FW技術(shù)導(dǎo)向風(fēng)帽式循環(huán)流化床鍋爐磨損問題分析及技術(shù)改造方案

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本文圖已丟失） 水冷壁的磨損是 爐中與材料有關(guān)的最嚴(yán)重的問題之一。在 爐爐膛內(nèi)，典型的流體動力學(xué)結(jié)構(gòu)為環(huán)－核結(jié)構(gòu)。在內(nèi)部核心區(qū)，顆粒團(tuán)向上運動；而在外部環(huán)狀區(qū)，固體顆粒沿爐膛水冷壁向下回流。環(huán)狀區(qū)的厚度從床底部到頂部逐漸減薄，其平均厚度從實驗裝置的幾毫米到大型 爐的幾十厘米。固體物料沿水冷壁的向下回流是水冷壁產(chǎn)生磨損的主要原因。水冷壁的嚴(yán)重磨損與回流物料量的大小和方向突然改變有密切關(guān)系。通常方向突變的部位有： 1、水冷壁衛(wèi)燃帶轉(zhuǎn)折處 ； 2、膜式水冷壁管對接和表面缺陷焊接不良，有毛刺、突起等； 3、水冷壁其它地方有凸起的部位。因此爐內(nèi)水冷壁的磨損可分為四種情形：衛(wèi)燃帶與水冷壁管轉(zhuǎn)折區(qū)管壁的磨損、爐膛四角和一般水冷壁管壁區(qū)域的磨損、不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損和爐膛出口管壁的磨損。后兩種情況給電廠帶來的磨損危害較小，故不探討。下面結(jié)合 術(shù)導(dǎo)向風(fēng)帽式循環(huán)流化床鍋爐重點探討前兩種情況。 2－ 1 爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁轉(zhuǎn)折區(qū)域的管壁磨損 隨著 爐的用量加大，投運日期變長，國內(nèi)運行的 爐在爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管壁交界處的磨損現(xiàn)象越來越嚴(yán)重 。國外各主要 爐制造公司（ 生產(chǎn)的鍋爐也都發(fā)現(xiàn)了磨損現(xiàn)象。 這類磨損的機(jī)理有以下幾個方面 :一是在該區(qū)域內(nèi)壁沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上運動的固體物料運行方向相反，因而在局部產(chǎn)生渦漩流；二是由于沿壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流動方向的改變，因而對水冷壁產(chǎn)生磨損（如圖所示）。水冷壁與衛(wèi)燃帶交界區(qū)域內(nèi)水冷壁管壁的磨損并不是在爐膛四周均勻發(fā)生，而是與爐內(nèi)物料總體流動形式有關(guān)。 圖 循環(huán)流化床鍋爐耐 火材料與水冷壁管轉(zhuǎn)折區(qū)域的磨損機(jī)理 現(xiàn)有的防磨措施為： 1、采用讓管設(shè)計。該設(shè)計在一定程度上能預(yù)防水冷壁的磨損，但是仍存在許多問題，如讓管與非讓管的結(jié)合問題、施工難度大焊口多、不能防止風(fēng)室漏灰和從技術(shù)上根本改變水冷壁及風(fēng)帽磨損的原因等。 2、采用厚壁水冷壁管，在 420t/h 及以上容量的鍋爐上管壁由 Φ51× 6 改到 Φ60× 8。 3、在水冷壁上加焊鰭片來破壞向下流動的固體料流，從而達(dá)到防磨目的。實踐證明，效果不是很理想，極易產(chǎn)生新的磨損點。 