薛永濤
(國能寧煤集團煤制油化工安裝檢修公司,寧夏銀川 750000)
循環(huán)流化床鍋爐又稱為沸騰爐,具有效率高、污染小、調(diào)節(jié)靈活、煤種適應(yīng)廣、爐渣綜合利用率高等特點。尤其是環(huán)保方面的實用性,使得這種鍋爐近些年來在煤制油化工及電力行業(yè)應(yīng)用廣泛。該類型鍋爐的底部為一多孔的布風(fēng)板,空氣以高速穿過孔眼,均勻進入布風(fēng)板上的床料層中。鍋爐床層上的物料為熾熱的固體顆粒和少量煤粒,當(dāng)空氣高速穿過床層使床料上下翻滾,水冷壁受熱面受到運動的顆粒物不同程度的磨損時,易導(dǎo)致膜式水冷壁局部發(fā)生磨損嚴重,水冷壁受磨損部位的強度降低,從而使該區(qū)域發(fā)生破裂導(dǎo)致泄漏。循環(huán)流化床鍋爐停爐由磨損原因造成的事故率達45%~50%,對企業(yè)的經(jīng)濟效益影響。本文從檢修工藝和運行調(diào)整兩方面分析原因,采取相應(yīng)的控制對策,減小磨損速度,提高鍋爐運行效率[1-4]。
循環(huán)流化床鍋爐一般由爐膛、高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、空預(yù)器及旋風(fēng)分離器組成,其結(jié)構(gòu)(見圖1)。
圖1 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Schematic diagram of circulating fluidized bed boiler
循環(huán)流化床鍋爐爐膛水冷壁管的磨損是鍋爐受熱面磨損嚴重的部位之一。由圖1可見,循環(huán)流化床鍋爐水冷壁的磨損,最嚴重的區(qū)域在爐膛下部水冷壁與耐火澆注料交界處、爐膛四周密相區(qū)域以及一些不規(guī)則的管壁如管壁上焊縫處等。
物體表面與磨粒相互摩擦引起表面材料損失的現(xiàn)象叫磨粒磨損。它是指一個表面與硬質(zhì)物體或硬質(zhì)顆粒接觸,產(chǎn)生切削或刮擦作用,引起材料表面破壞。在流化床系統(tǒng)中,磨粒磨損十分普遍。磨粒磨損的機理是磨料顆粒的機械作用,它與磨粒的相對硬度、大小、形狀、固定程度以及載荷作用下磨粒與被磨表面的力學(xué)性能有關(guān)。由于影響因素眾多,很難對于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管受磨粒磨損情況建立起一個完備系統(tǒng)性的數(shù)學(xué)模型,故很難定量討論,只能定性分析[1]。在一次風(fēng)機與二次風(fēng)機開動的條件下,循環(huán)流化床物料在鍋爐爐膛中心區(qū)域以上升流為主,四周邊壁區(qū)以貼壁下降流為主,正常運行時爐膛內(nèi)部流體流動(見圖2)。
圖2 循環(huán)流化床內(nèi)部流體流動示意圖Fig.2 Schematic diagram of fluid flow inside circulating fluidized bed
循環(huán)灰沿鍋爐內(nèi)壁下落到水冷壁與耐火澆注料交界處上部堆積,形成約45°的自然堆積角,之后下落的灰沿坡面下滑,避免沖刷水冷壁管,可以起到減小磨損的作用。在水冷壁與耐火澆注料交界上部的過渡區(qū)內(nèi),由自然下落的積灰在耐火澆注料上部形成斜坡,稱為“軟著陸”區(qū)域(見圖3)。沿鍋爐內(nèi)壁爐內(nèi)向上運動的固體顆粒與向下流動的固體顆粒運動方向相反,這樣使得“軟著陸”區(qū)域的細顆粒減少,大顆粒增多,導(dǎo)致“軟著陸”的效果減弱,沿爐膛壁面向下流動的固體顆粒在交界處流動方向發(fā)生了改變,因而對水冷壁管產(chǎn)生沖刷磨損(見圖4、圖5)。
圖3 設(shè)計工況Fig.3 Design conditions
圖4 實際工況Fig.4 Actual working conditions
圖5 耐火澆注料與水冷壁管交界處磨損Fig.5 Abrasion of refractory castings and water wall pipes
