电厂循环流化床锅炉防磨防爆检查及改进措施.pdf

2023年第5期（总第3 0 5期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.05.006应用能源技术25电厂循环流化床锅炉防磨防爆检查及改进措施陈谈谈，王冠桥，潘玉奎（山东华聚能源股份有限公司赵楼综合利用电厂，山东菏泽2 7 4 7 0 0）摘要：由于循环流化床锅炉（简称CFB）独特的燃烧特点，锅炉内的固体物料浓度大，锅炉受热面和耐火材料受到不断冲刷，磨损问题比较突出，且伴随着高温氧气腐蚀，严重制约了锅炉的安全经济运行。文章针对循环流化床锅炉的结构特点、系统运行机制，分析系统磨损爆裂的高发区域和主要特点，给出了防磨防爆检查要点与系统技术改进方法，从而提升锅炉运行的安全性、经济性。关键词：电厂；循环流化床锅炉；锅炉燃烧系统；防磨防爆中图分类号：TK223.6Inspection and Improvement Measures for Wear and ExplosionPrevention of Circulating Fluidized Bed Boiler in Power Plant(Zhaolou Comprehensive Utilization Power Plant,Shandong Huaju Energy Co.Ltd.,Abstract:Due to the unique combustion characteristics of circulating fluidized bed boiler(CFB),the concentration of solid materials in the boiler is high,and the boiler heating surface and refractorymaterials are constantly washed,the wear problem is more prominent,and accompanied by hightemperature oxygen corrosion,which seriously restricts the safe and economic operation of the boiler.Based on the structural characteristics and system operation mechanism of circulating fluidized bedboiler,this paper analyzes the high incidence areas and main characteristics of system wear andburst,and gives the inspection points and system technical improvement methods for wear andexplosion prevention,so as to improve the safety and economy of boiler operation.Key words:power plant;circulating fluidized bed boiler;boiler combustion system;wear and ex-plosion prevention0引言循环流化床锅炉作为一种洁净煤燃烧锅炉，其优点在于煤种适应性广，燃烧稳定，同时燃烧效率高,负荷调节范围大,易于脱硫、脱氮,环保性能好，能实现灰、渣综合利用等，因此广泛应用于供热、发电、冶金造纸和石油石化领域。