袁永功

(即墨市熱電廠,山東即墨 266200)

75T/H循環(huán)流化床鍋爐水冷壁防磨技術(shù)探討及應(yīng)用

袁永功

(即墨市熱電廠,山東即墨 266200)

針對我廠循環(huán)流化床鍋爐水冷壁出現(xiàn)的磨損問題,本文研究分析了其磨損的形式及原因,并實施了一些防磨技術(shù)改造措施。實踐證明,這些防磨措施效果比較理想,能有效地降低循環(huán)流化床鍋爐水冷壁的磨損,保證了循環(huán)流化床鍋爐的安全性和經(jīng)濟性。

循環(huán)流化床 鍋爐 防磨

循環(huán)流化床鍋爐采用了高效、節(jié)能、低污染的燃煤新技術(shù),已在國內(nèi)外得到廣泛的推廣和應(yīng)用[1]。其磨損問題一直制約著它的長期安全經(jīng)濟運行。公司現(xiàn)有三臺無錫華光鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的中溫中壓75T/H循環(huán)流化床鍋爐和一臺58Mw循環(huán)流化床熱水鍋爐。自2004年以來,水冷壁的磨損主要集中在爐膛密相區(qū)、爐膛四角區(qū)域及水冷壁與衛(wèi)燃帶過渡區(qū)。針對水冷壁磨損問題,我廠實施了一些改造措施,也獲得了一定成效。

1 超音速電弧噴涂

超音速電弧噴涂是在兩金屬絲之間形成電弧,通過超音速氣流,把熔化的金屬微粒噴射沉積在金屬表面,形成具有耐磨、抗蝕性能的涂層,具有優(yōu)異的耐磨和耐高溫性能。

需要注意的是,工藝控制不規(guī)范可能導(dǎo)致噴涂層與基體結(jié)合面分離、爆裂。電弧噴涂的材料跟母材的材質(zhì)差距較大,使用打底材料不易于發(fā)生涂層龜裂等現(xiàn)象。同時要避免噴槍過長時間停留在涂層表面而形成過熱,避免使母材的晶粒粗大,使材料的焊接難度加大。相應(yīng)的預(yù)防措施分別為有效噴砂、打底、母材內(nèi)充水以及分區(qū)間斷施工等。

自2006年始我廠4臺鍋爐的衛(wèi)燃帶以上1．5米以下水冷壁向火面均進(jìn)行了噴涂,一次噴涂可使用二年左右。實踐證明,電弧噴涂防磨技術(shù)對于爐膛密相區(qū)的整體防磨有一定效果,每次計劃停爐后僅重新修復(fù)個別沖刷嚴(yán)重的噴涂部位即可,大大延長了水冷壁的整體使用壽命。

2 水冷壁防磨圈梁

循環(huán)流化床物料分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán),內(nèi)循環(huán)的物料量是外循環(huán)的3-5倍。內(nèi)循環(huán)中床料及飛灰順著爐膛四周的水冷壁快速下降形成“貼壁流”,貼壁流對水冷壁管造成嚴(yán)重磨損。目前研究表明物料對管壁的磨損速率與其速度、濃度及粒度關(guān)系為:

式中:E─磨損速率,μm/100h；

k—灰特性系數(shù)；

U─物料速度,m/s；

d─物料顆粒直徑,m；

μ─物料濃度,g/(m2·s)；

從磨損機理來看,磨損量與物料速度的3次方成正比。因此,從降低物料速度的角度考慮減緩磨損的措施將更為有效。

從生產(chǎn)實踐中我們發(fā)現(xiàn)爐膛越往下磨損越厲害,這主要是由于爐膛下部物料流動的速度更高所致。自由落體物體下落高度與速度的2次方成正比。所以,越接近爐膛的底部,物料末速度就越大,磨損也就越嚴(yán)重。

從以上方面考慮,我們采用在爐膛間隔一定的距離加設(shè)防磨圈梁的改造措施。再結(jié)合圈梁的凸臺設(shè)計,使其存有一定量的灰渣,后降落的灰渣會先沖擊前面留存的灰渣,而代替沖擊水冷壁管的一種軟著陸方式。

