循环流化床锅炉防磨损技术初探.doc

申 报 论 文（中级）题目 循环流化床锅炉防磨损技术初探 单 位：南江煤电有限责任公司姓 名： 吴 登 申报专业： 热动力 2015 年 月 日 摘 要 循环流化床锅炉具有高效、低污染、调节灵活、煤种适应广、炉渣综合利用率高等特点。特别是环保方面的实用性，使得这种锅炉近年来在电站和热电联产项目上应用广泛。循环流化床锅炉与传统的煤粉炉不同，在循环流化床锅炉运行中，含有燃料、燃料灰、石灰石及其反应产物的固体床料，在“炉膛-返料器-炉膛”这一密闭循环回路里处于不停的高温循环中；同时，在炉膛内床料在重力的作用下，不断地进行上、下往复循环运动；因此，在循环回路的相应部分及受热管件会产生一定的磨损。磨损严重影响锅炉安全运行，使得锅炉运行维护费用增大，机组利用率低，给企业带来损失。本文结合南江煤电有限责任公司煤矸石电厂循环流化床锅炉磨损的原因，针对磨损现象采取必要的措施。 关键词 循环流化床 防磨损一、前言 南江煤电有限责任公司电厂建设于1992年，属于资源综合利用电厂，燃料全部使用矿井煤矸石，担负着矿井、生活区的供电任务及供热。由于原有的沸腾锅炉热效率低、污染严重、制约了企业发展。2008年公司对原有的两台沸腾锅炉分别改造为两台cg25/2.45-mx型循环流化床锅炉。投产两年以来，1#、2#锅炉受热面及炉墙有不同程度的磨损，由于水冷壁磨损严重，1#水冷壁爆管频繁发生，以至于最长连续运行时间很难达到三个月，严重影响了公司的经济效益。为此，本文从检修质量和运行工艺调整两方面进行分析，并提出相应的措施，控制磨损，以提高锅炉的可靠性与经济性。二、循环流化床锅炉炉膛磨损机理与影响因素 1、磨损的概念与形式： 在循环流化床锅炉中大颗粒燃料由于机械作用或伴有化学或电的作用，物体工作表面材料在相对运动中不断损耗的现象称为磨损。根据磨损机理不同，磨损一般可分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损等。流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损称为冲蚀（或冲击磨损）。冲蚀又有两种基本类型，分别叫做冲刷磨损和撞击磨损，这两种磨损的冲刷表面流失过程的微观形貌是完全不同的。冲刷磨损是颗粒相对固体表面冲击角较小，甚至接近平行，撞击磨损是指颗粒相对于固体表面冲击角度较大，或接近垂直时，以一定的速度撞击固体表面使其产生微小的塑性变性或显微裂纹。磨损又可分为两物体磨损、三物体磨损。在两物体磨损中，固体依靠自身动量撞击并冲刷壁面，在三物体磨损中，沿壁面运动的固体粒子受到粒子团的冲击，而粒子团则利用前者作为磨损介质来磨损受热面。外层粒子将第一层粒子挤向表面粒子根据自身动力磨损表面粒子磨损管子 两物体磨损 三物体磨损2、磨损的影响因素 循环流化床锅炉中煤灰颗粒对锅炉耐火材料及受热管件的磨损属于颗粒流的冲蚀，既有颗粒对炉内耐火材料的撞击，又有高浓度含灰气流对受热面表面的冲刷。冲击磨损是指由于颗粒流撞击或在表面滑动所引起的质量损失，在很大程度上取决于颗粒的尺寸、颗粒的形状、冲击速度、冲击角度、供料量、颗粒的强度及硬度等，下面简要讨论这些因素对材料磨损的影响： 颗粒尺寸的影响：已有研究结果表明磨损程度受颗粒动能的影响，大颗粒冲击管壁的磨损能力较大。影响颗粒大小的因素有煤粒大小、石灰石颗粒大小等。 颗粒形状的影响：一般认为带有棱角的颗粒比近似球形的颗粒更具磨蚀性，通常认为随颗粒圆度的增加磨损量减少，然而颗粒的形状并非设计人员能控制的。 颗粒撞击表面可能性系数的影响：对表面有冲击作用的颗粒份额是决定管壁磨损程度的关键因素。颗粒对壁面的冲击行为没有定论，至今仍不能精确度量颗粒的浓度、轨迹及其停留时间。颗粒浓度由炉膛高度及尺寸、流化速度、固体物料量、颗粒的大小形状及其均匀度等共同决定，这些因素也是相互制约的。 颗粒硬度的影响：当颗粒硬度比被磨材料的硬度低时，磨损率通常很低；当颗粒硬度接近或高于被磨材料的硬度时，磨损率会迅速增加；此时颗粒硬度再继续增加则对磨损影响不显著。颗粒的硬度由进入床层的煤粒、灰粒、石灰石颗粒等共同决定，又随煤灰组分不同而变化。对于循环流化床锅炉，必须引起注意的是床料在炉内停留一段时间后其表面会生成一膜层，其硬度要大大高于新鲜床料的硬度，因此在循环流化床中，受热面的磨损将主要取决于床料表面磨层的厚度。 