CFB锅炉水冷壁的磨损与预防措施

曩霸　碍　｛　ｌ　ｉｅ魏　；（》蛳　鞋螂瑞｝栅眨　７４　第２８卷第４期　２０１２年４月　电力科学与工程　Ａｐｒ．２０１２　，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＣＦＢ锅炉水冷壁的磨损与预防措施　王富兴，忻　炜　（中石化天津分公司动力部，天津３００２７０）　摘要：针对某公司ＣＦＢ锅炉掺烧后出现的水冷壁磨损问题，分析了引发磨损的多种原因，采取了针对性　防磨措施，取得了良好的效果，提高了锅炉运行的安全性和稳定性，对同类型的ＣＦＢ锅炉预防水冷壁磨　损具有一定的参考价值。　关键词：ＣＦＢ锅炉；水冷壁；磨损　中图分类号：ＴＫ２２３．３＋１　文献标识码：Ａ　下回流，当物料回流的速度方向与水冷壁管壁当　０　引言　地表面平行时，为冲刷磨损，此时磨损速度一般　是可以接受的　。如果物料回流的速度方向与水　循环流化床（ＣＦＢ）燃烧技术以其优良的性　冷壁管壁当地表面不平行，即存在撞击磨损。一　能、低污染燃烧特性成为当／４＂世界先进可靠的洁　般循环流化床锅炉床料颗粒与受热面的冲击角度　净燃煤技术之一，但ＣＦＢ锅炉也存在一些带有普　为０。～９０。之间，因此循环流化床锅炉的磨损是以　遍性的问题，如：水冷壁管泄漏、耐火浇注料塌　上两类磨损基本类型的综合结果。而水冷壁磨损　上运动的固体物料运动方向相反在局部产生旋流，　加剧磨损。炉膛水冷壁角落区域的磨损，则是因　落、冷渣装置故障等，其中水冷壁管因磨损泄漏　主要有集中在内沿壁面回流的固体物料与炉内向　已成为制约ＣＦＢ锅炉运行周期的重要因素…。　某公司２００９年投用了Ｆｗ公司的三台Ｆｗ一　４６５Ｔ／Ｈ一１２．５紧凑型ＣＦＢ锅炉，其锅炉采用水　物料沿水冷壁表面回流在角落区域发生碰撞，使　冷旋风分离器，前墙进料，床下点火，选择性风　流动状态遭到破坏，同时壁面夹角形成的流动空　冷冷渣器；设计燃料为高硫石油焦燃料（校核燃　间物料浓度较大，使颗粒碰撞增加产生的磨损。　料为焦煤重量比５：５混烧）。该锅炉投用以来一直　燃用石油焦，运行工况良好。由于石油焦的价格　２　ＣＦＢ锅炉水冷壁磨损情况　约为煤的两倍，焦煤低位热值比约为３：２，增加　煤炭掺烧量将产生巨大的经济效益。但由于煤的　２．１　２０１１年３月停炉检查　硬度比石油焦硬度高很多，势必加剧锅炉水冷壁　该公司自２０１０年１月份开始对逐步增加各台　的磨损。因此，减轻ＣＦＢ锅炉内床料对水冷壁磨　锅炉的燃煤量，达到校核燃料５：５后，自２０１０年　损，保证ＣＦＢ锅炉“安、稳、长、满、优”运行　１１月开始对９号锅炉进行大比例煤焦该公司自　是目前急需解决的问题。　２０１０年１月份开始对逐步增加各台锅炉的燃煤　量，达到校核燃料５：５后，自２０１０年１　１月开始　１　ＣＦＢ锅炉水冷壁磨损机理　对９号锅炉进行大比例煤焦掺烧（３：７；０：１０）试　验，至２０１１年３月１２日９号锅炉停炉，停炉后　循环流化床锅炉磨损可分为冲刷磨损和撞击　检查水冷壁，发现浇注料与水冷壁交界至往上　磨损，炉膛中心物料向上流动，近壁面处物料向　０．６　ｍ处，前墙水冷壁喷涂部分已完全脱落（如　收稿日期：２０１１—１２—０２。　作者简介：王富兴（１９６５一），男，高级工程师，长期从事发电设备的运行与研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｆｕｘｉｎｇ８２０９＠ｓｏｈｕ．ｃｏｎ。　７６　电力科学与工程　２０１２钲　可见运行这３５天锅炉水冷壁局部磨损严重。　表２根部水冷壁测厚结果　Ｔａｂ．２　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｒｏｏｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｅｄ　ｗａｌｌ　（根数：前墙左数壁厚：根部壁厚）　３水冷壁磨损分析　针对２０１１年５月停炉检查水冷壁磨损情况，　进行了如下分析。　３．１燃料颗粒大　锅炉给料时，忽视了对燃料粒径的控制（对　燃料粒度检查中发现有大量颗粒超过１０　ｍｍ），直　接造成了炉内炉料流化困难、床温高的现象，为　了缓解流化不畅的问题，增加了一次风量。