CFB锅炉受热面防磨研究与应用

循环流化床锅炉受热面防磨研究与应用严晓东（东北电力检修工程有限公司大连分公司116021）摘要大连泰山热电有限公司440t/h循环流化床锅炉因燃烧煤种的改变，锅炉受热面磨损问题非常严重。本文主要介绍了大连泰山热电有限公司针对CFB锅炉受热面磨损进行了系统的研究和分析，采取了很多切实可行的防磨措施，取得了显著的效果。相关的技术经验在国内同类型机组电厂也得到了一定的推广和应用，实际运行效果良好。关键词循环流化床锅炉受热面防磨主动被动0前言我国循环流化床锅炉在国内发展非常迅速，目前已是世界上在电厂使用循环流化床锅炉（CFB锅炉）最多的国家，已经运行的大小循环流化床电站锅炉有2000多台，其中410t/h以上大型循环流化床电站锅炉有近180多台。循环流床锅炉具有独特的结构和流体动力特性，并且有许多优点：低污染燃烧、负荷调节范围大、燃料适应性广等。但CFB锅炉同时也存在一些问题，其中受热面磨损就成为制约CFB锅炉发展的一个瓶径，许多电厂的CFB锅炉投入运行时间不长就出现受热面磨损泄漏的问题，导致机组频繁停运，运行经济性差，检修任务繁重、能耗严重超标。实际运行当中，特别是在煤种特性严重偏离设计参数的情况下，受热面磨损泄漏的问题就更为严重，CFB锅炉受热面磨损的问题已经严重危及到许多电厂的正常经营和发展。本文对受热面磨损问题进行系统研究和分析，总结出一套防磨措施，明显提高了CFB锅炉的连续安全运行。1设备概况大连泰山热电有限公司2台机组为135MW汽轮发电机组，配套两台哈尔滨锅炉厂引进ALSTOM公司技术制造的HG-440/13.7-L.YM25型循环流化床锅炉,燃烧室截面呈长方形，深度×宽度＝7220×13700mm，布风装置采用水冷布风板，大直径钟罩式风帽。燃烧室内布置双面水冷壁来增加蒸发受热面，布置屏式二级过热器和屏式热段再热器。燃烧室各面墙全部采用膜式水冷壁，下部前后水冷壁向炉内倾斜与垂直方向成18°角。2总体思路循环流化床锅炉受热面的磨损是一个较为普遍的问题，也是一个较难解决的问题，大连泰山热电有限公司针对这方面的问题，成立专门的研究小组，作为公关项目进行详细仔细的分析研究。在每一次的检修工作中都要求对锅炉的所有受热面进行全面的检查，然后对每次检查的固定测量点做详细的数据记录，通过对比每一次的检查结果，总结出磨损比较快比较严重的部位，然后进行重点关注和研究。解决循环流化床锅炉受热面以及耐火材料的磨损问题，首先在掌握循环流化床锅炉的基本工作原理的基础上，研究其磨损机理以及引起磨损的原因。通过实际总结和研究发现，在锅炉实际运行过程中，发生在循环流化床锅炉内部的磨损是多方位、多方面的，而引起磨损的原因也是多方面的，特别是对一种固定的炉型，应充分分析掌握其特点。运行过程当中，当运行调整、风量配比、煤种的质量、入炉煤的筛分比例、锅炉负荷的大小等能否达到一个比较良好的状态，直接关系到磨损。另一方面，在检修与维护当中，要通过理论与实际经验的不断总结，制定出科学的技术改造和合理的防磨措施和实施过程中的不断的修正，以及科学的管理机制，又关系到实际应用的成效。因此，要把循环流化床锅炉的防磨引入到一个系统性、综合性的认识深度，从多角度、多方面同时着手去解决磨损问题。3主动防磨研究大连泰山热电有限公司的CFB锅炉设计煤种为烟煤，后更换煤种为褐煤，燃用煤种的变动性很大，实际运行风量配比如果仍然遵循原设计数据，可定会存在问题，更为重要的是在原运行风量配比状况下，水冷壁密相区的磨损程度非常的剧烈，那么就必须在风量配比方面进行重新的试验和调整，具体调整情况为：根据褐煤的特性运行中可保持低氧燃烧，锅炉负荷在440t/h～308t/h的范围，运行中如无异常，氧量保持在2.8～3.3之间。风量配比方面，尽可能降低流化风对细的焦碳颗粒的扬析性，布风板风量主要以保证床料良好流化，利用环风管喷嘴风量调节氧量。