循環流化床鍋爐穩定運行研究

白濱

摘? 要：循環流化床鍋爐穩定運行對企業提高經濟效益具有重要作用。該型鍋爐以其獨特的燃燒方式，具有燃料適應性廣，負荷調節性好，爐內燃燒、脫硫同時完成等特點而受到廣泛重視。但由于鍋爐的磨損率較煤粉爐大、渣處理設備故障率高、廠用電率高等問題制約著循環流化床鍋爐的發展。基于此，文章以300MW循環流化床鍋爐為參考，針對影響該型鍋爐安全穩定長周期運行的因素進行分析，并簡要介紹了解決辦法和治理措施，供業內同行參考。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;磨損;防磨措施

中圖分類號：TK227? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0110-02

Abstract： The stable operation of circulating fluidized bed boiler plays an important role in improving the economic benefit of enterprises. This type of boiler has been paid more and more attention because of its unique combustion mode， wide fuel adaptability， good load regulation， combustion and desulphurization in the furnace at the same time. However， the development of circulating fluidized bed boiler is restricted because the wear rate of boiler is higher than that of pulverized coal boiler， the failure rate of slag treatment equipment is high， and the power consumption rate is high. Based on this， this paper takes the 300MW circulating fluidized bed boiler as a reference， analyzes the factors affecting the safe， stable and long-term operation of this type of boiler， and briefly introduces the solutions and treatment measures for reference by colleagues in the industry.

Keywords： circulating fluidized bed boiler; wear; anti-wear measures

1 鍋爐介紹

作者所在公司的300MW循環流化床鍋爐系東方鍋爐股份有限公司設計制造的DG1025/17.4-Ⅱ18型亞臨界，單汽包，一次中間再熱，自然循環循環流化床鍋爐。鍋爐受熱面采用全懸吊方式，鋼架為雙排柱鋼結構。爐膛由膜式水冷壁組成為一個38900（高）×28275（寬）×8439（深）的燃燒室，它由前墻、后墻、兩側墻構成。在爐膛的底部，前墻管拉稀形成風室底部及流化床布風飯，加上兩側水冷壁構成水冷風室，風室底部標高為4800mm，布風板標高為10000mm，此處爐膛深度為4006.5mm。為防止受熱面管子磨損，在下部密相區的水冷壁、爐膛上部煙氣出口附近的后墻、兩側墻和頂棚以及爐膛開孔區域、爐膛內屏式受熱面傾斜及轉彎段等處均敷設有耐磨材料，其厚度均為距管子外表面25mm，且爐膛下部耐磨材料交界處采用外彎結構防磨。

2 鍋爐存在問題及影響安全運行程度

該公司歷次爐內受熱面檢查中，水冷壁的磨損主要出現在澆注料邊緣、爐膛夾角、水冷蒸發屏澆注料終止線附近，后墻19.5m～24m層及爐膛出口區域存在管子偏磨情況，前墻34m～46m層靠爐膛B、C區管子存在磨損。根據磨損現象，分別對鍋爐A、B墻水冷壁從19.5m～38m層A、B墻間隔3m分別安裝防磨梁防磨，對前、后墻水冷壁19.5m～44m層間隔2m層分別安裝防磨梁防磨，雖然安裝防磨梁之后物料下流速度減緩，減緩管子沖刷磨損，但安裝防磨梁管子側面磨損未能有效防御，因此在側面磨損管子位置安裝防磨鰭片，可轉移側面磨損問題，雖延長了管子的使用壽命。但在檢查中也發現：焊接了防磨鰭片的管子在防磨鰭片與管子的焊縫夾角處已存在磨損情況，磨損嚴重處出現了較深的溝槽，存在磨損泄漏風險，另此類部位無法進行測厚檢查，僅通過目測檢查，對磨損嚴重的進行加焊處理。但根據焊接規定，碳鋼管同一區域堆焊不得超過3次，如焊接人員操作不當或焊接電流過大，出現過燒，損傷母材，依然會埋下隱患。經對磨損區域分析，主要在密相區以上讓管區域和爐膛出口側墻未敷設內襯材料部位，讓管區域磨損是因為循環流化床鍋爐內循環“貼壁流”沖刷造成的。爐膛出口側墻未敷設內襯材料部位泄漏是該處煙氣流速的增加、煙塵聚積，加之該處水冷壁管未敷設內襯材料，流速較高的含塵煙氣不間斷沖刷該處水冷壁管，造成水冷壁管壁逐漸磨損減薄，直至無法承受水介質壓力，造成爆管泄漏。

3 處理300MW循環流化床鍋爐問題的措施

水冷壁防磨措施：

（1）造成循環流化床鍋爐水冷壁磨損的主要因素

因為循環流化床鍋爐與煤粉爐燃燒物料的粒徑不同，燃料需要多次經過爐膛-分離器-爐膛循環燃燒。一方面大量煙氣和固體顆粒在上升過程中對爐膛管壁進行沖刷，另一方面由于內循環的作用，大量固體顆粒沿爐膛四壁重新回落對水冷壁的再次沖刷，循環往復劇烈的沖刷，造成鍋爐與床料循環接觸的部位嚴重磨損。物料對鍋爐的磨損速率的大小與物料的濃度成正比，與物料的粒子直徑的二次方成正比，與物料運動的三次方成正比。公式為：E=KμD2U3 E-管壁磨損速率mm/105h;K-煤種、磨損菅的磨損、幾何特性常數，取10-3;μ-煙氣流含塵濃度kg/m3;D-灰渣平均粒徑mm;U-顆粒運動速度m/s。從以上循環流化床鍋爐運行機理及磨損速率公式可以看出，循環流化床鍋爐磨損與四方面因素有關，第一是煤種、鍋爐幾何結構特性;第二是煙氣流含塵濃度;第三是灰渣平均粒徑;第四是煙塵含塵顆粒運動速度。那么，防磨就應從以上四個方面入手。