磨损、爆裂是导致系统非计划停运的主要因素，影响安全生收稿日期：2 0 2 3-0 3-16 修订日期：2 0 2 3-0 4-0 2作者简介：陈谈谈（19 8 4），男，本科，助理工程师,研究方向为循环流化床锅炉的运行及技术管理。文献标志码：ACHEN Tantan,WANG Guanqiao,PAN YukuiHeze 274700,China)文章编号：10 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)0 5-0 0 2 5-0 5产、生产效率、造成经济损失甚至人员伤亡。因此在锅炉系统运行中必须加强防磨防爆管控，积极改进技术，优化系统结构、提高系统安全性。1循环流化床锅炉系统分析与传统锅炉结构相比，此类锅炉具有更加复杂的控制系统和输人输出系统，控制难度较高、稳定性相对较差，受热面磨损爆管风险较高。循环流化床锅炉系统控制中涉及多种变量和复杂参数,系统内部耦合性较强。在循环流化床锅炉系26统运行中，燃料首先进入碎煤机，然后进入炉膛内利用送风机风力助燃。燃料在炉膛内充分燃烧、脱硫后，经旋风分离器分离出其中燃烧不彻底的小颗粒煤灰经过返料系统回炉重燃。二次风助燃进一步燃烧小颗粒煤灰。燃烧后的烟气在水平烟道处进行初步脱硫处理然后经过分离器进入尾部烟道进行余热利用后烟气最终经除尘系统排出。循环流化床锅炉燃烧系统核心变量是主蒸汽压力与床温。导致床温变化的主要因素是给煤量、一次风量，此外还包括料层厚度、煤质等因素。燃烧过程中热能描述为G,炉内压力描述为P，气体体积描述为u,系统内能描述为e,s代表燃烧系数，则给煤阶跃扰动床温模型参数应为：,(s)=一次风量阶跃扰动床温传递函数为：1G,=72磨损爆裂主要磨损机制与高发区域2.1主要磨损机制水冷壁磨损分为冲刷磨损与撞击磨损2 类。颗粒长期、反复垂直撞击壁面导致表面疲劳，造成撞击磨损,撞击磨损程度与服役周期呈正相关。冲刷磨损即固体颗粒运动向与受热面未形成充足夹角，固体颗粒刨削受热面,受热面磨损程度与服役周期无显著相关性。受热面磨损程度物料粒径、浓度、硬度以及受热面壁温影响。磨损程度通常与烟气流速正相关。随着烟气灰粒增多,受热面受到更多飞灰粒子碰撞,进而加剧磨损程度。磨损量与粒子直径和撞击动量呈正相关。循环流化床锅炉锅炉内部含有高浓度固体物料，颗粒具有尖锐棱角、质地坚硬，高速烟气裹挟固体颗粒显著冲刷水冷壁，造成磨损。一次流化风、二次干扰风产生综合作用，形成涡流效应，严重磨损水冷壁管壁。密相区上方水冷壁处，固体颗粒（例如焦渣等）高速度落到下应用能源技术方平台,然后反弹,形成切削作用,磨损水冷壁管。高温氧化、硫化物造成的热腐蚀也是循环流化床锅炉磨损爆裂的主要原因。水冷壁管区域为富氧燃烧环境，受到高温烟气影响，较易产生热腐蚀，加剧磨损。当局部温度超过3 0 0，管外表温度升高50 时，磨损速度提高10 0%。2.2磨损高发区域在循环流化床锅炉系统故障中,磨损、爆裂引起的水冷壁泄漏故障占比约为7 6%。在防磨防爆检查中,应结合磨损爆裂的发生规律积极防控磨损爆裂事故。炉内磨损高发区域包括炉膛下部密相部位、过渡部位、屏式受热面连接处以及四角区域、炉顶和炉膛出口以及测点区等不规则区域 2 主要磨损机制为：（1）密相区：炉内密相区设3.1有进煤口、返料口与2 个风口，该区域通常具有强烈气固扰动与显著涡流。耐火耐磨材料覆盖炉壁，一旦覆盖层脱落将加速磨损、引起水冷壁爆管致使停炉。(2)过渡区：水冷壁连接耐火耐磨材料处为高损耗区域，耐火耐磨材料强制改变高速边壁流方向，截面突变引起台阶效应，同时该处上行固体物料流也会影响边壁流，形成涡流，因此磨损严重如图1所示。该区域与膛底布风板间距较小，固体颗粒流直降入炉，一次风气流呈斜向扩散运动，二者相撞磨损炉壁如图2 所示。