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循环流化床锅炉论文

引言

循环流化床锅炉具有高效、低污染、调节灵活、煤种适应广、炉渣综合利用率高等特点。特别是环保方面的实用性,使得这种锅炉近年来在电站和热电联产项目上应用广泛。循环流化床锅炉与传统的煤粉炉不同,在循环流化床锅炉运行中,含有燃料、燃料灰、石灰石及其反应产物的固体床料,在炉膛---返料器---炉膛这一密闭循环回路里处于不停的高温循环流化中;同时,在炉膛内床料在重力的作用下,不断地进行上、下往复循环运动;因此,在循环回路的相应部分会产生一定的磨损。磨损不仅影响锅炉安全运行,还有可能限制循环流化床锅炉优势的发挥,使得锅炉运行维护费用增大,机组利用率低,给企业带来损失。因此,调查、研究循环流化床锅炉磨损问原因,针对磨损现象采取必要的措施,对安全生产、提高机组运行效率、发挥循环流化床锅炉的优势等有重大意义。

龙达化纤热电厂三台UG—130/5.3---M6型循环流化床锅炉自2009年投产以来,1#、2#锅炉受热面有不同程度的磨损,3#锅炉投运近半年,由于水冷壁磨损严重,水冷壁爆管频繁发生,以至于最长连续运行时间很难达到三个月,严重影响了公司的经济效益。为此,本文从检修质量和运行工艺调整两方面进行分析,并提出相应的措施,控制磨损,以提高锅炉的可靠性与经济性。

1.循环流化床锅炉炉膛磨损机理与影响因素

1.1磨损的概念与形式

在循环流化床锅炉中大颗粒由于机械作用,或伴有化学或电的作用,物体工作表面材料在相对运动中不断损耗的现象称为磨损。根据磨损机理不同,磨损一般可分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损等。流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损称为冲蚀(或冲击磨损)。冲蚀又有两种基本类型,分别叫做冲刷磨损和撞击磨损,这两种磨损的冲刷表面流失过程的微观形貌是完全不同的。冲刷磨损是颗粒相对固体表面冲击角较小,甚至接近平行。颗粒垂直于固体表面的分速使得它锲入被冲击物体,而颗粒与固体表面相切的分速使得它沿固体表面滑动,两个分速合成

的效果即起一种刨削的作用。如果被冲击物体经不起这种作用,即被切削掉一小块,如此经过大量、反复的作用,固体表面将产生磨损。撞击磨损是指颗粒相对于固体表面冲击角度较大,或接近垂直时,以一定的速度撞击固体表面使其产生微小的塑性变性或显微裂纹,在长期大量的颗粒反复冲击下,逐渐使塑性变性层整片脱落而形成的磨损。根据磨损方式不同,磨损又可分为两物体磨损、三物体磨损。在两物体磨损中,固体依靠自身动量撞击并冲刷壁面,如图1-1。在三物体磨损中,沿壁面运动的固体粒子受到粒子团的冲击,而粒子团则利用前者作为磨损介质来磨损受热面,如图1-2。虽然现在还没有充分理解循环流化床锅炉的磨损机理,但可以预测物体磨损是造成循环流化床锅炉磨损的主要原因三物体磨损可能发生在以下三种情况:颗粒富集以很大的密度沉降、供料足以产生很大的颗粒密度以及在颗粒流动容许范围内很大颗粒密度在磨损表面附近区域可以存在。

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图1.1二物体磨损图1-2 三物体磨损

1.2 磨损的影响因素

循环流化床锅炉中煤灰颗粒对锅炉耐火材料的磨损属于颗粒流的冲蚀,既有颗粒对炉内耐火材料的撞击,又有高浓度含灰气流对材料表面的冲刷。冲击磨损是指由于颗粒流撞击或在表面滑动所引起的质量损失,在很大程度上取决于颗粒的尺寸、颗粒的形状、冲击速度、冲击角度、供料量、颗粒的强度及硬度等,下面简要讨论这些因素对材料磨损的影响:

⑴颗粒尺寸的影响:已有研究结果表明磨损程度受颗粒动能的影响,大颗粒冲击管壁的磨损能力较大。影响颗粒大小的因素有煤粒大小、石灰石颗粒大小、煤灰富集程度等。

⑵颗粒形状的影响:一般认为带有棱角的颗粒比近似球形的颗粒更具磨蚀

性,通常认为随颗粒圆度的增加磨损量减少,然而颗粒的形状并非设计人员能控制的。

⑶颗粒撞击表面可能性系数的影响:对表面有冲击作用的颗粒份额是决定管壁磨损程度的关键因素。颗粒对壁面的冲击行为没有定论,至今仍不能精确度量颗粒的浓度、轨迹及其停留时间。颗粒浓度由炉膛高度及尺寸、流化速度、固体物料量、颗粒的大小形状及其均匀度等共同决定,这些因素也是相互制约的。