4、在衛(wèi)燃帶以上 3鍋設(shè)計的 130t/h 鍋爐后墻雖然耐磨耐火 可塑料高達(dá) 在離衛(wèi)燃帶3m 甚至接近 5m 的高度內(nèi)水冷壁管子沖刷也相當(dāng)嚴(yán)重，特點是磨損區(qū)域不固定，個別管子的磨損呈刀削磨痕，深達(dá) 2上）的范圍內(nèi)對水冷壁管壁進(jìn)行超音速電弧噴涂，噴涂防磨防腐金屬合金材料，以延長使用壽命。在運行的多數(shù) 爐電廠中，實踐證明該方法是目前解決燃燒室水冷壁防磨的技術(shù)含量較高、解決時間較短而且很經(jīng)濟(jì)的方法。金屬表面噴涂能防止磨損主要有兩個方面的原因：第一，涂層的硬度較基體的硬度大；第二，涂層在高溫下會生成致密、堅硬和化學(xué)穩(wěn)定性更好的氧化層，且氧化層與基體結(jié)合更牢固。 我公司防磨噴涂技術(shù)領(lǐng)先，材料先進(jìn)，已為多家電廠施工并受到用戶青睞。 對于燃燒室內(nèi)水冷壁接口焊縫處，如果凸凹不平，不僅加快連接部位的焊口和鰭片的磨損，而且還對附近的水冷壁管子造成嚴(yán)重磨損。這是由于爐內(nèi)循環(huán)物料沿水冷壁向下流過凸臺時改變方向，直接沖刷水冷壁管子的某個部位，造成該處水冷壁快速沖刷磨損。同樣，鰭片處由于安裝時向外凹陷，此處物料碰撞發(fā)生轉(zhuǎn)向?qū)Ⅵ捚瑑蓚?cè)的水冷壁磨損。為了減輕水冷壁嚴(yán)重磨損，在水冷壁上應(yīng)避免有凹凸不平的情況，向火面焊縫要磨平，保證光滑，鰭片處應(yīng)避免安裝時向外凹陷，即使一個尺寸很小的焊接凸凹 缺陷，也會加速該處水冷壁管子的磨損。 2－ 2 爐膛四角和一般水冷壁區(qū)域的磨損 在許多已運行的 導(dǎo)向風(fēng)帽式 爐中，發(fā)現(xiàn)爐膛四角區(qū)域和一般水冷壁磨損問題相當(dāng)嚴(yán)重，因之停爐的比例高達(dá) 90％左右。磨損部位不僅只在衛(wèi)燃帶以上兩米以內(nèi)，而且還出現(xiàn)在更高位置。其特點是磨損位置不固定，隨風(fēng)帽堵塞及損壞程度、設(shè)計因素、運行方式和燃料特性的不同而變化無常，一般防治措施很難湊效。并且排渣不流暢，嚴(yán)重影響了鍋爐的經(jīng)濟(jì)和安全運行．如某廠自 2002 年運行以來，僅因水冷壁磨損事故，一年下來就達(dá) 20 余次 /臺，損失是多么巨大！ 究其原因主要有以下幾點： 一、角落區(qū)域內(nèi)沿壁面下流的固體物料濃度較高，同時流動狀態(tài)易受到改變； 二、匯集在四角區(qū)域的顆粒比在一側(cè)水冷壁邊的顆粒對金屬表面碰撞造成沖擊磨損的機(jī)會大； 三、 “?！毙惋L(fēng)帽的影響（這一點下個專節(jié)具體說明）； 四、由于流化不良或局部射流所引起的磨損。 “Γ”型風(fēng)帽因磨損損壞后，在密相區(qū)就產(chǎn)生局部高速射流，射流卷吸的床料顆粒便對較高位置的水冷壁受熱面形成直接沖刷而導(dǎo)致磨損，并且較高磨損的位置，總位于風(fēng)帽易磨損的前、后墻與兩側(cè)墻交接處。 五、由于鍋爐采用定向風(fēng)帽，兩側(cè)排渣，定向送風(fēng)時造成兩個 旋轉(zhuǎn)方向相反的旋流，造成了爐內(nèi)底部循環(huán)回料系統(tǒng)的氣－固兩相流動力場紊亂，在風(fēng)帽上部形成渦流區(qū)，導(dǎo)致流化不良，飛灰含碳量高 ,加重了四角的磨損速率。在循環(huán)物料的轉(zhuǎn)彎處，大顆粒物料產(chǎn)生偏析，因而使旋風(fēng)分離器對側(cè)水冷壁部分的磨損較為嚴(yán)重。 六、運行參數(shù)的影響。在運行中要注意控制風(fēng)量，降低煙氣流速，控制床料和煤粒的篩分比，減少灰粒子濃度和粒徑，降低磨損。 