爐膛水冷壁四個角落區(qū)域的管壁磨損(見圖6),主要原因是由于在四角產(chǎn)生的疊加作用使該區(qū)域內(nèi)壁面向下流動的固體物料密度增加,流動狀態(tài)也發(fā)生了改變[2]。
圖6 爐膛四角的磨損Fig.6 Wear of four corners of the hearth
假設(shè)在爐膛的四個內(nèi)壁面上向下的顆粒層厚度為a,則在四角處,有部分重疊區(qū)域,其密度為每個壁面中間的2倍,故在爐膛的四角處,會形成較為嚴重的磨損。
不規(guī)則區(qū)域管壁如爐墻開孔處的彎管(見圖7),管壁上的焊縫(見圖8),原因主要是不規(guī)則管壁對局部的流動特性造成較大的擾動。運行經(jīng)驗表明,即使很小的幾何尺寸的不規(guī)則也會造成局部的嚴重磨損,圖7給出了爐墻開孔處的彎管區(qū)域發(fā)生了不同程度的磨損,其中開孔上部的彎管磨損較輕,而開孔下部的彎管則磨損比較嚴重[3]。
圖7 彎管區(qū)域發(fā)生磨損的情況示意圖Fig.7 Shows the abrasion of the elbow area
圖8 管壁上的焊縫磨損Fig.8 Weld wear on the tube wall
由磨粒磨損機理可知可以從兩方面采取控制措施,一方面增強材料的抗磨性能;另一方面是防止或減少磨粒進入摩擦表面。
4.1.1 膜式水冷壁局部熱噴涂 采用先進的電弧噴涂技術(shù),施工過程由兩部分組成,首先進行表面預(yù)處理,然后進行耐磨防護噴涂[4]。注意噴砂除銹后,要及時進行噴涂。噴涂至少5次以上,使涂層厚度至少達到0.5 mm。施工完的噴涂層表面應(yīng)均勻光滑,無麻面、開裂、起皮、脫落等現(xiàn)象,涂層邊緣平滑過渡。
圖9 電弧噴涂Fig.9 Arc spraying
4.1.2 加裝防磨擋板 在爐膛密相區(qū)的澆注料上方,間隔3 m~3.5 m,可以加裝一層防磨擋板(見圖9)。這樣使運行中防磨擋板上形成物料堆積,使沿爐膛壁面下流的固體顆粒在下落時實現(xiàn)軟著陸,減小其向下流動的動能,從而減小了固體顆粒對水冷壁的局部沖刷作用的力度,同時也阻擋一部分固體顆粒與水冷壁的接觸,這樣就減小了對水冷壁的磨損(見圖10)。
4.1.3 減小對接焊縫的余高及錯口量 一般在焊接中要求焊縫余高要小于2 mm,但在水冷壁管中,由于焊縫處存在形狀突變,導(dǎo)致磨粒磨損加劇,為了保證較好的受力所用,減小摩擦,要將焊縫打磨平整,最好是小于0.5 mm,可以有效的減少焊縫處的磨損。同時,管口組對時,錯口量要控制在0.5 mm以內(nèi)。
圖10 加裝防磨擋板Fig.10 Anti-wear baffle
嚴格控制適宜的風(fēng)量,煙氣流速是影響鍋爐內(nèi)壁磨損主要的原因之一,風(fēng)量太大,可以加速物料對水冷壁管的磨損,且增大二次風(fēng)量,會對物料重力沉降造成擾動,也會加大對爐管的磨損,因此,要選擇合理的操作工況點,使鍋爐運行更佳。
循環(huán)流化床鍋爐的磨損是不可避免的,但可以使用一些必要的預(yù)防手段如采用加澆注料、噴涂耐磨金屬層、采用防磨梁等來減少甚至防止一些部位的磨損現(xiàn)象的發(fā)生,從而減少鍋爐的爆管頻次 ,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
參考文獻:
[1]李華,等.循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損及過熱的分析和預(yù)防[J].中國設(shè)備工程,2010,(4):33-34.
[2]王金枝,肖明,等.循環(huán)流化床鍋爐膜式水冷壁管磨損及處理[J].國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010,13(4):43-46.
[3]趙斌.130 t/h循環(huán)流化床鍋爐的磨損治理[J].甘肅科技,2004,20(6):35-36.
[4]周菊華,黃生琪,等.鍋爐水冷壁泄漏事故的判斷處理和預(yù)防[J].江蘇鍋爐,2010,(2):38-40.