循环流化床锅炉防磨防爆对策_曾建才.pdf

2023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK收稿日期：2023-02-04作者简介：曾建才（1991），男，本科，学士，助理工程师，主要从事锅炉运行工作。循环流化床锅炉防磨防爆对策曾建才（福能龙安热电有限公司福建宁德355208）摘要针对循环流化床锅炉受热面防磨防爆的问题，从锅炉设备运行和锅炉设备检修2个主要方面进行了分析和总结，对循环流化床锅炉受热面管采取正确有效的防磨措施，有效提高循环流化床锅炉的运行可靠性水平，弥补连续运行周期不长的缺点，更好地发挥其性能优势。关键词循环流化床锅炉防磨防爆主动防磨被动防磨中图分类号：TM621.2文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)03063030引言循环流化床锅炉自20世纪90年代在国内开始应用，以其环保指标好、系统简单、燃烧调整简化、煤种适应性好的优点，很快得到广泛推广。经过近30年的发展，目前在440 t/h以下的热电联产企业、自备电厂已得到广泛应用。近年来，国内循环流化床锅炉制造厂加大研发力度，已经有氮氧化物原始排放浓度达到超低排放标准的循环流化床锅炉在运行。回顾国内循环流化床锅炉的发展历程，困扰各企业的主要就是锅炉内部受热面磨损爆管而导致的运行周期不长的问题。经过努力，目前国内循环流化床锅炉连续运行周期达到6个月甚至1 a，已经比较普遍，最长连续运行周期甚至达到了3 a，循环流化床锅炉运行的可靠性得到了彻底的改善。总结循环流化床锅炉的防磨防爆对策，主要有主动防磨技术和被动防磨技术2个方面。1循环流化床锅炉的磨损形式及其机理循环流化床锅炉的燃烧是1个非常复杂的过程，其受热面及耐火耐磨层的磨损形式有很多种，主要的磨损形式有3种：冲击磨损、微振磨损、冲刷磨损。1.1冲击磨损冲击磨损是指炉内烟气、固体物料的流动方向与受热面呈一定角度或相垂直时，固体物料冲击、碰撞受热面，固体颗粒切向或垂直掠过受热面而造成的磨损。烟气、固体物料流动方向与受热面的角度的大小会影响磨损的程度，如当烟气流动方向与耐磨层壁面发生冲击磨损时，以经验分析在呈120角的时候磨损量可能最大，而在90角和180角的时候磨损量可能较小。1.2微振磨损微振磨损是指传热条件下，传热管与支撑之间产生垂直运动而导致的传热管壁磨损现象。这种磨损形式在外置换热器比较常见。1.3冲刷磨损冲刷磨损是指锅炉烟气、固体物料的流动方向与受热面（或管束）平行时，固体物料冲刷受热面而造成的磨损。在受热面的凹凸部位、平台处产生的涡流较为常见。2循环流化床锅炉受热面磨损原因2.1运行方面（1）长期超负荷运行。循环流化床锅炉长期超负荷超煤量运行是造成磨损加剧的重要原因。特别是小型供热机组，在无法满足外网热负荷需求时，常常需要锅炉超负荷运行。超负荷运行时，煤量、风量大幅度增加，炉内物料浓度也相应较高，在煤质灰分较高的情况下尤为明显。大量的烟气及固定物料（相对大颗粒物料也较多）使受热面磨损加剧，严重威胁“四管”寿命。（2）床压过高。一些运行人员在监盘时，没有及时对床压的监视调整，造成床压过高或者过低。当床压过高时燃烧室密相区高度增加，导致密相区上移，对炉膛上部的磨损加剧，同时更多的固体物料进入尾部烟道加剧磨损。（3）煤质特性。除了煤质灰分浓度会影响受热面磨损，还有入炉煤的粒度、硬度等也会影响磨损速率。