李志強(qiáng)
(陽(yáng)泉煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司, 山西 太原 030006)
近年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越高,對(duì)各行業(yè)各領(lǐng)域的設(shè)備環(huán)保性能提出了更高的要求。鍋爐作為供暖、鋼鐵等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備,其在燃燒煤炭過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體,嚴(yán)重威脅著周邊居民的居住環(huán)境。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中除了采用先進(jìn)的排放技術(shù)減少污染外,還可采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)減少有害氣體的產(chǎn)生[1]。循環(huán)流化床技術(shù)作為當(dāng)前新一代潔凈燃燒煤炭技術(shù),已經(jīng)在全球范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用,尤其已成功應(yīng)用于鍋爐中。
循環(huán)流化床鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤炭的多次循環(huán)燃燒,延長(zhǎng)煤炭在爐膛內(nèi)停留的時(shí)間,具有較強(qiáng)的燃燒效率。此外,循環(huán)流化床鍋爐具有燃燒劣質(zhì)燃料、良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能等優(yōu)勢(shì)[2]。為進(jìn)一步提升循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率及使用壽命,本文將著重對(duì)其在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行改造。
由于循環(huán)流化床鍋爐在設(shè)計(jì)初期存在弊端,導(dǎo)致其在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在壽命不滿足要求的問(wèn)題。盡管,循環(huán)流化床鍋爐在使用過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知,常見(jiàn)的循環(huán)流化床鍋爐的磨損具體可歸納為以下幾點(diǎn):
1)循環(huán)流化床鍋爐的中心筒出現(xiàn)變形、串漏、脫落以及歪斜。
2)循環(huán)流化床鍋爐的風(fēng)帽存在漏渣的現(xiàn)象,且風(fēng)帽的使用周期短。
3)循環(huán)流化床鍋爐的水冷壁被磨損。但是,由于鍋爐的熱負(fù)荷小,水冷壁被磨損的情況相對(duì)較輕。
4)循環(huán)流化床鍋爐爐膛錐段上部分出現(xiàn)磨損。當(dāng)設(shè)備在高料層并以較大風(fēng)速運(yùn)行時(shí)該區(qū)域磨損相對(duì)嚴(yán)重;
5)此外,在爐膛出口、兩側(cè)墻水冷壁管迎氣流方向存在單向沖刷磨損、爐膛四角及頂部均存在不同程度的磨損[3]。
初步原因分析:導(dǎo)致循環(huán)流化床上述磨損現(xiàn)象主要與鍋爐爐膛的結(jié)構(gòu)、煙速、燃料種類以及進(jìn)入爐膛內(nèi)燃料粒度的直徑大小相關(guān)。
定性分析:鍋爐受熱面的磨損量如公式(1)所示:
式中:E為鍋爐受熱面的磨損量;f1為鍋爐燃料灰粒特性系數(shù);f2為不同布置型式及沖刷方式系數(shù);C為燃料飛灰的濃度;V為燃料燃燒產(chǎn)生煙氣的速度。
如公式(1)所示,鍋爐受熱面的磨損量受燃料燃燒所產(chǎn)生煙氣速度的影響因素較大。因此,除了簡(jiǎn)單控制灰粒特性系數(shù)、不同布置型式及沖刷方式系數(shù)以及飛灰濃度外,可通過(guò)控制煙氣的速度減輕對(duì)鍋爐受熱面的磨損。
此外,鍋爐受熱面的磨損還與燃料固體粒子的夾角相關(guān)[4]。經(jīng)研究可知,鍋爐表面磨損量與固體粒子夾角的關(guān)系如圖1 所示。
圖1 鍋爐表面磨損量與固體粒子夾角關(guān)系
如圖1 所示,當(dāng)燃料固體粒子與鍋爐表面的夾角為20°時(shí),鍋爐表面的磨損最為嚴(yán)重。
經(jīng)分析,循環(huán)流化床鍋爐容易磨損的位置包括有中心筒、風(fēng)帽、爐膛錐段上部區(qū)域、在爐膛出口、兩側(cè)墻水冷壁管迎氣流方向以及爐膛四角和爐頂?shù)萚5]。本文將對(duì)上述位置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