一方　面扩大了炉膛密相区的高度，造成对水冷壁的磨　损加剧　（尤其是ＣＦＢ锅炉浇注料与水冷壁连接　与让管之间）。磨损量与颗粒直径的平方成正比。　当颗粒的速度和与水冷壁的冲击角一定时，颗粒　度越大磨损量越大。另一方面，增加了一次风量　烟速就会增大。对于飞灰浓度一定的烟气，烟速　增大飞灰颗粒对水冷壁管壁的撞击力、冲刷力加　大，加剧水冷壁管柬的磨损。　３．２燃料灰分、硬度高　９号炉自４月２日启炉后，石油焦与贫煤５：５　掺烧，４月１５日后开始烧全神华煤，根据技术质　量部提供数据，４月份共进煤７列，其中有两列　灰分超过３０％，同时由于燃烧方式改为全煤燃　烧，煤的Ｓ含量为０．５％～０．７％，石灰石投人量　很少，床料中ＣａＳＯ　占的比例下降（炉膛内床料　的９０％左右均是非可燃物料、燃料煤或石油焦燃　烧后的灰渣、脱硫反应后的ＣａＳＯ　以及未参与反　应的石灰石），由于含ｃａ，ｓ等成分较高的床料硬　度较小　］，撞击后易破碎，对水冷壁的磨损较轻，　然而全烧神华煤后，床料中的ＣａＳＯ　，ＣａＯ等急　剧减小（即含Ｃａ，Ｓ等成分低），锅炉床料主要　成分变为煤渣，硬度增加，是加剧水冷壁磨损的　原因之一。　３．３二次防磨喷涂附着力差　二次防磨喷涂普遍存在效果较差的现象，主　要是因为在进行新喷涂之前，未对原喷涂层区域　进行处理，造成新老结合面处不能形成一个整体，　易出现脱落，进而未达到对水冷壁防护的作用。　３．４水冷壁安装垂直度不合格　按照《电力建设施工及验收技术规范（锅炉　机组篇）》要求　，水冷壁安装时必须保证上下　水冷壁联箱中心线垂直距离不超过３　ｍｍ，而实际　在测量水冷壁垂直度时发现，炉膛整体呈现上宽　下窄，四面墙均不同程度的向内倾斜，前墙最明　显。这也解释了前墙让管处磨损严重的原因。　４水冷壁防护措施　４．１预防措施　在保证施工质量的前提下，采取了如下措施，　以减小水冷壁的磨损　“　。　（１）抬高前墙浇注料高度　循环流化床锅炉磨损问题最突出的部位是在耐　火浇注料与水冷壁管束之间交界面附近。将前墙浇　注料高度增加３００　ｍｍ，以减轻此处水冷壁管束的　磨损。这是因为高度增加后，在耐火浇注料凸台附　近沿壁面向下流动的固体物料量相对减小，同时物　料中的大颗粒也比较少，因而减轻管壁磨损。　（２）重做水冷壁表面喷涂　表面喷涂耐磨合金材料是一项有效的局部水　冷壁防磨措施，涂层的硬度比母材的硬度大，而　且涂层在高温下生成致密、坚硬而且化学稳定性　较好的氧化层，提高水冷壁重点磨损区域的耐磨　性。而５月７日停９号炉，对水冷壁与浇注料连　接处往上５　Ｉｎ及屏翼过热器附近２　ｉｎ发现部分区　域喷涂已完全磨掉，故对表面重新处理后对这两　部分水冷壁进行了喷涂，以减小床料对水冷壁实　体管壁的磨损。　（３）改变水冷壁管束与浇注料连接方式　针对耐火浇注料凸台上方产生严重磨损的原　因，采取改变水冷壁管的几何形状，填满让管区　域，使浇注料域与上部水冷壁管保持基本平直，图　ＥＮＧ｛　ＥＥＲ｛ＮＧ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　嘲嘲　＿　第４期　王富兴，等ＣＦＢ锅炉水冷壁的磨损与预防措施　５所示，对减轻局部磨损效果明显。国外的一些主　要循环流化床锅炉制造公司目前已经采用了这种设　计，国内也采用了类似的设计。浇注料采用高密度　销钉固定的方式，水冷壁与耐火材料交接处的让管　结构使贴壁物料流进入密相区不受阻挡。　水冷壁　焊接高　图５　改造后的水冷壁与浇注料连接方式　Ｆｉｇ．５　Ｊｏｉｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ－ｃｏｏｌｅｄ　ｗａｌｌ　ａｎｄ　ｆｉｒｅｐｒｏｏｆ－ｗｅａｒｐｒｏｏｆ　ｍａｔｅｒｉｌａ　（４）增设防磨梁　　．敷设多阶防磨梁　的方式进一步减小床料内　循环对水冷壁管束的磨损，利用销钉固定钢网后，　将耐火耐磨浇注料通过钢网固定在水冷壁上，形　成炉膛内壁沿水冷壁高度方向以２．５　ｍ，３　Ｉｎ，３．５　ＩＴＩ，４　ｒｆｌ间距倾斜的多阶防磨梁，使ＣＦＢ锅炉炉　内物料流变化如图６所示。