第三節(jié) 布風(fēng)板 Γ型風(fēng)帽的磨損 某電廠 2＃ 爐在運行 2 個月后，曾出現(xiàn)定向風(fēng)帽磨損過半約 500 個的嚴(yán) 重事故，磨損嚴(yán)重的風(fēng)帽上部傾斜段全部磨損，利用備件部分更換和補焊。 3 個月后，因爆管停爐檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)帽又損壞 260 多個，最嚴(yán)重的風(fēng)帽水平段包括澆注料以上部分全部磨損掉。分析其原因有： 1)、由于鍋爐采用定向風(fēng)帽，定向送風(fēng)時造成兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的旋流，造成了爐內(nèi)底部空氣動力流場紊亂，在風(fēng)帽上部形成渦流區(qū)，導(dǎo)致流化不良，飛灰含碳量高（如山東某 220t/h 的 爐采用 術(shù)導(dǎo)向風(fēng)帽，飛灰含碳量高達(dá) 34％）。再加上此區(qū)域煤粒、灰渣濃度高，粒度大，流速快，所以磨損十分強烈。采用定向風(fēng)帽在設(shè)計上使后排風(fēng)帽的噴口直接對 前排風(fēng)帽 “頭部 ”吹掃，直接形成沖擊磨損。運行時間稍長，顆粒就很容易將前排風(fēng)帽的帽頂及帽身 “削 ”掉而形成射流。這樣一來，又進(jìn)一步加劇了空氣動力流場的紊亂，即影響了流化質(zhì)量，又增加了風(fēng)帽的磨損。 2）、定向風(fēng)帽的另一個弊端就是風(fēng)帽壁太?。ê穸葍H為 不耐磨損，設(shè)計不合理（只照搬 司的技術(shù)，不考慮中國綜合利用電廠燃煤煤質(zhì)、矸石磨損等的實際情況）。在正常運行，造成大量床料漏入風(fēng)室，尤其是風(fēng)帽磨損后情況更為嚴(yán)重。造成的后果有： ① 一次風(fēng)重新吹起床料高速通過風(fēng)帽，嚴(yán)重磨損風(fēng)帽水平段； ② 嚴(yán)重影響流化質(zhì)量，影響 安全運行； ③ 嚴(yán)重時壓火清渣。 3)、按 術(shù)，帶導(dǎo)向風(fēng)帽的布風(fēng)板在 100%設(shè)計阻力大都在 5上 ,設(shè)計值過大，造成選用風(fēng)機(jī)的壓頭過高，增加電耗。同時布風(fēng)板開孔率又偏?。ㄈ缒畴姀S布風(fēng)板開孔率僅為 ，使得小孔流速過高（有的達(dá)到 60m/s，大大超過一般循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計值 35m/s。如某一改造的電廠風(fēng)帽小孔流速約為 68m/s），從而造成風(fēng)帽大面積磨損，廠用電率偏高 (在 20%左右 )。 4）、運行參數(shù)調(diào)整不當(dāng)。如一、二次風(fēng)量配比，上、下二次風(fēng)的配比，風(fēng)煤配比，床溫，燃燒工況，物料循環(huán)倍率偏離 等因素。 第四節(jié) 技術(shù)改造方案 鑒于以上分析，我公司認(rèn)為造成 術(shù)導(dǎo)向風(fēng)帽式循環(huán)流化床鍋爐今日現(xiàn)狀的根本原因就在于鍋爐布風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不合理，采用定向風(fēng)帽和以后改用的鐘罩式風(fēng)帽，其設(shè)計阻力均偏大，流速過高，氣 使磨損嚴(yán)重。該爐型采用的定向風(fēng)帽和鐘罩式風(fēng)帽都是引進(jìn)美國 司專利技術(shù)生產(chǎn)的，其技術(shù)是成功的。但風(fēng)帽分為幾個流派，每種流派的技術(shù)各有其優(yōu)缺點。