1)采用瑞典進(jìn)口的310S 材料替代原先材質(zhì),該材料能夠確保中心筒在高溫條件下的穩(wěn)定性,進(jìn)而減少其在高溫環(huán)境下的變形量;
2)將原中心筒的上粗下細(xì)的結(jié)構(gòu)(上部直徑為2 000 mm,下部直徑為1 500 mm)改進(jìn)為上部直徑為1 500 mm、下部直徑為1 300 mm,中間采用大小頭過(guò)渡的方式。改造后中心筒的分離效率得到很大程度的提升。此外,將原中心筒的三道單環(huán)防變形結(jié)構(gòu)改進(jìn)為三道槽鋼結(jié)構(gòu),并為其配置24 塊板筋。
3)將中心筒采用吊裝的方式安裝。采用8 根槽鋼托起中心筒,要求中心筒與槽鋼之間預(yù)留10 mm的膨脹縫,另一端與護(hù)板焊接的方式安裝。
目前,公司與循環(huán)流化床鍋爐配套使用的風(fēng)帽為新型節(jié)能風(fēng)帽。該風(fēng)帽的直徑為8~13 mm,安裝密度為35 個(gè)/m2。針對(duì)當(dāng)前風(fēng)帽磨損的原因,采用以下步驟對(duì)其進(jìn)行改造:將原風(fēng)帽拆卸,露出布風(fēng)板;將布風(fēng)板原先的開(kāi)口進(jìn)行均勻封堵,并將未封堵開(kāi)口的尺寸由原來(lái)直徑為25 mm 擴(kuò)大為40 mm。要求未封堵開(kāi)口呈現(xiàn)等腰三角形的布置;將風(fēng)帽安裝、焊接于剩余開(kāi)口上;在底座增設(shè)鐘罩式風(fēng)帽。此外,風(fēng)帽除采取上述步驟改造后,將渣管的材質(zhì)替代為鑄耐熱合金鋼。
1)針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛四角和爐頂磨損的問(wèn)題,可采用對(duì)關(guān)鍵位置進(jìn)行噴焊或打防磨澆筑料的方式增強(qiáng)其耐磨特性。但是,經(jīng)實(shí)踐表明:對(duì)關(guān)鍵位置噴焊處理后其使用壽命僅延長(zhǎng)為90 d。因此,可采用打防磨澆筑料的方式對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛的四角和爐頂進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)。
2)針對(duì)爐膛錐段上部區(qū)域磨損嚴(yán)重的問(wèn)題,可采用讓管結(jié)構(gòu)的方式。若現(xiàn)場(chǎng)無(wú)采用讓管結(jié)構(gòu)的條件,可在鍋爐爐膛增加阻流梳型內(nèi)梁。若現(xiàn)場(chǎng)已采用讓管結(jié)構(gòu)后仍存在爐膛錐段上部區(qū)域磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象,需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)鍋爐的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整。
3)針對(duì)鍋爐爐膛出口、兩側(cè)墻水冷壁管迎氣流方向的單向沖刷磨損嚴(yán)重的問(wèn)題,考慮是由于布風(fēng)板分布不均勻?qū)е露物L(fēng)風(fēng)速偏差而出現(xiàn)的。因此,除了針對(duì)風(fēng)帽改進(jìn)時(shí)已對(duì)布風(fēng)板進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)外,還需在水冷壁鰭片上豎向焊接阻流片的方式避免對(duì)水冷壁的磨損。其中,阻流片所選用的材質(zhì)為不銹鋼材料,且要求阻流片應(yīng)高于水冷壁管。
1)中心筒改造后,鍋爐的負(fù)荷得到明顯提升,且設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定,使用周期延長(zhǎng)為三年,直接降低了維修成本;
2)風(fēng)帽改進(jìn)后,從一定程度上降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,達(dá)到了節(jié)能生產(chǎn)的目的,且改造后風(fēng)帽的壽命延長(zhǎng)為三年,同樣降低了維修成本;
3)針對(duì)爐膛內(nèi)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及材質(zhì)進(jìn)行改造后,在試運(yùn)行期間水冷壁、爐頂以及爐膛四角的磨損量幾乎可以忽略不計(jì)。