CFB锅炉入炉煤粒径对水冷壁磨损的分析与防护措施.pdf

设备管理与维修2023 翼9（下）0引言近年来，基于循环流化床（CFB）锅炉燃烧效率高、负荷调节范围大、燃料煤种适应性广、节能环保等特点，在国内被广泛推广应用。但是，由于其工艺特点所致，从而导致对炉内受热面磨损问题较为突出，严重制约着 CFB 锅炉长、稳、安、满、优运行。中海石油华鹤煤化有限公司现有 SG-170/9.81-M2801 型循环流化床锅炉 3 台，采用流态化燃烧方式，分段送风。一次风从炉膛底部水冷风室经布风板送入炉内，二次风经二次风口送入炉内过渡段和悬浮段。在设计煤种条件下，锅炉达到额定负荷耗煤 27.127 t/h，设计入炉煤粒径范围为 012 mm（1 mm 以下占 40%，3 mm 以下占 70%，8 mm 以下占 85%，10 mm 以下占90%，12 mm 以下占 99%）。1水冷壁磨损原因分析1.1入炉煤粒径影响锅炉加煤过程中，入炉煤粒径越大，需要床料保持良好流化状态的一次风量就越大，从而导致烟气的流速增加，水冷壁磨损加剧。水冷壁的磨损量与床料颗粒的粒径有很大关系。水冷壁表面发生磨损，与之接触的运动的颗粒就必须有一定的动能。假如在颗粒运动速度一定的情况下，当床料颗粒粒径很小时，其本身具有的动能也很小，对与之接触的水冷壁的冲刷磨损力度也就很小，当其低于受热面管材的弹性形变承受能力时，不足以对受热面构成威胁。但随着煤粒粒径的增大，其动能也增大，对水冷壁表面的冲刷也越严重。假如这些超过入炉煤粒径标准的大颗粒都是含碳量较高的燃煤，它们在炉内要完全燃烧，其循环倍率要远远大于粒径小的燃煤，将加剧受热面的磨损。随着时间的推移，炉内的大颗粒所占比例越来越高，颗粒与颗粒之间的间隙也越来越大，当这些大的颗粒聚集到一起，通过这些大颗粒的一次风的阻力将降低，致使这些部位的一次风流速增加，在布风板上产生不正常的“沟流”现象。机组运行中要保证整个床面良好流化，就必然要增加进入炉内的一次总风量，这会导致产生“沟流”部位的一次风流速继续增加，其携带的物料颗粒将大大加剧对受热面的冲刷、撞击磨损。图 1、图 2 是入炉煤粒径和一、二次风量的配比情况。根据上海锅炉厂提供的热力计算技术附件，在设计煤种下，机组75%负荷时，一、二次风校核数据分别为 61 151 Nm3/h、51 892 Nm3/h，而实际运行中，一次风量远超设计值，二次风量也远低于设计值，入炉煤粒径也远远超过 012 mm。虽然粒径超标的煤块入炉煤量占比很小，但是，如果一次流化风量不足以将其床料流化，将很难通过排渣系统排出炉外，随着时间的推移，这种大渣块在床上越积越多，在运行中，为了保持良好的流化状态，就必须增加一次风风量，送入炉内的氧气量就会增加，为了控制烟气残氧量在厂控指标内，就不得不降低二次风量，造成一、二次风配比失调。而二次风设计要求是不仅要有速度，还要有刚度，要有足够的穿透能力，才能对燃烧室密相区形成较强的对冲空气流，抑制物料上行，使燃煤在炉内密相区的破碎更彻底，燃烧更充分。二次风减小，密相区燃烧份额减少，稀相区燃烧份额增加，炉膛上部物料浓度增加，恶化炉内的空气动力场，加剧上部水冷壁磨损。1.2烟气流速烟气流速对水冷壁磨损的影响是众多磨损原因中主要的一点。烟气流速越高，对水冷壁磨损越严重。根据相关研究，磨损量与烟气流速的三次方成正比，而烟气流速摘要：对 SG-170/9.81-M2801 型循环流化床锅炉运行与维护工作中水冷壁磨损情况进行分析总结，探讨入炉煤粒径对锅炉水冷壁磨损与防护的影响，并提出改进措施与建议。关键词：CFB 锅炉；水冷壁；入炉煤粒径；磨损原因；防护措施中图分类号：TK229.6文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09D.44CFB 锅炉入炉煤粒径对水冷壁磨损的分析与防护措施李明军（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗154100）图 1个别大粒径入炉煤是控制线路弱电、参数调整不合理还是人为失误等，确定故障发生范围逐步缩小直至找到故障点。也可将故障设备或控制系统划分为若干个小部分，然后检查这些部分的输入和输出是否正常。在确定某一部分时，再去关注该部分内部的问题，找出故障点。