結(jié)合各電廠的實際情況根據(jù)煤質(zhì)、運行工況、布風(fēng)板設(shè)計特性等，對布風(fēng)板、風(fēng)帽和爐膛底部進(jìn)行必要的技術(shù)改造，是這類鍋爐改變現(xiàn)狀的極為理想的方案 少停爐次數(shù)，提高運行經(jīng)濟(jì)性，又達(dá)到大幅度降低廠用電的目的（某電廠改造后，僅一次風(fēng)機(jī)就降低了 10A，電壓為 6 鑒于其風(fēng)帽固有的缺點，因此應(yīng)改變風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)形式，改為側(cè)孔式風(fēng)帽。這種風(fēng)帽已經(jīng)用戶實踐，證明其磨損最輕，布風(fēng)最均勻，應(yīng)用最廣。某電廠在改造十個月后停爐檢查發(fā)現(xiàn)，原來較易磨損的區(qū)域都還基本保持原狀，從沒因磨損原因造成停爐檢修事故。我公司技術(shù)改造設(shè)計主要優(yōu)點有： 1、從結(jié)構(gòu)上講，可使布風(fēng)更加均勻，有效改善流化質(zhì)量，促使底部粗顆粒的擾動，避免底料沉積，減少灰渣含碳量，從而提高鍋爐 熱效率；風(fēng)帽開孔采取向下傾斜的方式，可有效防止風(fēng)帽漏灰渣現(xiàn)象。 2、風(fēng)帽材質(zhì)采用耐高溫、耐磨損的高強度合金鑄鋼。風(fēng)帽頂部及其主要磨損區(qū)采用加厚方式（厚度可根據(jù)用戶要求定做），大大延長了風(fēng)帽使用壽命。 3、風(fēng)帽小孔均勻開布，且向下傾斜，因此它不會直接 “傷及 ”其它風(fēng)帽，相應(yīng)延長了風(fēng)帽使用壽命。 4、排渣方式可有兩種選擇。一是兩側(cè)外排渣，風(fēng)帽向兩側(cè)傾斜一定角度。二是改為爐底排渣（若爐底有一定空間的話）。布風(fēng)板作相應(yīng)改動，側(cè)墻亦同時作相應(yīng)改動。 實踐證明，該技術(shù)方案無論在技術(shù)上，在解決問題的根本上，還是在安全經(jīng)濟(jì)性 上，都是電廠最佳的選擇。 第五節(jié) 爐的調(diào)試與性能測試 5－ 1 冷態(tài)試驗 1、 爐風(fēng)量標(biāo)定試驗 包括一次風(fēng)、二次風(fēng)的機(jī)翼型流量測量一次元件的差壓與流量的關(guān)系進(jìn)行試驗標(biāo)定，得出各一次流量元件的流量系數(shù)、流量與差壓的關(guān)系曲線、溫度變化后的補償修正式等內(nèi)容。 2、 爐冷態(tài)流化特性試驗 內(nèi)容包括測量兩種不同的料層厚度（ 500650的臨界流量風(fēng)量、測量布風(fēng)板的阻力特性并得出冷態(tài)與熱態(tài)計算公式。布風(fēng)裝置布風(fēng)均勻性檢查和料層阻力特性試驗。最后作出相關(guān)的關(guān)系曲線和關(guān)系圖。 5－ 2 熱態(tài)調(diào)試與測試 內(nèi)容包括： ▲風(fēng)煤調(diào)整，找出最佳風(fēng)煤配比； ▲物料循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)整試驗，保證系統(tǒng)運行正常； ▲測試尾部煙道煙氣含氧量、 過量空氣系數(shù)等，以此來調(diào)整運行方式，提高鍋爐燃燒效率； ▲鍋爐各主參數(shù)的調(diào)節(jié)與選擇。包括床溫、料層差壓、爐膛差壓、返料、風(fēng)量等。 5－ 3 爐熱效率試驗 完成在最大負(fù)荷和 70%況下的兩個鍋爐熱效率的測定試驗。求出熱效率，找出提高鍋爐熱效率的途徑。作出評價，并給出最佳參考運行參數(shù)。