徑，而備受青睞，在我國熱電行業得到了迅速的推廣使用。但是CFB鍋爐的磨損問題比較突出，嚴重制約了該爐型長期經濟地運行。另外，現有的噴涂、防磨梁等傳統的防磨技術，使用周期短、易失效等防磨效果均不理想，同時也對鍋爐熱效和負荷帶來一些負面影響，嚴重影響鍋爐生產的安全性和經濟性。

防渦流技術，與傳統防磨技術不同，是通過在爐膛受熱面裝設導熱型防磨格柵板，形成網格防護，大幅削減受熱面表面的渦流強度，使水冷壁局部磨損與整體磨損量大幅度降低，實現近“零”磨損。格柵板采用的高鉻鎳合金鑄造構件，施工工期短且方便靈活，可以配合臨修、小修施工；防磨效果好，防護區內水冷壁管可實現年平均磨損量不超過0.1mm；不影響鍋爐出力；可以通過該技術優化鍋爐受熱面，剔除澆注料釋放有效吸熱面積，提高熱效，優化爐內溫度及床溫等。

1防渦流技術系統項目研究

1.1 總體思路

1.1.1早期因為對于防渦流技術確定與設備研發極為缺乏理論依據，利用黃陵礦業煤矸石發電有限公司和武漢永平科技有限公司在華中科技大學國家煤燃燒重點實驗室，以防渦流技術應用為背景，以鍋爐內氣固兩相流運動機理、受熱面水冷壁管磨損相關鍵參數測試技術等方面作為研究核心，開展防渦流技術在爐膛受熱面水冷壁防磨治理指標體系的研究。

格柵防磨技術工作原理示意圖

1.1.2理論上：水冷壁表面氣固兩相流經過格柵網優化，其流速可降到原有的20%甚至更低，根據磨損量公式計算可知，水冷壁的磨損速率可降為原來的3.6‰。也即是說，在同等工況下，通過格柵防磨技改造，水冷壁管的壽命將延長為原來278倍，即可達數十年。所以，通過在爐膛受熱面裝設防磨格柵合金板，疏導爐內物料內循環，優化水冷壁表面流場，可以從根本上解決水冷壁磨損問題。

2 防渦流技術方案設計

經過對造成磨損主要因素數據采集、科學計算，在爐膛受熱面沿水平方向和垂直方向安裝間隔高低密疏不等的合金格柵板，在水冷壁受熱面的表面形成格柵式防護，優化水冷壁表面流場，消除局部渦流，在水冷壁表面形成穩定流場。降低水冷壁表面不同方向高速運動的氣固物流流速。極大減小物料顆粒與水冷壁碰撞的切削力，從而大幅降低物料顆粒對水冷壁的磨損。

3防渦流技術在黃陵礦業煤矸石發電公司的應用

3.1通過在水冷壁表面水平和垂直安裝多層合金導流板，形成網格式防護，疏導物料內循環，降低物料顆粒沿水冷壁上升或下落的終端速度，同時降低水平方向渦流的運動速度，極大減小物料顆粒與水冷壁管碰撞的切削力，從而大幅降低固體物料粒子對水冷壁的磨損。該技術具有良好防磨作用的同時還能克服防磨梁技術對鍋爐出力的影響。該技術防護細密適用于水冷壁的任何高度和部位，采用后不必再進行其它防磨投入。是一種本質上不同于被動防磨技術的新理念，對水冷壁管磨損起到治標治本的作用，能根本杜絕因水冷壁管磨損泄漏發生非停，確保鍋爐長期、連續、平穩運行，大幅提高鍋爐運行的安全性和經濟性。具體方案是根據鍋爐運行相關參數，結合鍋爐入爐煤煤質情況，在鍋爐分離器入口下方后墻與側墻夾角處橫向和縱向安裝格珊防磨板，使其形成疏密有致的網狀防磨格珊，有效治理夾角磨損問題。

3.2在鍋爐爐膛后墻分離器入口下方的后墻與左、右側墻、后墻與水冷蒸發屏夾角處水冷壁表面網格式裝設防磨格柵，防護區域為爐膛后墻夾角處的磨損嚴重部位（具體部位雙方技術人員現場檢查確定），每個夾角防護區域橫向安裝U型格珊板縱向安裝Z型格柵板，防護區域上方靠近爐膛出口處橫向防護U型格珊板安裝間隔高度為200mm，向下間隔為400mm-600mm裝設11層U型格柵防磨板，縱向裝設10道Z型格柵防磨板，防護高度為出口處下方三道防磨梁區域。

4 結論

4.1爐膛受熱面渦流消減技術可以使CFB鍋爐檢修周期較原有防磨技術延長5倍以上，從原來的連續運行不足4000個小時延長到20000小時以上；鍋爐可用生產時間增加10～20%；防磨檢修投入可降低50%～80%；爐膛溫度和床溫更易控制和調節，大大降低NOx等控制難度和投資。在實現鍋爐CFB鍋爐的安全性和經濟性提高的同時，也可以實現節能降耗的目標。

4.2解決了CFB鍋爐受熱面水冷壁磨損這一世界性難題，強化強了我國在本領域的國際競爭力，促進CFB循環流化床鍋爐的應用和發展。本技術的推廣應用，使我國有限的資源得到了最大程度的利用，加快煤矸石資源方面綜合能力利用能力；同時，減少因煤矸石產生灰塵、氣體及揮發性污染物的排放，改善了勞動作業環境，達到了資源節約、綜合利用的目的，服務于建立環境友好型、資源節約型社會的宗旨，為推動我國循環經濟的發展作出了貢獻，帶來了巨大的社會效益和環境效益。

參考文獻：

[1]劉上中.防磨格柵合金板在黃陵礦業煤矸石發電有限公司300MW鍋爐中應用可行性研究報告[A].武漢永平科技有限公司

[2]薛大勇.黃陵礦業煤矸石發電有限責任公司300MW鍋爐說明書[B].東方鍋爐廠性能設計二室endprint