李京荣

(神华国能(神东电力)有限责任公司萨拉齐电厂,内蒙古包头 014100)

300MW大型循环流化床锅炉防磨治理技术研究

李京荣

(神华国能(神东电力)有限责任公司萨拉齐电厂,内蒙古包头 014100)

本文针对300MW 循环流化床锅炉在运行过程中易发生受热面泄漏事故,详尽分析了事故发生原因,从而制定出相应的预防措施,提高大型循环流化床锅炉运行的可靠性,以达到提高锅炉安全性为目的,减少设备损坏事故,最大限度地增加企业效益。

循环流化床 锅炉 泄漏 措施

CFB锅炉具有煤适应性能好、运行效率高、污染物排放少等特点,它能燃烧泥煤、焦炭、无烟煤、垃圾等各种品质燃料,并且能直接将石灰石等脱硫剂添加到床内,其脱硫效率很高能达到85%～90%。这种炉型是当前电厂朝着环保节能型方向发展的主要设备之一。但目前CFB锅炉存在受热面磨损严重、防磨措施不力的问题,许多锅炉运行时间不长即出现受热面壁管磨损、爆管泄漏等问题,这不仅对锅炉的安全运行造成很大的影响,还会对循环流化床锅炉的日常运行造成影响,会增大锅炉的运行维护成本,降低的机组利用效率,从而对企业造成很大的经济损失。本文根据CFB锅炉存在的问题及自身的实际情况,提出一些完善措施和建议。

1 国内大型流化床锅炉运行的现状

据调查:国内首台1025t/h循环流化床锅炉投产当年就数次发生爆管事故,秦皇岛发电有限责任公司的5、6号机组是采用型号为DG1025/17．4-II1的300MW亚临界机组循环流化床锅炉,是国内首批投运的300MW循环流化床锅炉。6号锅炉在投产调试期间发生1次水冷壁爆管,随后再次发生高温再热器爆管现象,5号锅炉在连续运行80天后,出现大面积水冷壁磨损减薄现象,补焊小修了将近百余处。2009年6月华能北方联合电力蒙西发电厂#2炉外置床高再发生泄漏,大面积割管更换,耗费大量物力财力,由此可见防磨防爆工作严峻。

2 原因分析

2.1 炉膛四角水冷壁磨损原因

引起循环流化床锅炉炉膛四角区域水冷壁磨损的主要原因是:在角落区域,固体物料沿着面向下流动,其浓度比较高,当流动状态受到破坏后,就引起水冷壁磨损现象。同时由于汇集在直角区域的颗粒会对金属表面进行剧烈的碰撞,从而造成增大冲击磨损的机会,这也会造成水冷壁磨损现象的发生。

2.2 外置床管壁磨损原因

在外置床运行过程中,由于运行风速比临界流化速度要高,加上外置床中燃烧现象比较少,因此,外置床的磨损问题比炉内受热面要轻。引起外置床管壁磨损的主要原因是微震磨损引起的,在常温下,传热管和支撑件比较牢固,不会出现相对运动；但在高温下,传热管和支撑件之间会产生相互垂直运动,从而引起微震磨损,造成管壁的磨损。停炉检查发现,在外置床内管卡安装的位置,其管壁磨损比较严重,主要原因是管卡与管壁固定不牢固,产生微振磨损。

2.3 水冷壁防磨凸台上部磨损原因

水冷壁循环流化床锅炉炉膛中心区域呈上升流状态,而边壁周围呈下降流状态,为有效地避免循环灰冲刷水冷循管,减少磨损下现象,经常会将灰贴壁堆积到水冷壁防磨凸台上,形成约45°的自然堆积角。在水冷壁防磨凸台上部过渡区内,循环灰自由下落在水平凸台上所形成斜坡,被称为“软着陆”区域,由于300MW循环流化床锅炉为双炉膛设计,在中部浇筑水冷分隔墙两侧的物料会不停交换,达到动态平衡,从而维持炉膛物料相同,由于分隔墙上部物料会不断的发生横向流动的现象,就会造成水冷壁防磨凸台上部冲刷磨损。

3 应对措施

影响循环流化床锅炉受热面磨损的因素主要有锅炉的设计、施工、调试、运行、维护、燃料的性质、床料的性质、物料的循环方式、锅炉运行参数、受热面结构及布置方式等,制定的防磨措施可以从这几个方面进行分析。

