DG35-3.82/13型循環流化床防磨改進措施

張朝暉

DG35-3.82/13型循環流化床防磨改進措施

張朝暉①

(陽泉煤業集團有限責任公司發供電分公司)

DG35-3.82/13型鼓泡床鍋爐改為循環流化床鍋爐后,帶來了磨損、爐膛負壓不能維持等問題。本文針對磨損問題,利用磨損量與煙氣流速間成3.6次方比例增長的機理,將流化床中心筒至鍋爐尾部的煙道進行擴容,以增大煙氣流通截面積來降低煙氣流速,從而達到緩解煙氣流經省煤器及煙道時對這些部位的磨損程度,同時還對煙道防磨材料進行改進,達到了降低磨損,提高流化床運行周期的目的。

循環流化床;煙氣流速;旋風分離器;防磨;改進措施

循環流化床燃燒作為一種高效、低污染潔凈煤技術正逐步取代鼓泡床燃燒技術。為響應國家環保政策,陽泉煤業集團發供電分公司委托東方鍋爐廠對原鼓泡床鍋爐進行了循環流化床技術改造,主要對原鼓泡床鍋爐尾部煙道及飛灰回燃裝置進行改進,使鍋爐的熱效率和出力有了較大提高,并產生了較明顯的經濟效益,但鍋爐改造后帶來的磨損問題卻成為影響安全穩定運行的隱患,尤其是省煤器和尾部煙道的磨損。

本方案主要解決改造后的循環流化床鍋爐中心筒出口至省煤器連接煙道及二級省煤器蛇形管束的磨損問題,通過增大煙氣流通截面積來降低煙氣流速,以達到緩解煙氣流經部位的磨損程度的目的,即只對循環流化床鍋爐中心筒出口至省煤器部分煙道及省煤器防磨措施進行改進。

1 磨損原因分析

現有循環流化床鍋爐設計粗灰分離回燃裝置為兩個對稱旋風分離筒上排氣結構,中心筒出口至省煤器煙道結構為雙水平煙道,省煤器與空氣預熱器斜“L”形煙道連接,中心筒出口至省煤器煙道計算平均風速為〔1〕：

Wy=(BjVy/Fy)×(273+θ)/273=23.87 m/s

式中：

Bj—燃料消耗量,kg/s,取2.85;

Vy—煙氣總容積,Nm3/kg,取6.264;

Fy—水平煙道設計平均截面積,m2,取1.288×0.898×2=2.318 8。

正對省煤器入口部分煙道截面積為：1.288×0.888 ×2=2.29 m2,。

鍋爐正常運行時,煙氣從中心筒高速排出,經雙水平煙道及90°直角煙道進入省煤器豎井,因煙氣流向的改變,致使煙氣發生紊流,煙塵中的顆粒在慣性作用下撞擊水平煙道的頂部及兩側,對煙道產生較大沖刷摩擦,后又經垂直煙道進入省煤器豎井,使正對入口處寬度888 mm×2 mm,長度僅為1 288 mm×2 mm區域的省煤器蛇形管束受到煙塵顆粒的高速碰撞沖刷而產生較大摩擦,導致蛇形管束承壓能力下降,到一定程度后就發生了爆管故障。經過近兩年來的現場實際檢查發現,磨損部位主要集中在1～18排蛇形管束間,尤其是正對入口煙道的1 000 mm×1 300 mm兩個區域,在鍋爐剛投運20天后,檢查個別部位磨損量就達到1.5 mm,檢查現象與上述分析原因基本一致。

2 解決方案

1)增大煙氣流通截面積,降低煙氣流速減小摩擦量。根據磨損機理分析,磨損速度主要決定于：飛灰速度、飛灰濃度、飛灰顆粒的大小及形狀、磨損時間等,在影響磨損速度的各因素中,飛灰速度又是關鍵(一般飛灰速度等于煙氣速度)〔2〕。研究表明,磨損與風速的3.6次方成正比。將中心筒出口至省煤器入口處兩個水平煙道合并為一個煙道,煙道截面積可由原來的2.318 m2增大到3.105 m2,省煤器入口梯形煙道改為矩形煙道可使煙道截面積由原來的2.318 m2增加到8.28 m2,并將轉彎處煙道采取圓弧過渡,以減少煙氣流阻,并可使煙氣流向均勻,通過兩個煙道的合并,可將中心筒出口旋轉煙氣相互混合,使煙氣中的塵粒相互碰撞減弱流速,而減小對頂板及兩側煙道的摩擦,省煤器入口處的煙氣飛灰濃度,也會因煙道截面積增大而降低,減小對流經部位的磨損,水平煙道的煙氣流速也由原來的23.87 m/s降低為〔1〕：

Wy=(BjVy/Fy)×(273+θ)/273=18 m/s

式中：

Bj—燃料消耗量,kg/s,取2.85;