入炉煤的粒度越大对受热面磨损也越大，入炉煤的硬度也是如此。（4）烟气流速。造成循环流化床锅炉受热面磨损的最主要原因是烟气流速。一般认为磨损速率与烟气流速的3次方成正比1。2.2设备维护方面循环流化床锅炉相对于煤粉炉具有较高磨损特性，所以在设备维护方面应加强对磨损的检查检测，并且要求受热面维护检修质量要高。一旦存在水冷壁等受热面焊接不平或者没有打磨光滑、焊接工艺不良等都会使磨损加剧。另外，未定期开展对“四管”等易磨损部位，如炉膛四角区域、炉膛出口烟窗区域、布风板及风帽、屏穿墙区域及不规则区域的检查测厚等工作，也是造成受热面等磨损的原因之一。2.3其他造成锅炉受热面磨损的其他原因还有很多，未选择合适的防磨材料，对锅炉一些易磨部位未采用合理的结构设计，未对受热面表面进行特殊处理等都是造成锅炉受热面磨损的原因2。节能低碳632023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK3循环流化床锅炉受热面磨损危害循环流化床锅炉受热面磨损不可避免，不同程度的磨损都会对锅炉的安全、经济运行造成一定影响。3.1安全方面锅炉受热面的磨损较轻时，会出现磨损受热面热应力变化、受力不均。严重时，造成“四管”爆破甚至停炉停产。特别是发生水冷壁爆管泄漏时，处理不及时或者处理不当容易造成事故扩大化，严重危及人身及设备安全。3.2经济方面一旦因磨损发生受热面爆管导致停炉，不得不减少供热、发电，不仅影响公司经济效益，而且故障炉的检修、维护、重新启动锅炉等都需要投入大量的人力物力财力。特别是在抢修时，清理炉渣是一项任务紧张繁重的工作。爆管导致停炉不仅在一定程度上影响公司效益，也会影响锅炉本身，减少寿命。4防磨防爆对策4.1主动防磨技术主动防磨技术，主要是从根本上不发生受热面磨损或减弱受热面磨损。通过锅炉设计，控制炉膛内各个部位的物料浓度和运动速度，以减弱甚至杜绝烟气、物料对受热面管的磨损，在磨损无法避免的部位增加防磨层，保护受热面；对物料浓度高的区域的受热面，采取耐磨防护层、避让能措施。在锅炉燃烧调整上，合理调整一次风、二次风与煤的配比，保持使炉膛内的物料浓度、烟气物料运动速度控制在设计值以内。对于已经投运的循环流化床锅炉，在结构设计上已经定型，作大的改进比较困难。主要是通过运行人员的燃烧调整，在兼顾锅炉安全运行和经济运行的基础上，减弱或避免炉内各受热面的磨损。（1）一二次风配比。一次风的作用主要是保障炉内床料的流化和维持床温稳定所需的燃烧所需样的氧量。过高的一次风压和一次风量，会导致炉内床料运动过于剧烈，增加了物料颗粒的上升高度，使密相区升高，增加了受热面磨损强度和范围。二次风的主要作用是保障物料在炉膛中上部区域充分燃烧所需的氧量。二次风沿水平略向下的方向喷入炉膛，对上升的烟气物料颗粒起到抑制作用，避免高物料浓度的密相区域超出到无防磨层的水冷壁区域而造成磨损。从近年来的运行经验来看，在锅炉额定负荷左右保持一二次风的配比接近46是比较合理的。在保证流化和床温稳定的前提下，一次风量尽可能小一些，锅炉氧量控制在2%以内，有利于降低锅炉中上部物料浓度和烟气流速，减弱磨损。（2）入炉煤颗粒度。入炉煤的颗粒度是影响循环流化床锅炉运行的重要指标，一定要引起足够的重视，加强入炉煤颗粒度的筛分分析测定和监管。入炉煤颗粒度大时，需要更大的一次风量和风压才能满足床料流化的需要，而一次风量的增加和风压的提高会加剧炉内受热面的磨损。