3.1 设计方面

在锅炉下部水冷壁折弯处是锅炉厂设计的密相区水冷壁耐火耐磨可塑料或浇注料的终结处,大量早期投运的CFB锅炉中,在这个终结处的水冷壁磨损现象比较严重。CFB锅炉在实际运行中,让管区域上部一定高度区域的水冷壁磨损现象比较严重,而锅炉制造厂设计的水冷壁耐磨材料终结处以上一定高度区域和炉内各角部区域容易发生受热面管子磨损爆管的现象。在后期制造的CFB锅炉中,在这个结节处采用让管技术,使贴壁灰流直接冲刷耐火耐磨可塑料或浇注料,这样就不会出现水冷壁磨损现象；对早期采用水冷壁让管技术的锅炉,可以在耐火耐磨材料终结处上部一定高度的四面水冷壁上设置凸台,可以在垂直水冷壁上设置凸台,这样就能达到一定的防磨效果。

3.2 施工方面

在施工方面首先要注意的是材料选择问题,目前国内有很多厂家可以生产耐高温耐磨浇注料,并且材料的种类也很多,由于在不同温度下的浇注料耐磨性能有很大的差别,如有的材料在850～950℃温度区耐磨现象比较低,但在1400～1600℃范围内耐磨现象最严重,因此,选择合理的材料是十分重要的。选好施工材料后,要注意施工质量的控制,在施工过程中要注意:(1)金属和浇注料的接触面需要涂刷沥青；(2)要采用灰浆将拉钩砖的拉钩槽间隙填满；(3)耐磨耐火砖的灰浆缝要小于2mm；(4)要采用灰浆将耐磨耐火砖的缝隙填满,避免锅炉在运行过程中烟气乘隙而入,对耐磨耐火衬造成蚀损；(5)靠近推扳的的砖都要设置拉钩,并且在所有支撑托板上,下一层砖都要设置成长形砖,同时要配合膨胀缝,形成一个稳定的炉墙体整体；(6)在砌筑耐磨耐火砖时,尽量不要切割砖,如果必须切割砖,要保证切割量不能超过砖的1/2,如不能满足施工,可同时切割两块砖；(7)在砌砖过程中,要应用胶、木锤轻敲砖,确保砖紧密结合,但不能使用铁锤敲砖；(8)砖之间的灰浆缝隙要采用耐火灰浆进行填充,如果砖角、端面发生破碎现象,需要用好砖代替破损的砖；(9)在进行耐磨耐火浇注料施工时,要严格控制加水量,采用的水氯离子含量不应超过150ppm,PH值要控制在6-8,严禁使用不洁净的水,在搅拌过程中,必须保证搅拌均匀；(10)在进行浇注料施工时,要保证施工器具干净清洁,不被化学污染。

3.3 调试方面

由于锅炉中砌筑着大量的定型耐火砖和大量的浇注料,其中均含有相当足的水分,靠常温是难以达到要求的,所以必须经过烘炉才能清除水分,这一过程要根据环境条件和炉体状态、耐磨耐火材料特性,制定烘炉曲线图,按图进行烘炉过程,以达到缓慢加温、使衬里材料的水分缓慢挥发,使衬里材料的物理特性、化学反应更趋合理和完善,使耐磨耐火材料的性能达到稳定和最理想,以适应其在长期高温下稳定。否则将使衬里材料因受压力而引起裂纹、变形甚至损坏,严重时产生大面积脱落,所以烘炉的效果直接关系到衬里的使用寿命。目前,很多电厂普遍采用烘炉机烘炉,既经济,又安全,同时节省人力。

3.4 运行调整方面

(1)启停炉时的控制,锅炉启动一般锅炉厂家的锅炉说明书对锅炉的启动程序和各部温升控制都有了明确的规定和说明,但对浇注料来讲,由于其温度特性决定,其与锅炉其它材料的部位、部件的温升是有差异的,所以启炉时应兼顾到不同材料的温度特性,在启炉后因温度特性差异,膨胀量不一致,浇注料产生裂隙,而造成锅炉进入运行阶段,锅炉墙体泄漏。锅炉运行中应尽量使负荷保持平稳,这样炉温没有多大变化一则耐磨耐火浇注料处于相对稳定的工况下,有利于延长其运行寿命,如果运行负荷调整,则应尽量平缓运行,以避免浇注料因温升差异而产生裂纹,影响其使用寿命。锅炉停炉时应平缓的滑停,使浇注料的温度平缓降低避免其产生断裂纹。