在确保设备安全的情况下，可以通过替换法来发现故障点。（2）在控制线路中，不规范的布线方式会导致信号通信的可靠性、稳定性及传输数据准确性明显下降。因此建议严格采用CAN 总线网络布线规范进行作业，以降低后期的维护工作量。（3）尽量减少 CAN 总线信号线路中的节点，如果中控到展项经过的环节较多线路较长，线路可按照中控机房途经机房途经机房动力柜的顺序布线。编辑张韵輭輳设备管理与维修2023 翼9（下）则与锅炉负荷以及一、二次风量配比有关，一、二次风量越大，对炉内燃烧情况的扰动程度越剧烈，对水冷壁的磨损量也越大。磨损速率与烟气流速、颗粒直径的关系可表达为：啄=k伊u3伊d3，其中 啄 表示磨损速率；u 表示烟气中的固体颗粒速度；d表示颗粒直径，k 为常数。在烟气中固体颗粒速度不变的情况下，磨损速率与颗粒直径的关系见表 1；在烟气中固体颗粒直径不变的情况下，磨损速率与颗粒速度的关系见表 2。表 1磨损速率与颗粒直径的关系表 2磨损速率与颗粒速度的关系由表 1、表 2 可见，当颗粒速度和直径都增大 1 倍时，对水冷壁磨损速率就会增加 32 倍，加剧了对水冷壁的冲刷。因此，在机组运行中，控制好入炉煤粒径，合理调整一、二次风比例和送、引风量，使烟气中过量空气系数在设计范围内，能有效减轻对水冷壁的磨损。1.3飞灰中颗粒成分循环流化床锅炉最大的优点是适应煤种广。为了节能，机组所选用的煤种是热值低、矸石含量高的劣质煤，其物料特性较硬。同时，为了脱硫，还要在燃料中掺烧石灰石粉。飞灰中颗粒的主要成分包含 Ca、Si、Al、S、Fe、Mg 等元素，其中 Ca、Fe、Al 为金属元素、硬度较大，燃烧后生成具有较高硬度的 CaO、FeO、Al2O3、SiO2等物质（表 3）。但是飞灰中这些物质含量的增加，会加剧对水冷壁的磨损。试验表明，Si、Al 成分含量较高的床料对水冷壁的磨损程度更强。1.4防磨工艺影响流化床锅炉防磨工艺包括浇注料防磨和金属喷涂防磨两项。在施工中，如果耐磨材料成分的选择不准确，施工质量不合格，将无法做到对水冷壁的有效保护。2锅炉运行中受热面易磨损部位及磨损情况从运行实际情况来看，3 台流化床锅炉易磨损部位主要有：下煤管入炉段、密相区喷涂部位水冷壁、卫燃带过渡区水冷壁、冷渣机入渣口周围浇筑料等（图 3耀图 6）。3防磨措施3.1严格控制入炉煤粒径入炉煤粒径对水冷壁磨损的影响是众多影响水冷壁磨损的诱因，其影响是一个不断恶化的过程，不仅是加剧受热面磨损，还会恶化燃烧，增加锅炉的各项热损失，降低燃烧效率。针对入炉煤粒径的建议如下：（1）增设筛网。可以在现有环锤破碎机下部增设一级筛网，将粒径大于 12 mm 的颗粒筛选出来，送回地斗进行二次破碎。（2）增加除铁设备。停炉后，在清理床料过程中，经常会发现较大的铁质器件，这些大的铁件在经过破碎辊时，会将磁辊间隙撑大，致使大颗粒的煤进入锅炉原煤仓。（3）合理掺烧一定比例的细炉渣。如果在短期内无法控制入炉煤粒径，可以考虑在燃煤中掺烧一些细炉渣，用以填充大颗粒之间的间隙，使布风板上一次风更均匀，床料保持良好的流态化，降低“沟流”产生冲刷磨损影响。而且炉渣中含有未完全燃烧的碳粒，可以降低燃烧热损失。3.2合理调控一、二次风比例运行中根据入炉煤质、锅炉负荷以及运行工况，及时、合理地调整一、二次风量，使一、二次风充分发挥应有的作用。一次风量的降低可以明显降低烟气流速，同时，提高二次风量可以增加二次风的穿透力和刚性，抑制飞灰颗粒上扬的速度，从而降低对参数数值颗粒速度 u/（m/s）11111111颗粒直径 d/mm12345678磨损速率 啄14916253649参数数值颗粒直径 d/mm11111111颗粒速度 u/（m/s）12345678磨损速率 啄182764125216343物料石灰石硅酸盐氧化铝钢镀层氧化膜硬度值 140160800800900 130250 50018006001800表 3飞灰主要颗粒物硬度HV图 3下煤管炉内段磨损情况图 4水冷壁喷涂位置磨损情况图 5炉内浇筑料与水冷壁过渡区磨损情况图 2运行中一、二次风流量图 6冷渣机入渣口部位磨损情况輭輴设备管理与维修2023 翼9（下）0引言离心式通风机，一般用于锻冶炉及高压强制通风，可广泛应用于输送物料、气体等介质。