通常入炉煤的颗粒度要求控制在10 mm以内，当发现入炉煤筛分分析中10 mm以上的颗粒占比增大时，必须及时对入炉煤筛分、破碎装置进行检查和调整，确保入炉煤颗粒度在设计范围以内。（3）炉膛出口负压。炉膛出口负压的大小与炉内烟气物料的上升高度、上升速度有关。较大的炉膛出口负压，会导致炉内烟气物料上升高度增加、上升速度增加、内循环的贴壁物料范围增大且下降最大速度增加，这些都会加剧炉内受热面的磨损，并且还会使排烟热损失、风机电耗、不完全燃烧热损失均增加。所以控制并维持适当的炉膛负荷很有必要。（4）炉膛内部烟气物料的均衡。炉膛内部烟气、物料的不均衡，是造成水冷壁管、受热面管单侧磨损的主要原因。这种不均衡可以是左右侧不均衡，也可以是前后侧不均衡、对角侧的不均衡。在运行中，应加强炉内各部位温度、压力的监视，分析是否存在不均衡。如果同一横截面的前后左右的温度、压力数据偏差较大，一定存在烟气物料的不均衡，应尽快进行调整。运行中应重点注意各给煤机的给煤量，保证各给煤机给煤量均匀给入，避免炉膛前墙后墙及左右侧给煤量相差过大，引起炉内温度压力分布不均；重点监视炉膛前后墙二次风、左右侧一次风的风温风压、左右侧回料系统的压力温度等参数的监视和调整，尽可能使炉膛内部的烟气物料处于均衡状态。运行中也应根据煤质特性调整料层厚度，及时排渣，但必须避免长时间单侧排渣造成炉内烟气物料不平衡。4.2被动防磨技术相对于主动防磨技术而言，被动防磨技术主要是指通过锅炉计划检修时，精密检查，查出的锅炉受热面有磨损的区域和部位，采取加装各种防磨层的防磨措施，避免受热面管磨损。（1）新安装循环流化床锅炉水冷壁防磨。新投运的循环流化床锅炉，在投运36个月内及1 a后，应安排全面检查、检修。应搭设满堂架，对水冷壁的每根管全面检查、测厚，做到“寸管必查”，并详细做好记录，记录测厚时间、部位（水冷壁管编号、部位标高）、壁厚数据等。通常沿标高方向，每隔2 m应监测1个厚度；如果壁厚减薄明显，应向上、向下继续监测，直到壁厚正常部位。通过检查找出水冷壁管的磨损部位，是后续进行防磨的关键工序。（2）水冷壁壁厚减薄部位的防磨。对有磨损导致壁厚减薄的部位，分析磨损原因再进行处理。通常局部、个别水冷壁管的磨损，可采用补焊、打磨、换管的方法处理。对于区域、大范围的磨损，应分清磨损原因，分类进行处理。通常出现的大范围磨损一般在炉膛出口附近，这个区域的磨损，以水冷壁单边侧方向磨损为主。可以采取在磨损侧的鳍片上焊接防磨瓦或防护板的方法，对该处的水冷壁管进行保护，防止该处水冷壁管的磨损继续发展。（3）密相区水冷壁的防磨。主要是靠在水冷壁管上加装可塑料或浇注料防磨层实现的。定期检修中，应仔细检查防磨层，如发现异常裂纹、鼓包、松垮、磨损严重（防磨层减薄、抓钉外露）等现象，应及时处理。通常采取局部清除进行修补。密相区防磨层回料口、排渣口、落煤口、二次风口等部位是容易出现问题的部位，应重点检查。这些部位，可以采用可塑料施工时，使外沿凸出2 cm左右的方法，能有效防止口沿的防磨层损坏、脱落而水冷壁管外露被磨损。（4）水冷壁其他大面积磨损的防磨。对于水冷壁其他部位的大面积磨损，目前最有效的防磨措施是加装防磨梁或者金节能低碳642023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK（上接第33页）程中不但影响制水系统的连续稳定运行，而且会产生大量废水。