循环流化床锅炉磨损分析及处理效果

电力18讯：    一 概述
福建无烟煤挥发份极低（Var≤5%）、碳化程度高，煤质脆易爆裂、热稳定性差，细粉含量大，着火和燃尽均十分困难，灰熔点低易结焦，发热量高。一般沸腾炉的燃烧效率和热效率普遍不高，煤粉炉还需掺油助燃和稳燃，这使福建无烟煤长期得不到充分应用。循环流化床锅炉以其燃料适应性强、燃烧效率高、负荷调节性能好、低污染物排放等优点，而成为燃烧福建无烟煤的首选炉型，在福建省得到较广泛的应用。
循环流化床锅炉内的高颗粒浓度和高运行烟速的运行特点，决定了炉内部件都会受到含尘烟气的高速冲刷，磨损问题较为突出[1，2]。尽管锅炉厂在设计时采用了许多有效的防磨措施，但由于循环流化床锅炉内的固体颗粒浓度为煤粉炉的几十倍到上百倍[1]，加上设计原因和运行情况的复杂性，受热面和彻体受到大量固体物料的不断冲刷，磨损还是比较严重。
本文介绍1台燃用福建无烟煤的75t/h 循环流化床锅炉的风帽磨损、蒸发管束受热面磨损、旋风分离器磨损、旋风分离器出口膨胀节磨损情况，分析其磨损原因，以及采取的防磨措施和效果。锅炉额定蒸发量75t/h，过热蒸汽压力3.82 MPa，过热蒸汽温度450℃。燃料颗粒度≤8 mm，累计运行24666h，主视图见图1。

二 蒸发管束受热面磨损
2002年5月停炉检查（累计运行14436h），发现蒸发管束管存在磨损现象，尤其正对着旋风分离器入口的第1、2排蒸发管束管磨损最严重，个别磨损量超过比后壁厚的1/3，只好更换了12根（总55根），占总数量的22%。分析其主要原因是：最后一排蒸发管束距离旋风分离器入口仅1m，大量含尘烟气要集中通过一个较小的分离器入口，必然在分离器靠两侧炉墙处形成死角，造成一个不均匀的流速场，使正对着分离器入口的蒸发管束处的烟气流速大大提高，而磨损与烟速的3.6次方成正比[1]。蒸发管束除了第1排迎风面加防磨片，其他3排均为光管，因而磨损严重。
目前，我们在对应分离器入口的所有四排蒸发管束管迎风面和侧面都增加防磨片，延长了蒸发管束的磨损寿命。同时，我们计划设置导流板，以改变流速场的分布，彻底解决蒸发管束磨损问题。


图1  循环流化床锅炉主视图

三 风帽磨损
该锅炉布风板设计并布置800多个“７”型定向风帽，风帽出口以一定的角度围绕布风板上的两个排渣管布置，使流化床布风均匀，有利于床内细颗粒的流化以及把较大颗粒排向排渣管口。运行初期，风帽磨损比较严重：有的风帽口缺角，有的头部磨穿，严重的整个风帽上部全部磨掉。主要原因是风帽节距较小，布置过于密集[3]，以及施工的偏差，致使部分风帽喷出的空气混合物直接冲刷前面的风帽，造成风帽磨损。
对现有锅炉要改变风帽节距难度太大，采取加大风帽壁厚、调整最佳安装角度、严把风帽材质关(采用耐热耐磨特种钢)、尽量避免炉床超温运行等一系列措施，在正确的运行管理和精心的维护检修下，风帽寿命一般在7000h以上，保证了锅炉稳定、连续运行。
新设计的循环流化床锅炉应重新布置风帽，可考虑改变风帽出口直径和风帽节距，并采用蘑菇性风帽或柱形风帽与“７”型定向风帽搭配使用，以避免风帽的磨损。

四 旋风分离器磨损
该锅炉采用中温旋风分离（图2），分离器直径较小，分离效率较高，可提高燃烧效率，且制造工艺简单，成本低；物料循环倍率K为18.22，改善了煤的燃烧条件和炉内传热，延长了燃烧时间，利于煤的燃尽。
锅炉运行6485h，发现旋风分离器漏灰，停炉检查为分离器中心筒（12Cr1MoV，δ=12 mm）中部、法兰处等多处被磨穿，并有许多深浅不一的冲蚀点，分离器入口处、迎流面等局部磨损较严重，内衬耐磨可塑料多处脱落。结合循环流化床锅炉的燃烧机理[1]，根据磨损情况可以判断，分离器的磨损是受到含尘烟气的高速撞击和冲刷而造成的，即是一种冲蚀磨损，分析其主要原因为：
（1）入炉煤细粉所占比例过大，小于1mm的颗粒重量百分比超过50%，远高于30%的设计值；煤粒在挥发份析出阶段破碎和燃烧过程磨损、挤压又产生大量细粉，大大提高了分离器入口的飞灰浓度，而磨损与浓度成正比[1]。
（2）实际燃煤灰分含量比设计燃料高10%以上，分离器收集的灰量无法全部返回炉膛再燃烧，多余的灰最终随烟气直接经分离器中心筒排到尾部烟道，造成中心筒和转向室的冲刷磨损。
（3）锅炉厂在设计时低估了分离器恶劣的工作环境，没有充分考虑中心筒和转向室的磨损问题（内壁没有衬任何耐磨材料），使高速的含尘烟气直接冲刷、撞击金属元件而造成严重磨损[3]。

1―出口膨胀节
2―出口转向室
3―中心筒法兰
4―分离器中心筒
5―入口膨胀节
6―分离器筒体
7―分离器锥体

图2  旋风分离器结构简图
公司技术管理人员在充分调研的基础上，借鉴其他锅炉的成功经验，从材料性能着手，采用“龟甲网＋纯刚玉耐磨耐火可塑料”对分离器进行技术改造：打掉分离器入口处、筒体内壁敷设的耐磨可塑料表面层，露出销钉，在销钉上焊<