对于旋风分离器捕捉能力范围以外的焦碳颗粒，应保证其在炉内的一次燃尽程度。而提高炉膛内细的焦碳颗粒的燃尽性，需要在炉膛的各个空间位置上有合适的温度和氧量，同时要保证合适的流化风速。在这方面应多考虑二次风的作用，二次风喷嘴的布置在密相区与稀相区的过度区域内，如果要提高炉膛中心区域的氧量，要尽可能的提高二次风喷嘴出口风的刚度，既保证各个喷嘴二次风具有足够的穿透性，高负荷时要适当降低流化风速。对一二次风量的分配比例进行调整，不同负荷条件下的分配比例不同。当然，风量的分配还要针对特定的煤种确定。实际运行中的风量修正见下图。9000010000011000012000013000014000015000016000017000018000030%40%50%60%70%80%90%100%110%原风量曲线修正后风量曲线Nm3/HMCR.锅炉负荷与一次风量的关系在进行风量配比调整的同时，对炉内物料流化的平衡性方面进行调整，这一方面，我们主要考虑不同给煤点的均匀性和不同二次风喷口配风的均匀性，针对这些方面也进行。必要的试验调整。4被动防磨研究在这一方面，我们主要通过总结分析大量的检修过程中的实例和数据，寻找典型磨损特点，确定解决方法。循环流化床锅炉受热面的不同区域其磨损特点也有所不同，我们必须充分分析磨损位置的原因及特点，有针对性的进行处理。炉膛水冷壁管束的磨损部位主要集中在炉膛密相区，尤其在围燃带过渡区上方至标高13～25m处，磨损主要是由于炉内气、固体的内分离效应造成的。循环流化床锅炉的传热机理为敷设传热效率较低，而对流传热强度较高，在炉膛内含尘气体以较高的速度向上运动，呈悬浮燃烧状态，一般讲，中部为上升气流。而由于水冷壁面边界层的效应作用，扩散到水冷壁面上的不同粒径的固体颗粒由于高度的关系沿水冷壁面向下运动，从而形成内分离效应。由于固体颗粒流和烟气流的方向相反，同时又由于炉膛的自身结构原因，在水冷壁与耐火材料层过渡区的凸出部位没有上行的气流，使沿水冷壁自上而下落到耐火材料层上沿的固体颗粒，从耐火层边缘流出时，又被上行的较强气流托起，再沿水冷壁落下，如此反复作用形成漩涡流。由于该部位位于密相区域，固体颗粒浓度粒度都特别大，这样涡流即对水冷壁面产生一种刨削作用。燃燒室爐管側燃燒室爐管側燃燒室內粒子濃度爐膛高度0燃燒室中心點燃燒室內粒子濃度当沿着水冷壁面下行的颗粒流在向下作加速运动的过程中，在水冷壁与耐火材料过渡区突遇凸出物发生猛烈撞击，造成粒子团，同时颗粒流方向聚然改变，立即对管束产生一种切割作用。如此经过大量反复的作用即水冷壁面造成微观的严重磨损，加上物料在水冷壁上的涡流冲刷，成为水冷壁磨损的主要因素。在炉膛的不同标高位置，物料的浓度和速度分布不同，造成的磨损严重程度不一样。这就是为什么密相区磨损严重的重要原因之一。经过反复论证和长期观察，锅炉水冷壁管防磨措施主要是在锅炉下部密相区敷设耐磨可塑料和水冷壁管过渡区域喷涂金属涂料。但是这种结构不能缓解水冷壁管束的磨损，因此需要采取新的防磨工艺。我们通过观察发现后墙穿两侧、两侧墙及后墙角部磨损现象严重，我们采用了防磨瓦结合导流梁的工艺。5防磨应用5.1运行方式的调整与优化5.1.12007年1月末大连泰山热电有限公司与东北电力科学研究院锅炉技术研究所配合，共同研究确定了锅炉防磨治理运行调整第一阶段实施方案，2007年2月～4月根据制定的方案对＃1锅炉进行运行调整，逐步降低一次风量，从原有的180km3降低到150km3以下，同时相应的增加二次风量；控制氧量在3.5％以下等等。取得了明显的效果。5.1.22007年5月～8月根据第一阶段运行调整取得的效果，确定了锅炉防磨治理运行调整第二阶段实施方案，编制了440t/hCFB锅炉防磨综合治理运行调整及防磨措施。