循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損探討

1、循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損探討1 概述廈門(mén)瑞新熱電廠3臺(tái)鍋爐系杭州鍋爐集團(tuán)公司生產(chǎn)的NG-220/9.8-M24型高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐（配2臺(tái)46MW的汽輪發(fā)電機(jī)），于2006年起陸續(xù)投入運(yùn)營(yíng)。該型鍋爐由一個(gè)膜式水冷壁爐膛、兩個(gè)蝸殼式汽冷旋風(fēng)分離器和一個(gè)尾部豎直井煙道三部分組成，水冷壁管材設(shè)計(jì)材料為20G，規(guī)格為605，管數(shù)為前后墻各111根，左右墻各75根，水冷壁直管間分2層焊縫對(duì)接，下層焊縫距下部防磨澆注料約5米。2 爐膛水冷壁易發(fā)生磨損的部位3臺(tái)鍋爐運(yùn)行兩年多來(lái)（三臺(tái)鍋爐累計(jì)運(yùn)行時(shí)數(shù)均未超過(guò)10000h），先后利用6次機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)水冷壁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)三臺(tái)爐水冷壁以下部位均出現(xiàn)較為嚴(yán)重的

2、磨損現(xiàn)象：2.1 下層焊縫及焊縫下水冷壁，特別是焊縫余高打磨不平滑或上下管子對(duì)接錯(cuò)口較為明顯的地方。此部位磨損管數(shù)最多，磨損面主要為平面形，3臺(tái)爐每次檢查均出現(xiàn)過(guò)多根磨至2.5mm左右；2.2 爐膛四角水冷壁靠角落的第一根管子，此部位磨損面主要為溝槽形；2.3 兩側(cè)墻測(cè)溫點(diǎn)方向朝上防磨瓦與水冷壁管的過(guò)渡區(qū)域；2.4 水冷壁管與下部防磨澆注料之間的過(guò)渡區(qū)域；2.5 部分防磨澆注料或防磨涂層脫落的部位；2.6 原水冷屏取消后，在密相區(qū)遺留的澆注料凸臺(tái)上部與水冷壁的過(guò)渡區(qū)域。3 原因分析3.1 燃燒因素在循環(huán)流化床的爐膛內(nèi)，燃料、石灰石和高溫床料混合進(jìn)行燃燒和脫硫。從流化床爐內(nèi)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，流體結(jié)

3、構(gòu)為環(huán)核結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部核心區(qū)，燃料產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈯A帶著物料垂直向上流動(dòng)，此區(qū)域固體顆粒濃度較稀，而在水冷壁附近的外部環(huán)狀區(qū)，固體顆粒濃度較大，并沿水冷壁向下回流磨損管壁（在向下流動(dòng)過(guò)程中，物料固體顆粒濃度成指數(shù)增加，流速也加快）。近年來(lái)，由于燃煤供應(yīng)緊張，煤質(zhì)下降，煤種變化頻繁。而煤質(zhì)的好壞對(duì)水冷壁磨損的影響關(guān)系巨大，煤質(zhì)差，顆粒粗大，硬度也較高，磨損就較為嚴(yán)重，因?yàn)槿剂项w粒過(guò)粗，粗顆粒的數(shù)量就增多，為了保持流化，須加大流化風(fēng)速，這樣床內(nèi)顆粒向懸浮空間濺射的動(dòng)能就增大，磨損率也會(huì)隨之加大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的流化床鍋爐受熱面磨損經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式： E=f1f2CV3.5式中，E為磨損量；f1為灰粒特性系數(shù)；

4、f2為受熱面布置型式及沖刷方式系數(shù)；C為飛灰濃度；V為煙氣速度。從上述關(guān)系式可以看出，當(dāng)煤種和受熱面結(jié)構(gòu)形式一定時(shí)，受熱面磨損量與飛灰濃度成正比，與煙氣流速的3.5次方成正比，煙氣流速越快，飛灰濃度越高，則磨損量越大。3.2 設(shè)計(jì)、安裝因素3臺(tái)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)型式屬杭州鍋爐集團(tuán)公司在全國(guó)首次試驗(yàn)型鍋爐，其水冷屏因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，在首臺(tái)鍋爐開(kāi)爐96 h試運(yùn)行期間就發(fā)生2根管子在同一時(shí)間發(fā)生過(guò)熱爆管，后進(jìn)行改造，取消水冷屏（包括后2臺(tái)鍋爐也一并取消水冷屏），水冷屏上部切口在前后墻頂棚水冷壁下部，下部切口在前后墻的密相區(qū)，造成前后墻上下各有10個(gè)約0.4m1.0m澆注料凸臺(tái)。另外，由于安裝人員安裝責(zé)任