其防磨原理是通过多　级凸台阻挡贴壁下降的物料流，使其丧失由于下　落高度而积累的速度，并显著降低了贴壁流的颗　粒浓度，从而减轻金属表面磨损，尤其是对水冷　壁与耐火浇注料交接处的局部磨损。　４．２运行措施　采取以上防磨措施后，主要加强了以下几方　面的运行调整。　（１）适当控制烟气流速　由于烟气流速与锅炉负荷有关，与流化风量　和二次风量配比有关。在能满足床料良好流化的　情况下，流化风量不易保持过大（通常流化风保　持物料流化即可，由于锅炉一次风量测点不准，　以一次风机电流为参照，将其调整至２２０　Ａ即　可），炉内燃烧过程所需的氧量应由二次风进行调　７８　电力科学与工程　２０１２拄　以减小炉内床料对前墙中间水冷壁的磨损。　３００　ＭＷｅ　ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｃｏａｌ　ｍｉｘｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｌｉｍｅ　ｓｙｓｔｅｍ　［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１　１，２７　５结论　循环流化床锅炉的磨损是不可避免的，这是　多年来一直困扰循环流化床锅炉技术发展的关键　因素。文章分析了引发磨损的多种原因，针对公　司４６５　ｔ／ｈ　ＣＦＢ锅炉采取一系列措施，来减少甚至　（７）：７０—７２．　［２］童良怀．循环流化床锅炉的运行调整与防磨［Ｊ］．工业　锅炉，２０１０，（２）：４９—５２．　Ｔｏｎｇ　Ｌｉａｎｇｈｕａｉ．Ｒｕｎｎｉｎｇ—ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａａｎｔｉ—ｗｅａｒｉｎｇ　ｏｆ　ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ　Ｂｏｉｌｅｒ，２０１０，（２）：４９—５２．　［３］岑可法．循环流化床锅炉理论设计与运行［Ｍ］．北京：　中国电力出版社，１９９８．　［４］张妮乐，黄明达，高胜斌，等．根据煤灰成分判别ＣＦＢ　锅炉磨损特性的新方法［Ｊ］．动力工程，２００６，２６　（１）：５４—５８．　Ｚｈａｎｇ　Ｎｉｌｅ，Ｈｕａｎｇ　Ｍｉｎｇｄａ，Ｇａｏ　Ｓｈｅｎｇｂｉｎ，ｅｔ　ａ１．Ａ　ｎｅｗ　控制一些部位磨损的发生，取得了良好的防磨效　果，延长了水冷壁使用寿命。采取的措施如下：　（１）由于锅炉前墙存在偏斜，而造成锅炉前　墙水冷壁磨损较为严重，通过抬高浇注料、改变　水冷壁与浇注料的连接方式，再辅助增设防磨梁　可以消除水冷壁根部磨损问题。　（２）炉膛内适当增设４～５道水冷壁防磨梁，　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｓｃｅｒｔａｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒｓ　ｂｙ　ａｓｈ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，　２００６，２６（１）：５４—５８．　降低了水冷壁贴壁流的浓度和下滑速度，在一定　程度上明显的减小了水冷壁磨损程度，增设过多　反而起不到好的效果。　（３）通过控制烟气速度、燃料粒度、密相区　［５］ＤＬ／Ｔ　５０４７—９５．电力建设施工及验收技术规范（锅炉　机组篇）［Ｓ］．　［６］崔凯，梁志伟，杨景利．循环流化床锅炉弓形防磨技术　简介［Ｊ］．电站系统工程，２００８，２４（５）：６９．　Ｃｕｉ　Ｋａｉ，Ｌｉａｎｇ　Ｚｈｉｗｅｉ，Ｙａｎｇ　Ｊｉｎｇｌｉ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＦＢ　浓度以及掺烧顺序的运行优化调整方法，在一定　程度上可以降低水冷壁的磨损率，实现了锅炉安　全、稳定运行，同时也提高了锅炉水冷壁管磨损　控制和预防水平。　