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针对循环流化床锅炉水冷壁减薄成因分析及解决

摘要: 丰链科技数智化镍基高质量新材料智慧防磨技术团队新一代CFB锅炉水冷壁防磨技术,基于EVI模型的数学建模和动态仿真,根据每一台CFB锅炉的现场工况,仿真模拟循环流化床锅炉的运行状态,以及使用了丰链科技数...

丰链科技数智化镍基高质量新材料智慧防磨技术团队新一代CFB锅炉水冷壁防磨技术,基于EVI模型的数学建模和动态仿真,根据每一台CFB锅炉的现场工况,仿真模拟循环流化床锅炉的运行状态,以及使用了丰链科技数智化镍基高质量新材料智慧防磨技术团队防磨技术方案后的预期使用状态,让每一台CFB锅炉的防磨,更为优化,更加智能。

针对在检验工程实际中发现的循环流化床水冷壁减薄的问题,丰链科技数智化镍基高质量新材料智慧防磨技术团队研究院通过锅炉结构形式和减薄部位的研究,基于EVI多维融合防磨技术,分析炉膛水冷壁磨损减薄的主要因素和成因,进而提出相应的改进措施。

某电厂发电锅炉为无锡华光锅炉厂生产的UG-430/13.7-M型循环流化床锅炉于2009年投用,2011年3月进行的首次内部检验,发现该锅炉炉膛内局部出现比较严重的减薄。因为循环流化床锅炉是上世纪八十年代后发展起来的技术,把检验过程中的缺陷规律性分布及产生的原因进行分析,进行深入的交流讨论。

一、锅炉结构特点

锅炉由炉膛、旋风分离器和尾部烟道三部分组成。

炉膛四壁由膜式水冷壁围成,下部前后水冷壁向炉内倾斜14°,上前部布置有3组水冷屏(为增加水冷壁受热面积),6组再热屏和8组过热屏,后墙上部38m处对称分布两个2100×6100mm烟气出口。根据物料的浓度的不同,炉膛从下向上分为密相区、过渡区和疏相区。密相区内水冷壁用耐火浇注材料覆盖,烟气出口附近的左、右侧墙和后墙上、17组管屏在前墙和顶棚穿墙处以及炉膛的四个角部从下到上都均匀的覆盖有浇注料。

尾部烟道由上向下水平布置有高温过热器、低温过热器、低温再热器、省煤器蛇行管和空气预热器。进入炉膛的燃料,脱硫使用的物料为石灰石等,最大颗粒控制在0~10mm。

二、检验中发现的缺陷及出现部位

2.1 下部(密相区)的集中冲刷

(1)下部水冷壁管在浇注料上方(锅炉说明书中定义的过渡区)仅300mm的位置以上水冷壁管两侧普遍被冲刷拉毛,在喷涂层与管子结合处非常明显地看到对称出现俩个倒三角形冲刷区,在该三角面积内,并列数条比较深的纵向沟槽,最深3mm,前墙、左墙要比后墙、右墙严重。

(2)组屏进入炉膛内敷涂有突出水冷壁平面的浇注料,其上端边缘均有不同程度的横向沟槽。

(3)四角上浇注料,浇注工艺很粗糙,厚度不均匀,边缘不整齐,在厚度变化处,边缘突出处都发现了长度宽度不一的,走向基本为纵向的沟槽,左前角越往下越严重,最深达5mm见照片2。

(4)下部受损鳍片处两侧的管壁上往往可以发现切入两侧水冷壁管的纵向沟槽,最深达3mm。

2.2 上部较大面积的磨损减薄

(1)在上部侧墙没有覆盖浇注料的管子上和炉顶管相焊的扁钢被磨去"棱角",烟气流脱离扁钢后在管子上冲出一道横向浅沟,侧墙朝炉前侧的管子上,钢管弧面被'铣'成平面。该面积从炉前12根管开始到第59根管(第60根管被浇注料覆盖)底部高出烟道下平面约500mm左右。最薄点测厚仅为3.7mm,减薄近3 mm(管子规格Φ60×6.5mm),出现在左墙第50根管子的顶部附近。

(2)两侧的一组水冷壁――水冷屏――再热屏――过热屏,基本与烟道入口等宽,3组屏间的顶棚管上距前墙1.7~2.5m范围内的管子,表面无任何异样,但管壁减薄,侧墙与水冷屏间减薄最严重,依次递减。最严重部位出现在左侧水冷壁、水冷屏之间距前墙约2m的第12根顶棚管上。最小壁厚为2.0mm,减薄4.5 mm(管子规格Φ60×6.5mm)。

(3)正对着炉膛烟道出口的水冷屏、再热屏、过热屏迎风面上(靠炉前侧)出现不均匀减薄,减薄的程度大小依次为同一组屏越靠近炉膛中心的管子减薄越严重,右下向上越严重,不同位置分布的屏越靠近侧墙的屏减薄量越大,界面呈形图2。偏离烟道口后,减薄量突然减小,趋于均匀。