产生涡流炉内主气流图1局部涡流导致磨损2023年第5期（总第3 0 5期）2023年第5期（总第3 0 5期）图2 过渡区流动方向变化导致磨损(3)屏式受热面连接处：炉内中上部设有屏式过热器和再热器，下端连接处边壁下降流、核心区上升流共同作用下形成涡流，长期冲刷底部浇注料发生脱落，受热面管暴露磨损。（4）炉膛顶部四角处：局部叠加、混合相邻边壁流,颗粒浓度较高。顶部过渡区逼爪、横向不平滑转角形成局部气体涡流，加速局部磨损。（5)炉顶、炉膛出口：烟气排出时，出口处颗粒、气流分离，转弯处产生离心力，导致颗粒冲击炉顶、炉膛出口受热面，引起磨损。(6)不规则处：炉内具有测点、风口、给煤和返料口等复杂开孔结构，凸起不规则引起流场突变，局部固体颗粒流受阻，磨损附近水冷壁。3防防磨防爆检查要点3.1加强运行监控管理应提高质量意识和风险防控意识，全周期质控、检修。运行监控中,执行标准化流程,严格遵守循环流化床锅炉操作流程，完善管理制度。合理调整系统参数，动态监控和及时调整烟气流速，缓解受热面冲刷、减轻系统磨损。在合理负荷内，尽可能降低一次风速,同时提高二次风速,以此减轻磨损。动态监控炉膛差压，通过冷渣器蓄排料层及时调整床压，保证一次、二次风速稳定性。加强燃料质控，保证入炉煤粒度适宜。在调整负荷过程中,加强温度升降速率,然后进行启停和升降调整,预防耐火耐磨材料破损、脱落，减轻水冷壁应用能源技术受热面的磨损 3 沿壁面下降的物料流物料发生转向273.2加强系统检修管理根据循环流化床锅炉检修导则第2 部分：锅炉本体检修（DL/T1035.2-2018）和循环流化床锅炉防磨技术导则（DL/T19062 0 18）及检修维护制度要求，定期检测维修,真实、准确、详细记录检修情况,以供后续系统维护参考。明确高发性磨损点，在停炉检修时加强高风险点检修。测量监控炉壁厚度，完善检修记录。重点检修水冷壁敷设浇注料、光管水冷壁过渡部位，炉膛四角，炉墙开孔弯管、管壁焊缝、给料与返料口、炉内测试元件等不规则区域，末端烟道拉稀管，省煤器两端，空气预热器，吹灰器支架处，侧墙水冷壁炉膛出口，屏式受热面，系统尾部受热面，空预器管等区域。3.3加强技术应用系统检修监控中,应合理调整配煤,严格控制二次风配比，积极减少烟气量、降低烟气流速，以及科学控制系统启停速度，尽可能减少磨损。在此基础上，应合理改造受热面，通过熔覆、导流板改造系统,采用理化措施保护机组。此外,应采用先进检测仪器定期检修，及时检出高温腐蚀、拉裂、鼓包等缺陷，针对性应用技术改造方法和优化检修制度，全方位防磨防爆。4循环流化床锅炉防磨防爆技术改进方法4.1初被动防磨防爆技术4.1.1熔覆处理技术熔覆属于水冷壁管防护新技术,采用复合材料处理基材表面，熔覆层与基材发生交互扩散结合效应,提高材料致密性、耐腐蚀性、耐疲劳性与抗磨、抗热性能,通过此种机制防磨防爆。使用激光熔敷管替换传统水冷壁管，可显著降低水冷壁磨损速度,延长使用周期。在循环流化床锅炉系统改造中,通过熔覆处理水冷壁,有效降低非计划28停炉风险。例如，A厂熔覆改造1台生产效率为2 4 0 t/h循环流化床锅炉,熔覆处理区域为浇注料上1.5m处，主要技术方法是将原耐火材料层改造为熔敷层。改造完成后，锅炉防磨防爆水平提高，同时显著降低电力和燃料消耗。熔覆处理技术优点是防磨效果显著，延长系统使用寿命。技术应用缺点为：(1)改造成本较高：与防磨梁技术、金属隔板技术相比，此种全炉膛防护升级改造成本增长(100 200)%。(2)技术难度较高：对操作技术具有严格要求,操作不当可能导致水冷壁管出现细小裂纹,增加系统爆裂风险。4.1.2金属喷涂处理技术金属喷涂技术主要分为2 种，即超音速火焰喷涂技术与超音速电弧喷涂技术。金属喷涂技术利用高温电弧热能和燃气燃烧热能，熔融或者半熔融特殊金属材料,然后压缩空气、燃气,利用超音速气流雾化熔融形态金属，在水冷壁表层喷射出（0.3 0.8)mm涂层。涂层在高温状态下具有高稳定性和高密度氧化膜，提高防磨损层硬度和耐磨度,实现局部防磨。