供料量：供料量的增加意味着颗粒浓度的增加，其他条件相同情况下，颗粒浓度增加冲击管壁的磨损能力随之变大，循环流化床锅炉高的循环倍率虽然可以提高燃烧效率，增强传热效果，但同时高的循环倍率也决定了烟气中高浓度的固体颗粒和严重的磨损。 冲击速度：颗粒的流速是在设计人员所能控制的，如二次风喷嘴、床层横截面及炉膛出口通向旋风分离器处的颗粒速度等直接由设计人员控制着。沉降到管壁的颗粒冲击速度由其自身重力及炉膛高度决定，设计人员可以通过选择合适的流化速度及颗粒携带量来控制颗粒的冲击速度。 冲击角度：通常冲刷磨损随冲击角度的减小而减少，但锅炉实际运行中的冲击角度是很难确定的，只有在流动模型中可以控制冲击角的大小从而减轻对磨损的影响。 除上述各影响因素外，磨损程度还与被冲击表面的材质有关，同等条件下，材质耐磨性能越好，磨损量愈小。 三、防磨措施 1、被动防磨措施 为减轻防磨，通常可以分别从降低颗粒下滑高度，降低灰浓度角度，保持受热面表面平滑，提高水冷壁表面硬度等方面来采取防磨措施。通常采用的措施有： （1）通过加焊挡板，增加耐火平台，加焊直向和横向防磨片，加焊防磨槽可以降低颗粒下滑高度，使下行物料在下行过程中减慢速度，破坏稳定的边壁层，并能在挡板，平台上自然堆积，形成软着陆区，减缓烟气与物料对水冷壁的冲刷。 （2）通过采用改变水冷壁几何形状的方式可以保持受热面表面平滑，让管防磨可以使固体物料沿壁面平直下流，消除了易磨区。 （3）通过对易磨区水冷壁管进行防磨喷涂可以提高水冷壁表面硬度,在金属表面形成硬致密的氧化层,有效减少水冷壁管的磨损和爆管。 通过对以上被动防磨措施的分析与选择，并结合考虑成本及本厂设备实际情况，煤电公司电厂从被动防磨角度来考虑， 采用喷涂和加防磨瓦，具体是在耐火防磨以上1.5m范围内采用超音速电弧防磨喷涂技术进行耐磨喷涂，尤其对水冷壁焊口等局部不规则表面上喷涂耐磨材料。通过技术论证，其喷涂材料采用目前国内比较先进的lx88a超硬耐磨电弧喷涂材料。该喷涂材料是由陶瓷硬质相与塑性向相组成的粉芯丝材，涂层硬度很高。由于电弧喷涂的喷涂速度越高，涂层化学成分和硬质相含量易调整，沉积效率高等优点以及热膨胀系数与普通低碳钢和低合金的热膨胀系数接近，可避免再热循环过程中由于热应力作用而造成涂层剥落。彻底消除水冷壁表面存在的缺陷。 2、主动防磨措施 从主动防磨角度来讲，需要调整灰浓度、风量、灰粒粒度等运行参数以降低受热面的磨损。我公司25t/h循环流化床锅炉在满负荷下的一、二次风比例6：4，炉膛出口含氧量偏高，达到了5.4%，且炉膛负压偏大。可以看到，由于风量过大，使得炉膛过剩空气过多，含氧量偏高，并且相应增大了炉内烟气流量，使得炉膛内烟气流速过高，造成烟气携带物料量过多，颗粒动能增加，使得循环流化床锅炉稀相区颗粒浓度偏高，造成了炉膛过渡区上部稀相区磨损较为严重。因此调整了部分运行参数，在保证锅炉出力的情况下，降低了一、二次风总量，并调整了一、二次风的比例，比例调整为5.5:4.5左右，而在控制炉膛出口含氧量在34%之间。降低了炉膛内烟气流速，使得磨损量大大降低。 四、防磨效果 通过从被动防磨和主动防磨两个角度来进行改进，在炉膛及尾部烟道等易磨区域都采取了相应的防磨措施，尤其对卫燃带与水冷壁管过渡区域进行了喷涂技术的改造，并在被动防磨的基础上对锅炉的运行进行控制降低磨损。 在炉膛过渡区采用让管技术，效果良好，并在上部喷涂了1.5m高防磨涂层。 采用了上述措施后，南江煤电公司电厂25t/h循环流化床锅炉基本上消除了水冷壁磨损严重的情况，运行近3年没有发生爆管事故。停炉对水冷壁进行检查时仅有磨光现象。通过巴中锅检所进行检测，管壁厚度完全符合特种设备要求。五、结 论 循环流化床锅炉中煤灰颗粒对锅炉炉膛受热面的磨损属于颗粒流的冲蚀，既有颗粒对炉内耐火材料的撞击，又有高浓度含灰气流对水冷壁表面的冲刷。磨损在很大程度上取决于颗粒的尺寸、颗粒的形状、冲击速度、冲击角度、供料量、颗粒的强度及硬度等。 通过实际观察与分析得出，南江煤电公司电厂25t/h循环流化床锅炉由于卫燃带与水冷壁交界的过渡区内固体物料沿壁面下流，而已炉内向上运动的物料运动方向相反，因此在这个区域会产生涡流，而下行物料在此区域流动方