Vy—煙氣總容積,Nm3/kg,取6.264;

Fy—煙道截面積,m2,取3.105;

省煤器入口煙氣流速由23.87 m/s降低為：

Wy=(BjVy/Fy)×(273+θ)/273=6.7 m/s。

式中：

Bj—燃料消耗量,kg/s,取2.85;

Vy—煙氣總容積,Nm3/kg,取6.264;

Fy—水平煙道截面積,m2,取8.28。

經過以上改進煙道的計算,磨損量可下降為原來的42.9%,省煤器磨損量下降為原來的1.2%,從而達到降低磨損量的目的。

加上煙氣中飛灰濃度下降因素,磨損量將進一步下降,這里不再進行定量計算。

改進前后分離器及煙道示意圖見圖1、圖2。

2)煙道內壁及省煤器管束采取防磨措施。改造后的煙道內壁采用20 mm龜甲網固定,YN K-100棕剛玉耐磨可塑料防磨結構(面積約65 m2)。

3)煙道內加裝煙氣分流裝置。其示意圖見圖3。

在改造煙道中增加百葉窗,強迫煙氣向兩側分流以減少對中部省煤器磨損,百葉窗采用45#角鋼制作,分布采用中間密,兩端疏的方法。

4)煙道膨脹問題。由于將原設計兩個煙道合并增大截面積,膨脹節安裝位置不夠,故對整個煙道膨脹量進行核算,其水平最大伸脹量為7.1 mm,可利用90°自然彎頭煙道進行補償吸收水平及垂直方向的伸脹量,但經過計算僅可吸收0.007 m左右,故需增加膨脹節才能吸收。

3 現場施工問題

1)由于煙道合并,需將汽包給水管移位。2)施工時間可以與鍋爐大修同步進行,可節省施工時間。

4 運行情況

循環流化床鍋爐防磨措施改造完成后,通過近一年來的現場運行觀察,鍋爐連續運行時間明顯加長(最長周期達到80天,以往只能達到20天左右),鍋爐煙氣側運行阻力有所降低(引風機電流下降5 A),省煤器磨損量明顯降低(通過測厚發現運行8個月平均磨損量僅為0.23 mm,且2008年至今只磨破過1根管,原因是舊管子承壓不足造成),原來磨損最為嚴重的中心筒出口處煙道,運行至今再沒有發生磨破現象,這些部位的維修量大大下降,有效提高了鍋爐穩定運行水平。

5 工程費用概算及經濟性分析

工程費用概算共計16.775萬元,包括：

材料費：A3鋼板：δ=8 mm,75 m2,0.6萬元;

角鋼：L50×50×5 120 m,0.225萬元;

龜甲網棕剛玉耐磨搗打料：65 m2,8.45萬元;

膨脹節制作：2.5萬元;

人工費：5萬元。

按照原來省煤器的磨損情況,鍋爐省煤器使用壽命最多為兩年,且中間使用過程需多次修補,改造后可延長壽命3年,停爐壓火次數減少2/3,按每套省煤器30萬元計算,每年減少因省煤器、出口煙道磨損停爐6次、壓火9次,每次停爐損失按1萬元、壓火按2 000元計算,鍋爐防磨改造后,平均每年維護費用按大致與改造以前相同計算,每年可節約11.4萬元,再加上省煤器壽命增加每年節約10萬元,共計每年可節約21.4萬元。這樣經9.4個月即可收回投資。

[1] 岑可法,倪明江,駱仲泱,等.循環流化床理論設計及運行[M].北京：中國電力出版社,2004：471-473,518,545-547.

[2] 馮俊凱,沈幼庭.鍋爐原理及計算[M].北京：科學出版社,2003：113-115.

Abrasionproof Improvement Measures of DG35-3.82/13 Type Circulating Fluidized Bed

Zhang Zhao-hui

DG35-3.82/13 type bubbling bed boiler instead of circulating fluidized bed boilers,bring wear and tear,the chamber negative pressure can not be maintained and so on.In this paper,in connection with issues of wear and tear,by using wear and the flue gas flow rate into 3.6-th power between the growth mechanism,the fluidized-bed center tube to the rear of the boiler flue carries out broadened,in order to increase the flue gas flow cross-sectional area,reduce the flue gas flow rate,achieve the mitigation and the flue gasflowing through the economizer when the wear of these parts,but also has taken on the flue of measures,improve anti-wear materials and reduce wear and reach the purpose of raising fluidized bed operation cycle.

Circulating fluidized bed;Flue gas flow rate;Cyclone separator;Abrasionproof;Improvement measure

TD407

A

1672-0652(2010)01-0045-03

張朝暉 男 1968年出生 2007年畢業于中央廣播電視大學 工程師 陽泉 045000

2009-12-23