熱電廠循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行技術(shù)應(yīng)用研究

張林全

（獨(dú)山子石化公司熱電廠，新疆 獨(dú)山子 833600）

近年來(lái)，循環(huán)流化床鍋爐因其環(huán)保優(yōu)勢(shì)以及運(yùn)行的靈活性，在國(guó)內(nèi)自備電廠迅速發(fā)展。但循環(huán)流化床鍋爐對(duì)爐管磨損大、廠用電耗高等問(wèn)題，造成鍋爐無(wú)法長(zhǎng)周期運(yùn)行。獨(dú)山子石化公司熱電廠在運(yùn)6臺(tái)DG410/9.81-Ⅱ1型循環(huán)流化床鍋爐，我廠循環(huán)流化鍋爐2009年投運(yùn)至今，從最初3個(gè)月的運(yùn)行周期到現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)14個(gè)多月的運(yùn)行周期，本文對(duì)我廠在循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行攻關(guān)上所開(kāi)展的工作進(jìn)行了總結(jié)，以便后續(xù)我廠流化床鍋爐長(zhǎng)周期工作不斷提升。

表1 2009年至2019年循環(huán)流化床鍋爐可靠性數(shù)據(jù)匯總

1 CFB鍋爐磨損的原因及其因素

1．1 循環(huán)流化床鍋爐磨損的原因

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的過(guò)程中，大量循環(huán)物料是燃料燃燒和傳熱的關(guān)鍵，但爐膛四周的物料呈現(xiàn)貼壁向下流動(dòng)趨勢(shì)，高濃度、高速的貼壁流及局部渦流，造成了爐膛下部水冷壁嚴(yán)重的沖刷和磨損。在循環(huán)流化床鍋爐磨損的過(guò)程中，按照磨損部位及磨損程度將其分為沖蝕磨損、磨料磨損以及腐蝕磨損等幾個(gè)方面。鍋爐中，凡是與物料及含飛灰的煙氣接觸部分，都存在不同程度的磨損。

1．2 影響CFB鍋爐磨損的因素

在CFB鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，鍋爐受熱面磨損量與各影響因素的關(guān)系，考慮到運(yùn)行時(shí)間，可用下式表達(dá)：δ=HNΦμW3β3uβwτ

從上述表達(dá)式可以看出，循環(huán)流化床鍋爐的磨損量主要和以下因素有關(guān)：（1）爐膛流化速度的影響；（2）煙氣攜帶物料顆粒濃度的影響；（3）燃料性質(zhì)的影響；（4）爐膛內(nèi)部動(dòng)力場(chǎng)不均勻性的影響；（5）鍋爐結(jié)構(gòu)、制造和安裝質(zhì)量的影響。

2 被動(dòng)防磨技術(shù)在我廠的應(yīng)用

2．1 超音速噴涂防磨技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)用較多的還是噴涂防磨技術(shù)，電弧噴涂技術(shù)具有噴涂速度高、涂層化學(xué)成分和硬質(zhì)相含量易調(diào)整、沉積效率高、價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn)，尤其適宜于現(xiàn)場(chǎng)大面積磨損較輕部位的施工，金屬涂層施工時(shí)一般只有0.5～0.8mm的厚度，分子結(jié)合強(qiáng)度低，涂層不能太厚，厚一點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象；實(shí)踐證明其耐磨壽命為0.5～1.5年，對(duì)于燃用劣質(zhì)煤（低熱值、高灰分）的鍋爐，一般耐磨壽命為3～12個(gè)月；我廠從2009年開(kāi)始應(yīng)用，在運(yùn)行一個(gè)周期后，每次檢查均存在局部脫落的情況，成為鍋爐磨損爆管點(diǎn)，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)鍋爐一年以上的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2．2 主動(dòng)多階防磨技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)鍋爐水冷壁磨損機(jī)理，爐膛內(nèi)水冷壁的磨損主要是由于爐膛四周貼壁流不斷的沖刷造成磨損，而在鍋爐密相區(qū)，物料濃度最高，貼壁流對(duì)水冷壁管磨損也最嚴(yán)重，該區(qū)域爐管因磨損泄漏的改率也就最大。為了避免減小貼壁流物資對(duì)爐管的磨損，可以在爐膛內(nèi)安裝防磨梁，降低貼壁流的速度與濃度。經(jīng)過(guò)加裝10道防磨梁后，物料經(jīng)過(guò)防磨梁處下落方向以及速度均有所改變，貼壁流的速度可由8m/s減少到2m/s，物料濃度也因防磨梁的阻擋，部分物料進(jìn)入爐膛中心區(qū)域，貼進(jìn)受熱面的物料濃度也就隨之降低，爐管磨損量也減小。2012年我廠完成第一鍋爐改造，取得了較好的效果，鍋爐運(yùn)行周期由120天延長(zhǎng)到165天，隨后對(duì)其他鍋爐進(jìn)行了改造，至2014年完成了全部5臺(tái)鍋爐改造，運(yùn)行周期延長(zhǎng)至266天。