例如,B厂4 4 0 t/h循环流化床锅炉升级改造中,针对屏式过热器与再热器耐火耐磨材料上方(1.02.0)m处、密相区耐火耐磨材料上方(1.01.5)m范围处,采用超音速电弧喷涂技术处理后,与同期服役的同类未改造锅炉相比,改造后管壁使用寿命延长(4 0 0 6 0 0)%。金属喷涂处理的优点是改造成本较低，操作技术简单。该技术缺点是：(1)持续时间较短：较易受到锅炉燃煤质量影响，有效期通常低于6 个月，需要定期重喷，人工投人较大。(2)喷涂效果不稳定：实际喷涂效果受到喷应用能源技术涂材料质量影响，部分厂家材料质量较差，涂层后无法紧密贴合基材，间隔处较易发生腐蚀、引起鼓泡、涂层脱落。4.2主动防磨防爆技术4.2.1防磨梁改造防磨梁技术即在炉膛水冷壁面,采用一定间距横向或者斜向安装全炉膛防磨梁，通过多层阻碍边壁流形成，从而迫使边壁流减速、减弱。主要采用耐火耐磨材料浇注为凸台，然后在水冷壁上固定凸台,形成防磨梁结构,缓解边壁流。通过此种改造，密相区边壁流可减速为1 m/s。防磨梁拦截、分散固体颗粒，部分颗粒呈斜射流入炉内，抵达核心区域二次燃烧，通过此种机制减少边壁颗粒流。防磨梁上方自然积灰，使边壁流软着陆，从而缓解涡流磨损。技术优点是可有效延缓炉内受热面磨损。此种改造方法的缺点是：(1)磨损上移：较易导致磨损上移,防磨梁根部逐渐发生磨损。(2)升高床温：改造后床温可能升高，锅炉出力减弱,改造后可能导致排烟温度增高3 0 以上，阀值蒸汽流量不稳定和增加蒸汽压力，影响污染物快速排放，导致锅炉负荷能力减弱。因此,在实际改造时应优化防磨梁设计，同时合理调整锅炉运行参数，监控系统运行热效率。改造后重点检修防磨梁根部,预防磨损爆裂 4 。4.2.2防磨护瓦技术防磨护瓦改造即采用直条、U型、S型等瓦状物罩住受热面易磨损区域，物理隔离延缓磨损。护瓦防磨主要适用于中小型循环流化床锅炉技术优点是直接隔离危险源，保护被覆盖区域。缺点是：（1)形成凸台,导致护瓦附近区域形成涡流,导致其他区域磨损加剧。（2)水冷壁、护瓦内表层形成空气隙热阻，导致传热不良，不适用于大型循环流化床锅炉。2023年第5期（总第3 0 5期）2023年第5期（总第3 0 5期）4.2.3导流板防磨改造原理接近防磨梁，使用隔板分层隔离炉膛前后墙、侧墙,构建格栅防护结构,以期缓解物料涡流,减少物料斜向流动,减轻水冷壁管受到的冲击磨损。技术优点是导流板为金属材质、形态狭窄，导热性能良好，改造后不会显著该变边壁流动结构或者系统传热性能。例如,4 8 0 t/h循环流化床锅炉经过此种改造,检修周期内磨损量可降低至0.1mm。此种技术广泛应用于3 50 MW超临界循环流化床锅炉改造，可有效防护水冷壁管,减轻磨损。5结束语循环流化床锅炉系统运行中较易发生磨损、爆裂,造成非计划停运,增加生产成本,降低生产效率，而且可能引起严重事故。为促进安全生产，应明确循环流化床锅炉系统运行原理，结合其主应用能源技术要生产工艺流程，总结防磨防爆要点,利用技术手段优化循环流化床锅炉系统，同时加强系统运行监控，切实降低循环流化床锅炉设备磨损爆裂风险，减少非计划停运。参考文献1 3张心人境，孟亚男，高思航，等.模糊PID控制在循环流化床锅炉燃烧系统中的设计及仿真J.吉林化工学院学报,2 0 2 2,3 9(9)：52-54.2陈翰，姚禹歌，张国庆，等.循环流化床锅炉炉内受热面磨损防护技术与应用进展 J.洁净煤技术,2022,28(12):18-29.3史磊，邱国华，李楠，等.循环流化床锅炉处理煤气化炉渣的综合利用模式探索J.中国资源综合利用,2 0 2 1,3 9(6):7 7-7 9,8 2.4刘永利，蒋春雷，刘志超.3 3 0 MW循环流化床锅炉污泥楚烧应用探究 J.山东电力高等专科学校学报,2 0 2 0,2 3(6):56-58,6 9.29