(2)运行参数的调整,冲蚀磨损是炉内金属磨损的主要表现,产生磨损的主要原因是,灰粒具有动能,能撞击炉内壁,灰粒动能大小与其速度的平方成正比,同时,灰浓度、灰粒撞击频率、灰粒撞击物体的相对速度等都会对磨损造成影响。因此我们首先采取降低烟气流速的办法才减轻受热面的磨损,300MW循环流化床锅炉入炉风量可以分为一次风、二次风、高压流化风等几种情况。其中一次风的主要作用是流化床料,为燃料的燃烧提供充足的氧气；二次风的主要作用是助燃,实现燃料分级燃烧；高压流化风的主要作用是为回料器、外置床、冷渣器等提供流化风。科学、合理的配风,能有效地保证燃料的充分燃烧,降低烟气流速,因此,在选择风量时,需要根据最小流化风量试验结果,结合实际情况,综合考虑燃烧效率、脱硫效率,在保证安全的情况下,制定符合自身实际情况的300MW循环流化床锅炉的一次风量调节曲线、二次风量调节曲线和高压流化风量调节曲线。通过科学的试验,制定合理的控制措施,从而有效地控制入炉煤粒度。

(3)锅炉启动前需要加入近600t床料,称为启动床料,其粒径、形状、硬度、成分直接影响磨损状况。首先启动床料入炉前应筛分,并取样做筛分试验,验证其粒度是否符合床料粒度级配要求；其次,优先选用炉渣作启动床料。一般来说,启动床料可以选用炉渣或河沙,但不同成分的床料其硬度是不同的。河沙虽然粒度均匀,但Si和Al成分较高,对受热面的磨损性强。所以,启动床料应优先使用筛分过的炉渣。

3.5 检修维护方面

(1)在进行金属表面处理时可以从表面打磨和喷涂两方面进行。金属表面打磨能有效地减少炉内受热面冲蚀磨损现象,因此,水冷壁补焊结束后,都要做好打磨焊缝工作,确保焊补部位光滑平整。喷涂技术能有效地避免磨损现象的发生,金属涂层的硬度比基体的硬度要大,在高温下,可以生成坚硬、紧密、化学稳定性良好的氧化层,从而防止磨损现象的发生。

(2)在进行受热面泄漏处理时,要及时发现泄露现象,从而有效地减小损失,为检修争取时间,由于循环流化床锅炉的运行环境比较恶劣,周围噪音较大,发生泄漏现象后,不容易发现。因此,可以在炉膛、尾部烟道、外置床等受热面安装相应的监控泄漏设备,从而及时发现受热面泄漏现象,防止泄漏事故的扩大。

(3)采用销钉和耐火耐磨浇注料构建凸台,然后利用销钉将凸台固定在水冷壁上,并沿水冷壁高度方向多阶布置防磨装置,这样能有效地降低了炉膛贴壁流灰的浓度和下流速度,从根源上减少了水冷壁磨损现象。这种防磨装置具有安装简单、施工方便、投资成本低、不需要大量改造炉膛水冷壁、运行安全稳定、检修方便、能增加水冷壁管使用寿命等优点。以135MW CFB锅炉机组为例,水冷壁的总受热面积为1200m2,采用这种防磨装置后受热面积能减少20m2,安装完成后,当锅炉运行6个月后,在炉膛水冷壁管上随机抽查20～30个点进行检查,同时,在相同情况下,对没有安装这种装置的炉膛进行检查,对比发现:安装防磨装置的炉膛抽查点管壁的减薄厚度比没有安装这种装置的炉膛的减薄厚度小,并且80%抽查点管壁减薄厚度小于1．2mm；锅炉运行一年后,再次进行抽样检查,发现80%炉膛抽查点管壁的减薄厚度小于2．4mm。

4 结语

国产化大型CFB锅炉已有几年投运时间,该炉型确有煤种适应性广,燃烧稳定,运行周期长,热效率较高,负荷调节比大,调节方便、迅速,床温控制稳定,易达到较好的脱硫效果等优点。针对暴露出的一些具体问题,如炉内飞灰浓度高,对流受热面磨损大,浓相区水冷壁及风帽磨损腐蚀严重,防磨措施不完善等问题,经过我们不断的改进和改造,已经取得了一些成功的经验,但要真正地解决防磨问题还需从多方面入手,既要治标又要治本,既要好的防磨效果又要控制成本,使我国CFB锅炉的防磨技术达到先进水平,为将来实现大型化取代煤粉炉打下良好基础

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