2．3 等離子熔滴熔敷技術(shù)的應(yīng)用

等離子熔滴熔敷技術(shù)是基于等離子體原理，使用熔敷機(jī)器人，以受熱面爐管為陽(yáng)極，以焊絲為陰極，利用陰陽(yáng)級(jí)之間產(chǎn)生的等離子弧作為熱源，將焊絲融化，再使用熔敷機(jī)器人的甩滴功能將金屬熔滴在工件上一種熔敷技術(shù)。通過(guò)等離子熔滴熔敷技術(shù)和特有的熔敷絲材結(jié)合，可以在冶金結(jié)合的基礎(chǔ)上，使熔敷層硬度保證在HRC50在以上，其使用壽命是超音速火焰噴涂的6～10倍。熔敷防磨層的可修補(bǔ)性、可焊接性強(qiáng)，鍋爐磨損劇烈的區(qū)域，可以實(shí)施多層熔敷增加熔敷防磨層厚度，等離子熔敷的優(yōu)點(diǎn)是可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工作業(yè)，2018年開(kāi)始我廠對(duì)前墻第一至第四層防磨梁區(qū)域進(jìn)行了等離子熔敷。

2．4 激光熔敷技術(shù)的應(yīng)用

激光熔敷技術(shù)是循環(huán)流化床鍋爐防磨的一種新技術(shù)，2012年開(kāi)始應(yīng)用，使用材料為高溫耐磨復(fù)合材料，采用高功率半導(dǎo)體激光器制備工藝，由于激光束能量密度高，鎳鉻合金復(fù)合材料硬度達(dá)到1100～1600HV，主要成分有Cr3C2（二碳化三鉻）、鎳（Ni）、鉻（Cr）、二硼化鈦(TiB2)以及其他金屬材料，具有高熔點(diǎn)（1890℃）、高硬度的特點(diǎn)；激光熔敷的耐磨度遠(yuǎn)高于等離子熔敷，但只能進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行激光熔敷管更換，無(wú)法實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)進(jìn)行施工。3#爐右側(cè)墻水冷壁管前期進(jìn)行超音速噴涂，在經(jīng)過(guò)不到8個(gè)月運(yùn)行周期后，超音速噴涂層被磨掉，原壁厚5mm的水冷壁管也被磨至3mm左右，2016年把此部分易磨損區(qū)域水冷壁管更換為激光熔敷管，經(jīng)過(guò)三年時(shí)間的檢驗(yàn)，激光熔敷層基本沒(méi)有磨損，耐磨效果十分明顯，對(duì)側(cè)墻更換為激光熔敷管后有望實(shí)現(xiàn)16個(gè)月的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3 主動(dòng)防磨技術(shù)在我廠的應(yīng)用

我廠除了使用以上幾種被動(dòng)防磨措施的應(yīng)用外，經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)整的摸索，主動(dòng)對(duì)鍋爐床壓、風(fēng)量、氧量進(jìn)行調(diào)整，摸索出更有利于鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的控制范圍，制定出三低參數(shù)控制范圍及要求。

3．1 做好運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，三低參數(shù)控制（低床壓、低風(fēng)量、低氧量）

3．1．1 低床壓

采用低床壓運(yùn)行，主要目的是降低物料量，減少密相區(qū)物料量，達(dá)到減少物料對(duì)水冷壁磨損現(xiàn)象；降低主流化風(fēng)量，目的是降低爐內(nèi)流化風(fēng)速，降低床料在爐膛內(nèi)的高度，減少物料對(duì)水冷壁的磨損。

3．1．2 低風(fēng)量

通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整針對(duì)每臺(tái)爐不同負(fù)荷，總結(jié)出不同的控制范圍，由原來(lái)的8～10kPa控制到6～9kPa高負(fù)荷時(shí)控制偏低值，低負(fù)荷時(shí)控制偏高值。有效地減少了磨損，并且降低了廠用電，提高了燃燒效率。

3．1．3 低氧量

氧量高說(shuō)明參與燃燒的總風(fēng)量大，即過(guò)量空氣系數(shù)大，從而帶來(lái)磨損大、床溫低、飛灰大、風(fēng)機(jī)電耗大等一系列問(wèn)題。根據(jù)燃燒調(diào)整將原來(lái)氧量控制范圍由4%～6%調(diào)整至2.8%～4.5%，降低氧量運(yùn)行，目的是降低鍋爐總風(fēng)量，使風(fēng)機(jī)電耗降低；床溫提高最終使鍋爐燃燒效率升高、飛灰含碳量降低；風(fēng)速的降低使磨損減弱減，達(dá)到了提高長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。

3．2 強(qiáng)化平穩(wěn)操作

（1）開(kāi)停工升溫升壓控制。由于鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中各個(gè)部件以及管道的溫度和熱應(yīng)力都要發(fā)生很大的變化。熱應(yīng)力隨著溫差的變化使金屬產(chǎn)生波勞。為了保證金屬的熱應(yīng)力不超過(guò)允許限值，就要使各部件在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中受熱均勻。

（2）做好水質(zhì)管理。鍋爐使用過(guò)程中產(chǎn)生的水垢是對(duì)鍋爐安全運(yùn)行最大的一個(gè)因素，鍋爐汽水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)鍋爐爐管結(jié)垢，造成后期爐管因垢下腐蝕泄漏，為了保證鍋爐平穩(wěn)運(yùn)行，必須確保鍋爐汽水指標(biāo)合格，減少因鍋爐爐管結(jié)垢造成的泄漏停爐。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)被動(dòng)防磨技術(shù)以及被動(dòng)防磨技術(shù)的應(yīng)用，做好金屬監(jiān)督、水質(zhì)監(jiān)督等措施，我廠循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行周期逐年提升，希望對(duì)其他循環(huán)流化床電廠有所幫助。