5、心不強(qiáng)，部分水冷壁管對(duì)接安裝錯(cuò)口明顯，或焊縫余高磨除沒(méi)有達(dá)到較為理想的狀態(tài)，在此部位形成凸臺(tái)（如圖1所示）。當(dāng)沿水冷壁向下流動(dòng)的物料顆粒流到凸臺(tái)部位時(shí)，一方面沖刷磨損管壁，另一方面部分顆粒反彈，加之爐內(nèi)向上的固體物料流影響，在此部位產(chǎn)生局部渦流，再次對(duì)管壁進(jìn)行斜沖刷磨損。凸臺(tái)越大時(shí)，磨損越嚴(yán)重，范圍也越大，反之則較小。渦流焊縫沿壁面下行物料流爐膛內(nèi)向上物料流 圖1 磨損簡(jiǎn)易示意圖3.3 爐膛四角影響爐膛四角區(qū)域由于是2個(gè)水冷壁面的交匯處，物料相互疊加，其濃度也就相對(duì)較高，物料流動(dòng)狀態(tài)容易受到破壞，加上四角區(qū)域密封鰭片在安裝時(shí)內(nèi)表面粗糙，如鰭片交界密封焊縫有較大幾何尺寸的不規(guī)則變化或密封不嚴(yán)產(chǎn)生

6、漏風(fēng)，就會(huì)造成局部嚴(yán)重磨損，這是因?yàn)椴灰?guī)則的變化或漏風(fēng)對(duì)物料局部的流動(dòng)特性造成較大擾動(dòng)，物料流會(huì)改變流向集中向某個(gè)方向流動(dòng)，形成局部方向物料流，最終在水冷壁管上沖刷成溝槽。3.4 運(yùn)行因素的影響廈門(mén)瑞新熱電廠屬熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)，擔(dān)負(fù)著廈門(mén)市杏林工業(yè)區(qū)絕大多數(shù)用熱企業(yè)的供熱任務(wù)，而用熱企業(yè)在節(jié)假日熱負(fù)荷變化頻繁，造成鍋爐負(fù)荷變化相對(duì)頻繁，而負(fù)荷變化時(shí)，給煤量和空氣量都會(huì)隨之變化。根據(jù)床料密度的關(guān)系式：床料=s（1） 式中，床料 為床料密度；s為顆粒密度；為空隙率。研究表明，當(dāng)床料密度在810kg/m3時(shí)，床內(nèi)細(xì)顆粒就會(huì)聚成大顆粒子團(tuán)，團(tuán)聚后的粒子團(tuán)由于重量增加，體積加大，以較大相對(duì)速度沉降并具有邊壁

7、效應(yīng)，使流化床中氣固流動(dòng)形成近壁處很濃的粒子團(tuán)，斜下切向運(yùn)動(dòng)，顆粒之間、與水冷壁之間進(jìn)行頻繁的撞擊和摩擦，致使水冷壁管受到嚴(yán)重磨損。另外，運(yùn)行人員對(duì)一、二次風(fēng)的調(diào)整配比，上、下二次風(fēng)的調(diào)整配比，床料和煤粒的篩分比，煤、風(fēng)配比，以及上述配比調(diào)整變化速度，床溫、燃燒工況、物料循環(huán)倍率偏離等也會(huì)對(duì)水冷壁的磨損造成重大影響。4 處理及防范措施4.1 對(duì)于焊縫及其下水冷壁磨損處，由于連續(xù)運(yùn)行時(shí)間均不長(zhǎng)就發(fā)生大量磨損，如果進(jìn)行換管處理，一方面工作量較大，另一方面此部位會(huì)從1個(gè)焊口增至2個(gè)焊口，增加易磨損部位，且按照此種磨損速度估算，日后在此部位可能經(jīng)常要進(jìn)行換管處理。綜合各種因素后，決定將磨損部位清理干凈

8、后，先用J50焊絲進(jìn)行氬弧焊堆補(bǔ)，后用D127耐磨焊條進(jìn)行堆焊處理（管子與鰭片同時(shí)堆焊），堆焊區(qū)域?yàn)樵缚p上下各約50mm，堆焊后打磨，使管子與堆焊層之間平滑過(guò)渡，過(guò)渡區(qū)域長(zhǎng)度約2025mm。目前部分電廠在該部位采用噴涂防磨涂層處理，但一般防磨涂層與基材的結(jié)合達(dá)不到冶金結(jié)合的強(qiáng)度，加上涂層與管材膨脹系數(shù)的差異及熱阻的存在，防磨涂層容易形成分層鼓包脫落，進(jìn)而在脫落處形成磨損，另外，防磨涂層也給該區(qū)域磨損后焊接修補(bǔ)等處理帶來(lái)極大的不便。4.2 對(duì)于爐膛四角第一根水冷壁管子容易磨損的特點(diǎn)，采用夾角第一根水冷壁管兩側(cè)鰭片焊上Y型抓釘，再用防磨澆注料將夾角兩側(cè)第一根水冷壁管包縛處理。當(dāng)然，此種方法會(huì)使?fàn)t內(nèi)容積稍微減小，受熱面對(duì)流、輻射傳熱量減小，鍋爐熱效率會(huì)受到一定的影響，但總的來(lái)說(shuō)還是利多弊少。4.3 防磨澆注料應(yīng)選擇既耐磨又具有較強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度的材料，澆注應(yīng)請(qǐng)有資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行，嚴(yán)格按照要求保養(yǎng)，避免快速升溫升壓而降低其性能，檢查發(fā)現(xiàn)有局部澆注料脫落時(shí)，應(yīng)將原來(lái)澆注料盡量打掉，使之露出抓