参考文献：　ｂｏｉｌｅｒ　ａｒｃｈ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ａｎｔｉｃｈａｆｅ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｎ—　ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，２４（５）：６９．　［７］肖平，蒋敏华，徐正泉，等．ＣＦＢ锅炉多阶防磨梁装置　及其对炉内传热的影响研究［Ｊ］．热力发电，２００９，３８　（５）：５１—５５，７６．　Ｘｉａｏ　Ｐｉｎｇ，Ｊｉａｎｇ　Ｍｉｎｈｕａ，Ｘｕ　Ｚｈｅｎｇｑｕａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　［１］许渊源，孙涛　３００　ＭＷｅ循环硫化床锅炉掺烧煤泥系统　的优化与改进　［Ｊ］．电力科学与工程，２０１１，２７（７）：　７０—７２．　ｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｘｕ　Ｙｕａｎｙｕａｎ，　Ｓｕｎ　Ｔａｏ．Ｏｐｔｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎｔｉ－－ａｂｒａｓｉｏｎ　ｐｌａｔ・－ｆｏｒｍｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｆｕｒａｎｃｅ　ｏｆ　ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｕｐｏｎ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｒ—　ａｎｃｅ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，２００９，３８（５）：　５１—５５．７６．　Ａｂｒａｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ＣＦＢ　Ｂｏｉｌｅｒ　Ｗａｔｅｒ　Ｗａｌｌ　Ｗａｎｇ　Ｆｕｘｉｎｇ，Ｘｉｎ　Ｗｅｉ　（Ｓｉｎｏｐｅｃ　Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｂｒａｎｃｈ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｙ，Ｔｉｇａｎｊｉｎ　３００２７０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｗａｌｌ　ａｆｔｅｒ　ａ　ｍｉｘｅｄ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｉｎ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ’Ｓ　ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ．Ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉａｌ　ａｎｔｉ－ａｂｒａｓｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｔａｋｅｎ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｂｏｉｌｅｒ’Ｓ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｕｎｄｅｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ａｎｄ　ｗｉｌｌ　ｐｒ０ｖｉｄｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｗａｌｌ　ｔｏ　ｐｒｅｖｅｎｔ　ａｂｒａｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＦＢ　ｂｏｉｌｅｒ；ｂａｔｅｒ　ｂａｌｌ；ａｂｒａｓｉｏｎ