在均無防磨噴涂的情況下,從防磨圈梁實施前后鍋爐均運行300天比較,加裝防磨圈梁前衛(wèi)燃帶以上1米處90%水冷壁管減薄量超過0．3mm,實施后衛(wèi)燃帶以上1米處水冷壁管厚度基本沒有變化。

唯一問題就是經(jīng)過長時間連續(xù)運行后,每道水冷壁圈梁根部的水冷壁管出現(xiàn)了輕度的減薄痕跡,如果結(jié)合超音速電弧噴涂技術(shù),每次大修時僅需要及時修復(fù)此處的涂層即可。

3 衛(wèi)燃帶頂部水冷壁讓管設(shè)計

衛(wèi)燃帶與膜式壁交界處的磨損是傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐磨損最嚴(yán)重的部位。水冷壁讓管的設(shè)計是在衛(wèi)燃帶以上,水冷壁提前彎曲在與衛(wèi)燃帶交界處預(yù)留一定的間隙。物料落點處于澆注料上面的間隙處,從根本上避免了其對水冷壁的強烈沖刷,既能防止因高速的物料流動方向改變而受到的沖擊,又能防止物料的渦流對水冷壁的磨損。

目前我廠鍋爐均已采用了讓管設(shè)計,但在運行初期仍然出現(xiàn)過此類磨損問題。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)系澆注料施工不規(guī)范所致,因此衛(wèi)燃帶澆注料的規(guī)范施工也是其中關(guān)鍵的一步。澆注料施工需嚴(yán)格按照鍋爐廠的耐火材料施工要求規(guī)范施工。

4 爐膛四角澆注料填充

由物料在流化床爐膛的流場分布可知,爐膛存在一個高灰濃度、沿水冷壁向下流動的邊壁區(qū),水冷壁的磨損主要是由顆粒沿邊壁區(qū)向下流動引起的,而爐膛水冷壁的四角區(qū)域物料量最大,所以磨損也最為嚴(yán)重。

我廠鍋爐均出現(xiàn)過爐膛四角磨穿稽片漏灰問題,附近水冷壁也被沖刷出深溝,減薄現(xiàn)象嚴(yán)重。為了防止以上部位的磨損,我們使用澆注料沿爐膛四角向上砌筑一定的高度,經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)此方法確實能有效保護(hù)原裸露并磨損嚴(yán)重的底部水冷壁,但試驗爐(#3爐)爐膛四角只有西南、西北兩角進(jìn)行了爐膛四角澆注料砌筑處理,卻恰恰是此兩角因磨損嚴(yán)重進(jìn)行了換管處理。究其原因,是由于砌筑的澆注料頂部形成“凸臺”,物料下降過程中遭遇凸臺后會改變流動方向,并形成局部渦流,加之物料流動濃度、速度較大從而在凸臺處造成磨損。

預(yù)防改進(jìn)措施為根據(jù)爐型和運行方式,適當(dāng)提高砌筑澆注料的施工高度,避免頂部凸臺出現(xiàn)在爐膛物料密相區(qū),同時加強停爐檢查,發(fā)現(xiàn)較大沖刷要及時進(jìn)行補焊并打磨平整。如能在凸臺處進(jìn)行焊補護(hù)瓦和超音速電弧噴涂將會收到更好的防護(hù)效果。

5 其他措施

(1)合理調(diào)整一次風(fēng)和二次風(fēng)配比,合理分配二次風(fēng)各風(fēng)管的風(fēng)量,控制二次風(fēng)風(fēng)速,避免因高風(fēng)速而造成的對爐膛水冷壁的沖刷。

(2)選用硬度較低的原煤,減少煤矸石等堅硬顆粒的比例,降低物料的硬度。

6 結(jié)語

通過對我廠鍋爐出現(xiàn)的循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損問題的分析、研究及技術(shù)改造嘗試,大大減少了鍋爐因水冷壁磨損而造成的運行故障,提高了循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備的利用效率,降低了維修費用,保證了循環(huán)流化床鍋爐的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

[1]岑可法,倪明江,等.《循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行》.中國電力出版社,1998.5.

袁永功,碩士,工程師,2009.5-2014.7擔(dān)任青島新源熱電有限公司,鍋爐專工,2014.8至今擔(dān)任即墨市熱電廠,安全環(huán)保部副部長。