袁永功

(即墨市热电厂,山东即墨 266200)

75T/H循环流化床锅炉水冷壁防磨技术探讨及应用

袁永功

(即墨市热电厂,山东即墨 266200)

针对我厂循环流化床锅炉水冷壁出现的磨损问题,本文研究分析了其磨损的形式及原因,并实施了一些防磨技术改造措施。实践证明,这些防磨措施效果比较理想,能有效地降低循环流化床锅炉水冷壁的磨损,保证了循环流化床锅炉的安全性和经济性。

循环流化床 锅炉 防磨

循环流化床锅炉采用了高效、节能、低污染的燃煤新技术,已在国内外得到广泛的推广和应用[1]。其磨损问题一直制约着它的长期安全经济运行。公司现有三台无锡华光锅炉股份有限公司生产的中温中压75T/H循环流化床锅炉和一台58Mw循环流化床热水锅炉。自2004年以来,水冷壁的磨损主要集中在炉膛密相区、炉膛四角区域及水冷壁与卫燃带过渡区。针对水冷壁磨损问题,我厂实施了一些改造措施,也获得了一定成效。

1 超音速电弧喷涂

超音速电弧喷涂是在两金属丝之间形成电弧,通过超音速气流,把熔化的金属微粒喷射沉积在金属表面,形成具有耐磨、抗蚀性能的涂层,具有优异的耐磨和耐高温性能。

需要注意的是,工艺控制不规范可能导致喷涂层与基体结合面分离、爆裂。电弧喷涂的材料跟母材的材质差距较大,使用打底材料不易于发生涂层龟裂等现象。同时要避免喷枪过长时间停留在涂层表面而形成过热,避免使母材的晶粒粗大,使材料的焊接难度加大。相应的预防措施分别为有效喷砂、打底、母材内充水以及分区间断施工等。

自2006年始我厂4台锅炉的卫燃带以上1．5米以下水冷壁向火面均进行了喷涂,一次喷涂可使用二年左右。实践证明,电弧喷涂防磨技术对于炉膛密相区的整体防磨有一定效果,每次计划停炉后仅重新修复个别冲刷严重的喷涂部位即可,大大延长了水冷壁的整体使用寿命。

2 水冷壁防磨圈梁

循环流化床物料分内循环和外循环,内循环的物料量是外循环的3-5倍。内循环中床料及飞灰顺着炉膛四周的水冷壁快速下降形成“贴壁流”,贴壁流对水冷壁管造成严重磨损。目前研究表明物料对管壁的磨损速率与其速度、浓度及粒度关系为:

式中:E─磨损速率,μm/100h；

k—灰特性系数；

U─物料速度,m/s；

d─物料颗粒直径,m；

μ─物料浓度,g/(m2·s)；

从磨损机理来看,磨损量与物料速度的3次方成正比。因此,从降低物料速度的角度考虑减缓磨损的措施将更为有效。

从生产实践中我们发现炉膛越往下磨损越厉害,这主要是由于炉膛下部物料流动的速度更高所致。自由落体物体下落高度与速度的2次方成正比。所以,越接近炉膛的底部,物料末速度就越大,磨损也就越严重。

从以上方面考虑,我们采用在炉膛间隔一定的距离加设防磨圈梁的改造措施。再结合圈梁的凸台设计,使其存有一定量的灰渣,后降落的灰渣会先冲击前面留存的灰渣,而代替冲击水冷壁管的一种软着陆方式。

在均无防磨喷涂的情况下,从防磨圈梁实施前后锅炉均运行300天比较,加装防磨圈梁前卫燃带以上1米处90%水冷壁管减薄量超过0．3mm,实施后卫燃带以上1米处水冷壁管厚度基本没有变化。

唯一问题就是经过长时间连续运行后,每道水冷壁圈梁根部的水冷壁管出现了轻度的减薄痕迹,如果结合超音速电弧喷涂技术,每次大修时仅需要及时修复此处的涂层即可。

3 卫燃带顶部水冷壁让管设计

卫燃带与膜式壁交界处的磨损是传统循环流化床锅炉磨损最严重的部位。水冷壁让管的设计是在卫燃带以上,水冷壁提前弯曲在与卫燃带交界处预留一定的间隙。物料落点处于浇注料上面的间隙处,从根本上避免了其对水冷壁的强烈冲刷,既能防止因高速的物料流动方向改变而受到的冲击,又能防止物料的涡流对水冷壁的磨损。

目前我厂锅炉均已采用了让管设计,但在运行初期仍然出现过此类磨损问题。经过分析发现系浇注料施工不规范所致,因此卫燃带浇注料的规范施工也是其中关键的一步。浇注料施工需严格按照锅炉厂的耐火材料施工要求规范施工。

4 炉膛四角浇注料填充

由物料在流化床炉膛的流场分布可知,炉膛存在一个高灰浓度、沿水冷壁向下流动的边壁区,水冷壁的磨损主要是由颗粒沿边壁区向下流动引起的,而炉膛水冷壁的四角区域物料量最大,所以磨损也最为严重。

我厂锅炉均出现过炉膛四角磨穿稽片漏灰问题,附近水冷壁也被冲刷出深沟,减薄现象严重。为了防止以上部位的磨损,我们使用浇注料沿炉膛四角向上砌筑一定的高度,经过试验发现此方法确实能有效保护原裸露并磨损严重的底部水冷壁,但试验炉(#3炉)炉膛四角只有西南、西北两角进行了炉膛四角浇注料砌筑处理,却恰恰是此两角因磨损严重进行了换管处理。究其原因,是由于砌筑的浇注料顶部形成“凸台”,物料下降过程中遭遇凸台后会改变流动方向,并形成局部涡流,加之物料流动浓度、速度较大从而在凸台处造成磨损。

预防改进措施为根据炉型和运行方式,适当提高砌筑浇注料的施工高度,避免顶部凸台出现在炉膛物料密相区,同时加强停炉检查,发现较大冲刷要及时进行补焊并打磨平整。如能在凸台处进行焊补护瓦和超音速电弧喷涂将会收到更好的防护效果。

5 其他措施

(1)合理调整一次风和二次风配比,合理分配二次风各风管的风量,控制二次风风速,避免因高风速而造成的对炉膛水冷壁的冲刷。

(2)选用硬度较低的原煤,减少煤矸石等坚硬颗粒的比例,降低物料的硬度。

6 结语

通过对我厂锅炉出现的循环流化床锅炉水冷壁磨损问题的分析、研究及技术改造尝试,大大减少了锅炉因水冷壁磨损而造成的运行故障,提高了循环流化床锅炉设备的利用效率,降低了维修费用,保证了循环流化床锅炉的安全性、稳定性和经济性。

[1]岑可法,倪明江,等.《循环流化床锅炉理论设计与运行》.中国电力出版社,1998.5.

袁永功,硕士,工程师,2009.5-2014.7担任青岛新源热电有限公司,锅炉专工,2014.8至今担任即墨市热电厂,安全环保部副部长。