（2）防磨治理措施

a.在爐膛水冷壁管上周向加裝防磨梁，循環流化床鍋爐在運行過程中其床料分兩種方式循環：一種是床料上升至頂部進入分離器后下到返料腿，重新返回爐膛，這種循環叫做外循環;一種是床料在爐膛中間上升到爐膛頂部再沿爐膛四壁下降到密相區，這種循環叫內循環。爐膛密相區敷設了耐火耐磨材料，但密相區以上大部分水冷壁管都為“裸管”，內循環中床料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“裸管”管壁造成嚴重磨損。由于貼壁流的流速對水冷壁管磨損影響最大，因此只要降低了貼壁流的流速，磨損速率就會極大幅度降低。為了確保將來防磨梁在啟、停爐時的溫差引起的應力使可塑料開裂或脫落，在可塑料施工時，每隔1m留設3mm的膨脹縫。為避免膨脹縫內煙氣直通，膨脹縫設成迷宮式。作者公司的循環流化床鍋爐加裝了防磨梁后，內循環“貼壁流”在下降過程中遇到了阻擋的橫梁，使流速降低，并且在這一過程中，部分顆粒改變了流動方向，貼壁流的床料減少，降低了對水冷壁管的磨損。

但受爐膛結構影響（單爐膛，床下兩側進風，存在布風不均;三個分離器布置在爐后，在引風機負壓作用下，爐內后墻物料濃度高），在后墻19.5～24m層、前墻36～40m層屏再屏過區域水冷壁及爐膛出口附近區域仍存在水冷壁管偏磨情況。該機組C級檢修期間，#5爐水冷壁因磨損換管數量118根;#6爐水冷壁磨損換管數量302根。爐內受熱面大量的換管，造成檢修焊口數量的增加，存在焊口磨損、泄漏的風險，同時也影響鍋爐水質及檢修工作量的增加，特別是后墻19.5～24m層水冷壁的換管，由于該區域處在環形風箱位置，換管時須割開環形風箱墻板，如出現換管區域密封鰭片接頭或焊縫磨損漏灰，運行中無法封堵，長時間的漏灰還易導致管子磨損、泄漏。

b.該公司經多方調研后，根據水冷壁磨損情況，對易磨損區域采取局部噴涂防磨措施，其中前墻38m層第157-223（A-B數）的管子采取超音速電弧噴涂（金屬噴涂）防磨，噴涂展開面積為16.093m2;后墻38m層編號第155～162的管子采取陶瓷冷噴涂，高度從38m層防磨梁至41m層，面積3.57m2。

在水冷壁管未敷設內襯材料易磨損部位進行超音速電弧噴涂，超音速電弧噴涂是利用金屬絲端部通電后產生的電弧將絲材融化，經拉伐爾噴嘴加速度后的超音速氣流將融化的絲材霧化為粒度細小分布均勻的粒子，噴在水冷壁管表面。絲材一般選用的是鎳鉻合金耐磨材料。超音速電弧噴涂由于噴射速度高，融滴霧化好，形成的涂層與水冷壁管結合度較高，不易脫落。超音速電弧噴涂涂層厚度一般在1.0mm以內，所以對鍋爐水冷壁管的傳熱性能影響很小，可以忽略不計。我公司在爐膛水冷壁管未敷設內襯材料部位，尤其是讓管部位、爐膛四角、爐膛出口側墻等易磨損部位進行了大面積噴涂。經過幾年的實踐檢驗，效果明顯，噴涂層能夠起到良好的防磨作用，消除防磨梁及防磨鰭片存在的防磨缺點，形成水冷壁全方面的防磨，提高鍋爐的長周期安全運行。

意見及建議：

a.對比兩種噴涂防磨效果，金屬噴涂防磨效果好于陶瓷噴涂。陶瓷噴涂在機組運行約1個月時就出現防磨鰭片焊縫處涂層脫落情況;累計運行約3個月后，管子表面噴涂層沖刷較為嚴重;累計運行約8個月時，管子表面陶瓷噴涂層基本消失。

b.建議：金屬噴涂采取超音速電弧噴涂工藝，在管子表面覆蓋一層耐磨金屬材料（主要成分是鎳鎘合金，包括Ni、Cr、及Ti等微量元素），涂層與管子表面的結合強度高于陶瓷冷噴涂，但隨著機組運行時間的增加，金屬噴涂層也存在磨損情況，從該公司#5爐前墻水冷壁金屬噴涂區域看，機組累計運行8個月后，管子表面也出現較為粗糙情況，說明表面耐磨涂層出現了磨損。建議每年結合機組調停檢修，對噴涂防磨區域再次進行噴涂。

4 結束語

循環流化床鍋爐工作環節的開展，離不開其內部應用環節的優化，更離不開其管理環節、防磨損環節等的協調，需要引起相關人員的重視。

參考文獻：

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