为保证RO膜的使用寿命，RO装置启停需用大量水冲洗。还原剂加药装置因使用量大，加药次数频繁，且为人工加药，不可控因素过多。分析故障：入口滤网堵塞导致管道内流通的介质不足，流量低。故障处理：入口滤网应及时清理，保证管道介质能顺利流到计量泵入口，确保管道内介质充足。为了有效保持还原剂溶液箱内的纯净度，在还原剂溶液箱加药口增设加长滤网（图3），使还原粉末药剂加药时可直接与水接触。因还原剂药剂未配比前为粉末状，若使用规格尺寸不合适的滤网，药剂无法直接与水接触，导致药剂堵塞滤网。现将还原剂粉末直接加入到溶液箱，与水接触溶解，不会发生加药时滤网堵塞无法加药的现象（图4）。1-搅拌器；2-溶液箱；3-计量泵；4-Y型过滤器；5-加药口；6-加长滤网。图4还原剂加药装置图3加长滤网3结语通过分析某电厂日常生产运行期间制水系统化学加药装置遇到的各种故障，总结了不同异常现象的处理方法和应对措施，保障设备安全稳定运行。参考文献1福建省福能晋南热电有限公司.某电厂化学运行规程Z.泉州：福建省福能晋南热电有限责任公司，2021.2张鑫，王昌.煤化工隔膜计量泵常见故障及处理J.石油和化工设备，2021（24）：70-73.属防磨格栅。金属防磨格栅，既能防止贴壁流对水冷壁管的磨损，又能防止横向运动的烟气物料对水冷壁的磨损，而且技术成熟、安装方便、增强水冷壁的换热效率，得到了普遍应用。4.3屏式换热面防磨炉膛内部通常布置有屏式过热器或屏式再热器，也是防磨的重点部位。屏过和屏再材质是合金钢，抗磨性能比较好。容易出问题的，是下部迎风面。迎风面设计有可塑料防磨层，日常检修中重点检查可塑料防磨层，有损坏、磨损时应及时进行修复。迎风面的防磨，可以在加装可塑料防磨层之前，先在最外侧管子外侧加装一层耐高温金属防磨瓦，然后再进行可塑料防磨层的安装。屏过与屏再沿纵向弯曲变形比较普遍，检修时也应详细进行管壁测厚工作。4.4尾部受热面防磨尾部受热面因布置在分离器后的烟道内，烟气中以细灰为主，磨损比较轻微，重点是对分离器出口的拉稀管和尾部烟道上部烟气转向部位的防磨。定期测厚，如发现有磨损现象，拉稀管可以及时加装金属防磨瓦进行防护。烟气转向部位如有磨损，可以加装可塑料防磨层进行防护。对于管排如发现有磨损，可以采用提高金属材料等级（比如选用合金管），提高耐磨性。还可以采用加装耐磨金属防磨瓦防磨，尤其应该注意弯头部位是否有磨损。4.5炉膛人孔门、测点等异形部位的防磨炉膛、分离器进出口烟道、尾部烟道等处的人孔门，周沿的水冷壁管要重点检查，如有磨损，可以采用在管子上加焊防磨筋的方法防磨。炉膛内、烟道内布置有压力测点、温度测点的部位，也是容易出现磨损的部位，通常采用局部加装可塑料防磨层的方法。5结语受热面管的防磨防爆工作成效，是循环流化床锅炉连续长周期运行的关键。而防磨防爆工作必须从锅炉运行和锅炉检修2个方面同时采取措施，才能取得良好的成效。锅炉运行人员在燃烧调整方面，合理调整给煤和一二次风的配比等，使炉内烟气、物料对受热面的磨损作用降到最低。锅炉检修人员在检修时对受热面进行全面检查，及时发现磨损部位，并采取有效可靠的防磨措施，防止受热面管被磨损。做好了这2个方面的工作，循环流化床锅炉连续长周期可靠运行必然会得到改善。参考文献1陈杰奎.锅炉受热面磨损原因分析与防治对策J.电力安全技术，2009，11（12）：6-8.2方立公.循环流化床锅炉磨损问题浅析J.中小企业管理与科技（下旬刊），2013（12）：162-163.节能低碳65