在二级给煤机处增设填料装置（由于燃用褐煤，锅炉排渣量减少，飞灰量增加；炉内床料逐渐减少，循环物料减少后导致床温升高，床压下降。由于锅炉改变设计煤种，使给煤量增加，表面看炉内床料增加，造成内循环物料增加，但从整体运行状况来看，内外物料循环是处在平衡状态。因为锅炉在满负荷时能够保证床温处在合理的控制范围内。本次对锅炉防磨综合治理中，通过调整锅炉的一次风及二次风的方法，降低一次风，增加二次风，但锅炉床温应控制在900℃以下，炉膛出口温度应控制在900℃～950℃。一次风及氧量控制参考表锅炉蒸发一次风量氧炉膛负压备注量t/hNm3/h量％4401352.730～＋5氧量不足，由二次风补充4001303.00～＋5氧量不足，由二次风补充3601283.50～＋5氧量不足，由二次风补充2801284.00～＋52501284.50～＋52301255.00～＋52201205.00～＋5说明：锅炉床压控制在5Kpa以上，各温度不得超过规定值，防止出现超温现象发生。炉膛出口负压保持微正压运行。5.1.3经过2个阶段的主动、有效地运行调整，采取降低一次风量，增加二次风量，控制氧量和炉膛负压等措施，使锅炉运行时间大幅度增加，达到了预期的效果。5.2检修技术措施的探索与应用5.2.1水冷壁采用浇注料与防磨瓦、喷涂相结合的方式5.2.1.1把整个后墙水冷壁和左、右墙水冷壁各一半防磨弯处区域浇注料增高了1000mm，厚度90mm。浇注料向上敷设照片5.2.1.2为延长锅炉连续运行的周期，在密相区内的水冷壁加装防磨瓦，防磨瓦选用内径Φ60×200×4（4Cr26Ni4Mn3和稀土合金），加装高度均到双面水冷壁处（19米）。水冷壁加装防磨瓦照片5.2.1.3在稀区内的水冷壁采取喷涂的方式。水冷壁炉膛出口处喷涂照片5.2.2尾部受热面采用加装防磨瓦等方式5.2.2.1冷段再热器检查中，由于尾部烟道侧有烟气走廊的形成对冷再入口穿墙直管造成了大面积的冲刷，冷再四排入口穿墙直管全部加装防磨瓦。冷段再热器入口穿墙管加装防磨瓦照片5.2.2.2环形联箱处包墙过热器4个角部由于安装焊接质量问题，形成烟气走廊造成烟气对来回弯处包墙过热器管子形成磨损，造成减薄。补焊后加装防磨瓦，同时对无法焊接的防磨瓦上部与管子的缝隙用浇注料进行密封。环形联箱处包墙过热器加装防磨瓦照片5.2.2.3并且为了减轻穿墙管及其上部弯头的冲刷磨损，在冷段再热器两个管组中间加装防磨板。冷段再热器两个管组中间加装防磨板照片5.2.3检查发现炉膛内风帽磨损严重，特别是四角的风帽有24个被磨漏，如果运行时风帽磨漏松动脱落，就有可能造成停炉，后果非常严重。经过生产技术部专业人员研究，决定在磨损严重部位的风帽上加装防磨罩，以延长风帽磨漏的时间，达到避免运行时风帽脱落造成锅炉非停。炉膛内风帽加装防磨罩照片6达到效果大连泰山热电有限公司通过采取主动防磨调整和被动防磨技术等多种手段，大连泰山热电有限公司在燃烧霍林河褐煤后，煤种特性变动大情况下，解决了因受热面磨损泄漏而停机频繁的问题，机组安全连续运行能力大幅提高，锅炉可以达到连续安全运行200天以上，与同类型机组比较处于领先，同时该技术在国内同类型机组进行了推广和应用，应用效果良好。参考文献[1]芩可法等.循环流化床锅炉理论设计与运行.中国电力出版社.1998年[2]锅炉原理及计算.清华大学电力工程系锅炉教研组.科学出版社[3]党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行.中国电力出版社.[4]锅炉说明书.哈尔滨锅炉厂有限责任公司作者简介严晓东，男，1975年4月8日出生。1993年毕业于锦州电力技术学校热能工程专业，2006年就读于东北电力大学热能与动力工程专业。现大连泰山热电有限公司从事锅炉检修与维护技术管理，通讯地址：大连市沙河口区西南路487号甲邮编：116021电话：[phone]