某公司年产 2 万吨化工装置，使用的滤袋式反吹风机，型号是 9-19-NO.8D（右 90毅），额定风量是 7913 m3/h，全压是 15 229 Pa，转速是 2900 r/min，配套电机的功率是 55 kW，主要部件包括叶轮、机壳、进风口、支架、电机、皮带轮、联轴器、消音器、传动件（轴承）等。其主要功能是对附在过滤材料内壁的粉尘进行吹打，在一定压力的空气作用下，附着在滤材内壁的粉尘颗粒被吹落，自然沉降到不锈钢锥形漏斗中。在前风机气力输送作用下，被送往后处理设备进行再次粉碎和收集。现以该风机在运行中出现的机械故障为例，及时发现和消除风机运行中的隐患，确保设备安全稳定运行。1风机振动风机振动是风机在运行过程中常见的故障之一，风机的振动直接威胁设备的运行安全，必须第一时间进行排查和消除故障隐患，常见的故障原因有以下 4 种。1.1风机壳或进风口与叶轮摩擦引起剧烈振动这种现象常见于初次安装和检修后首次运行，明显的特征是风机会出现比较刺耳的摩擦声，出现这种情况需要立即停机，否则会出现严重的机械故障。风机进风口呈锥形管设计，一侧插入叶轮入口处，四周与叶轮保持一定间隙，一般为 2 mm 左右。如果在安装过程中，进风口出现偏移现象，则进风口与叶轮四周的间隙不均匀，风机长期运行至热态时，进风口受热膨胀便会与叶轮发生刮蹭现象，引起风机振动。更换风机壳后，风机叶轮与机壳的各方位配合尺寸均发生变化，必须确保新机壳的安装方摘要：离心机式通风机是化工生产过程中的主要设备之一，承担着气体及粉尘的输送等重要功能，其运行质量关系着生产的连续性和安全性。加强对风机运行中的监护、监测，可以对出现故障进行判断及排除，确保设备安全稳定运行。以 9-19、9-26 型离心式通风机为例，重点介绍风机的常见故障及排除方法。关键词：离心式通风机；故障；排除中图分类号：TH432文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09D.45离心式通风机常见故障及排除徐学民（龙星化工股份有限公司，河北邢台054100）炉内受热面的磨损。3.3控制飞灰中颗粒成分（1）严格控制入炉煤煤质。循环流化床锅炉的煤质适应性广，是指可以根据所用燃煤质量设计出满足用户使用需求的炉型。当一台锅炉被设计完成并投入使用，所用燃煤煤质就应该符合设计要求，否则很难达到额定出力。如果煤质偏差大，为了满足用户负荷需要，就不得不加大投煤量，其后果是一系列的连锁恶化反应，影响锅炉的使用寿命。（2）合理控制石灰石使用量。通过试验分析得出，石灰石的硬度为 130250 HV，当受热面喷涂层、氧化层依次被破坏后，它对受热面也会产生威胁。因此，应该根据烟气环保指标，合理调整石灰石使用量，降低飞灰中石灰石含量和生产成本。3.4严格管控防磨施工质量（1）严格执行喷涂技术要求。目前采用的喷涂技术是电弧喷涂，其技术原理是利用两根连续送进的金属丝作为自耗电极，在其端部产生电弧作为热源，用压缩空气将熔化了的丝材雾化，均匀地喷涂在受热面上。其工艺程序是先采取两次喷砂工艺，对防磨部位进行表面糙化，然后再在洁净的表面进行喷涂。喷涂施工前，一定要将受热面彻底清洁干净（不能过渡糙化，降低金属损耗），喷涂过程中一定要均匀、全面，涂层过薄或不均匀，将降低防护效果。基于目前入炉煤粒径情况，综合受热面磨损实况，将原设计密相区喷涂高度（6.8 m）向上提高 1 m，经运行验证防护效果得到提高。（2）易磨损部位适当加设护板或套筒。针对锅炉下渣口和下煤管入炉段磨损进行工艺改造，在下渣口处增加防护板，用以缓冲物料对布风板水冷壁的冲刷；在下煤管入炉段加设耐磨套筒。经运行验证对磨损部位保护效果良好。4结束语从实际运行、维护过程中的经验出发，分别从循环流化床锅炉的磨损原因分析、易磨损部位、以及防磨措施三方面论述入炉煤粒径对受热面磨损的影响。流化床锅炉炉内燃烧工况复杂，燃料对受热面的磨损是一个复杂的课题，降低受热面的磨损、延长运行周期，发挥循环流化床锅炉节能、高效的优点，是今后的研究方向。参考文献1王立新.循环流化床锅炉水冷壁防磨技术研究 D.保定：华北电力大学（河北），2007.2毕玉成.循环流化床锅炉水冷壁防磨改造实践 J.设备管理与维修，2012（5）：130-131.3王佳.循环流化床锅炉水冷壁磨损与防磨研究 D.淄博：山东理工大学，2021.编辑李波輭輵