三、冲刷及左右不对称磨损的成因初探

3.1 冲刷磨损的形成

煤粉炉对燃料颗粒度要求很严,一般控制在约0.074mm内,而循环流化床对燃料颗粒度要求为0~10mm,运行记录显示,该炉煤粒多为3mm以下;煤粉炉固体燃料从炉膛中下部喷入炉膛燃烧下落,成为灰粉被排出,燃料运动回路简单,对炉壁的冲刷作用很微弱,循环流化床的燃料及用以脱硫的石灰石以及脱硫产物,被烟气夹带着在炉膛内向上运动,在炉膛内形成两个回路:一是在不同高度一部分固体颗粒沿炉膛壁下落,形成颗粒的炉内循环。其余固体颗粒在旋风分离器内固气分离,分离出的固体物通过回料闸又返回炉膛,形成固体物的炉外循环。固体物料反复地循环地冲刷壁面,尤其是下部水冷壁,接受固体颗粒冲刷的力度和频率更大,这是造成下部水冷壁均发现纵向沟槽的直接原因,烟气上升到炉膛上部,被上部各屏分割,受旋风分离器影响,气流方向性增强,流速增大,对侧墙及顶部管壁冲刷作用加大,理论上越接近烟道入口冲刷力越大。锅炉说明书中介绍,烟气出口的烟气流速达20mm/s。相对于煤粉炉13mm/s的流速,循环流化床烟气出口的水冷壁管每时每刻都接受者七、八级大风的"洗礼"。所以,设计之初,在入口处敷设浇注料是很聪明的选择。

3.2 不对称磨损的讨论

左右磨损的原因是多方面的,有炉膛结构的原因,也可能有运行的原因。

检验中发现右侧烟风道外侧直段与旋风分离器外圆相切部位,内置的防磨保温料原始表面大面积剥离,露出新生表面凹凸不平,能否说明右通道存在着较大的阻力?如果说烟风道阻力大,影响烟风流量分布和烟气的流动速度,流量和流速降低,右侧水冷壁磨损程度降低。

查看运行记录可以看出,左侧一次风压,给煤量始终较右侧大,造成炉膛上部布置的受热面壁温高,炉膛出口烟温高,直至尾部烟井内高温过热器入口、低温过热器入口、低温再热器入口烟温都高于右侧。

前后墙布置有二次风入口外,前墙还布置有5个燃料口,后墙有2个回料口,理论上燃料进入炉膛内与炉料充分混合,在同一层面上,颗粒分布是均匀的,但实际上是有偏差的,前部一侧未经燃烧的原煤颗粒密度有可能大于后墙一侧,其质量也大于经过数次燃烧的燃料质量。因为旋风分离器影响,使炉膛内烟气流动方向改变和提高烟气流动速度,旋风分离器形成的旋状涡流可能会在烟道内侧一带造成紊流,影响后墙侧烟气流速度,使后墙磨损程度小于前墙。

四、结论

根据以上分析,我们认为,烟气流动速度和方向的改变,是引起冲刷磨损的根本原因,磨损的不对称性和操作不当造成冲刷磨损不均匀,制造时应加强工艺管理,使浇注料和喷涂层与管子平滑过渡,使烟道直边与旋风分离器良好相切,操作上要尽可能减小风压,给煤量的误差。检验时对上述重点部位加强检查,保证锅炉安全运行。

五、采用水冷壁导流板防磨技术特点

1、理念超前,定制服务

EVI 介入设计,调研每个CFB锅炉工况,根据特定场景设计科学、有效的防磨方案,定制制造,定制施工,在提高防磨效能的前提下延长服役周期。

2、数学建模,动态仿真

导入CFB锅炉数学建模,动态仿真模拟炉内磨损适应性,依据锅炉运行数据适配防磨施工方案,实时仿真模拟各个时态时的炉内运行状态。

3、新一代导流板工艺技术

创新的材料成分体系,基于武汉科技大学“耐火材料和冶金国家重点实验室”—武钢联合实验室研发的微合金析出强化的新一代导流板,高温强度提高15~ 20%,耐蚀性提升 50~70%且具有良好的吸热和导热性能为长周期服役提供了材料基础。

4、精湛的施工焊接技术,缩短施工周期

施工技术人员专业技能培训,十余年流化床锅炉防磨施工经验,各项专业技术证书, 行业领先的高水平焊接、高精度装配技术,可避免炉内重点区域发生部件脱落和非正常磨损而导致局部防磨功能失效,能短时期内高效快捷保质保量的完成施工,炉内施工作业面友好,施工过程中无噪音污染,无粉尘污染,空间需求小,可交叉施工 。

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