⑷颗粒硬度的影响:当颗粒硬度比被磨材料的硬度低时,磨损率通常很低;当颗粒硬度接近或高于被磨材料的硬度时,磨损率会迅速增加;此时颗粒硬度再继续增加则对磨损影响不显著。颗粒的硬度由进入床层的煤粒、灰粒、石灰石颗粒等共同决定,又随煤灰组分不同而变化,然而煤灰组分是很难确定的。对于循环流化床锅炉,必须引起注意的是床料在炉内停留一段时间后其表面会生成一膜层,其硬度要大大高于新鲜床料的硬度,因此在循环流化床中,受热面的磨损将主要取决于床料表面磨层的厚度。

⑸供料量:供料量的增加意味着颗粒浓度的增加,其他条件相同情况下,颗粒浓度增加冲击管壁的磨损能力随之变大,循环流化床锅炉高的循环倍率虽然可以提高燃烧效率,增强传热效果,但同时高的循环倍率也决定了烟气中高浓度的固体颗粒和严重的磨损。

⑹冲击速度:颗粒的流速是在设计人员所能控制的,如二次风喷嘴、床层横截面及炉膛出口通向旋风分离器处的颗粒速度等直接由设计人员控制着。沉降到管壁的颗粒冲击速度由其自身重力及炉膛高度决定,设计人员可以通过选择合适的流化速度及颗粒携带量来控制颗粒的冲击速度。

⑺冲击角度:通常冲刷磨损随冲击角度的减小而减少,但锅炉实际运行中的冲击角度是很难确定的,只有在流动模型中可以控制冲击角的大小从而减轻对磨损的影响。

除上述各影响因素外,磨损程度还与被冲击表面的材质有关,同等条件下,材质耐磨性能越好,磨损量愈小。此外,磨损程度还受燃料特性、运行参数等的影响。燃料特性是指燃料对受热面的影响程度可分为无磨损、低磨损、中磨损、高磨损、严重磨损等五个等级对磨损的影响程度由弱到强,运行参数的影响包括烟气速度、气流湍流强度、烟气温度及烟气成分等方面的影响。

2.龙达化纤热电厂循环流化床锅炉简介

2.1锅炉概况:

(1)型号:UG-130/5.3—M6

(2)制造厂家:无锡锅炉股份有限公司

(3)制造日期

(4)安装日期:

(5)投产日期:2009年8月

(6)安装单位;湖北工建

2.2设备概述:

本锅炉是中温,次高压,单锅筒横置式,单炉膛,自然循环,全悬吊结构,全刚架∏型布置。锅炉运转层以上露天,运转层以下封闭,在运转层8.0米标高设置混凝土平台。炉膛采用膜式水冷壁,锅炉中部是蜗壳式汽冷旋风分离器,尾部竖井烟道布置两级二组对流过热器,过热器下方布置三组光管式省煤器及一,二次风各三组空气预热器。

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图2-1

本锅炉采用中科院工程热物理研究所的循环流化床燃烧技术,结合无锡锅炉厂多年生产循环流化床锅炉的经验,是双方合作的新一代产品。在燃烧系统中,三台给煤机将煤送入落煤管进入炉膛,锅炉燃烧所需空气分别由一、二次风机提供。一次风机送出的空气经一次风空气预热器预热后由左右两侧风道引入水冷风室,通过水冷布风板上的风帽进入燃烧室;二次风机送出的风经二次风空气预热器预热后,通过分布在炉膛前、后墙上的喷口喷入炉膛,补充空气,加强扰动与混合。燃料在炉膛内与流化状态下的循环物料掺混燃烧。床内浓度达到一定值后,大量物料在炉膛呈中间上升,贴壁下降的内循环方式,沿炉膛高度与受热面进行热交换,随烟气飞出炉膛的众多细小颗粒经汽冷分离器之后,绝大部分物料又被分离出来,从返料器返回炉膛,再次实现循环燃烧。比较洁净的烟气经转向室、高温过热器、低温过热器、省煤器、一、二次风空气预热器由尾部烟道排出。并通过向炉内添加石灰石来降低烟气中二氧化硫的排放,采用低温和空气分级供风的燃烧技术能够显著抑制氮氧化物的生成。

锅炉的水、汽侧流程如下:

给水经过水平布置的三组光管式省煤器加热后进入锅筒。锅筒内的锅水由集中下降管、分配管进入水冷壁下集箱、上升管、上集箱,然后从引出管进入锅筒。锅筒内设有汽水分离装置。饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引至汽冷旋风分离器,然后依次经过尾部汽冷包墙管、吊挂管、低温过热器、喷水减温器、高温过热器,最后将合格的过热蒸汽引入汽轮机。

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图2-2

2.3锅炉各部件简介

1)锅筒及锅筒内部设备

锅筒内径为1600mm,壁厚为60mm,封头厚度为60mm,筒体全长9940 mm,材料为20g。

锅筒内正常水位在锅筒中心线以下85 mm处,最高、最低安全水位距正常水位为上下各75mm。

锅筒内部装置布置有旋风分离器、均汽孔板和顶部百叶窗等内部设备。锅筒内装有37只直径为φ294mm的旋风分离器。

锅筒给水管座采用套管结构,避免进入锅筒的给水与温度较高的锅筒壁直接接触,降低锅筒壁温温差与热应力。

由旋风分离器出来的蒸汽穿过上部波形板分离器,再经锅筒顶部梯形波形板分离器,然后进入锅筒的汽空间进行重力分离,再经过顶部百叶窗和多孔板进行二次汽水分离,最后蒸汽引出管到过热器系统。为防止大口径下降管入口产生漩涡和造成下降管带汽,在下降管入口处装有栅格及十字板。为保证蒸汽品质在锅

筒内还装有加药管和连排管;为防止锅筒满水还装有紧急放水管。

锅筒上设有上下壁温的测量点,在锅筒点火启动升压过程中,锅筒上下壁温差允许最大不得超过40℃。同样,启动前锅炉上水时为避免产生较大的热应力,进水温度不得超过90℃,并且上水速度不能太快,尤其在进水初期更应缓慢。

锅筒采用两个U型吊架,悬吊在顶板梁下,吊点对称布置在锅筒两端,相距7010mm

2)水冷系统

炉膛横截面为7010×4850m㎡,炉膛四周由管子和扁钢焊成全密封膜式水冷壁。前后及两侧水冷壁分别各有87-φ60×5与60-φ60×5根管子。前后水冷壁下部密相区处的管子与垂直线成一夹角,构成上大下小的锥体。錐体底部是水冷布风板,布风板下面有水冷壁管片向前弯与二侧墙组成水冷风室。布风板至炉膛顶部高度约29米,炉膛烟气截面流速约为4.5m/s。

后水冷壁上部两侧管子在炉膛出口处向分离器侧外突出形成导流加速段,下部锥体处部分管子对称让出二只返料口。前水冷壁下方有三只下煤口,侧水冷壁下部设置有供检修用的专用人孔,炉膛密相区前、后侧水冷壁还布置一排二次风喷口。

前、后、侧水冷壁分成4个循环回路,由锅筒底部水空间引出2根φ377×16集中下降管,通过8根φ133×6和4根φ159×8的分配下降管向炉膛水冷壁供水。其中两侧水冷壁下集箱分别由2根φ159×8的分配下降管引入,前后墙水冷壁下集箱分别由4根φ133×6的分配下降管引入.两侧水冷壁上集箱相应各有3根φ159×8连接管引至锅筒,前后墙水冷壁上集箱有12根φ133×6引出。水冷壁系统的集箱除前后上集箱合并成φ273的集箱外,其余均为φ219×20 水冷壁、集箱、连接管的材料均为20G/GB5310。

整个水冷壁重量由水冷壁上集箱的吊杆装置悬吊在顶板上,锅炉运行时水冷壁向下热膨胀,最大膨胀量110mm。

3)高效蜗壳式汽冷旋风分离器

本锅炉采用的是高效蜗壳式汽冷旋风分离器专利技术,在炉膛出口并列布置两只汽冷旋风分离器,分离器直径3600mm,用φ38×5的管子和鳍片组成膜式壁作为旋风分离器的外壳,并采用蜗壳进口的方式形成结构独特的旋风分离器。旋风分离器将被烟气夹带离开炉膛的物料分离下来。通过返料口返回炉膛,烟气则流向尾部对流受热面。整个物料分离和返料回路的工作温度为910℃左右。

包覆分离器的汽冷受热面能够有效吸收物料后燃烧所产生的热量,防止高温结焦,同时由于耐火层薄还可缩短锅炉的启动时间。

分离器内表面焊有密排抓钉,并浇注一层60毫米厚的特种耐磨可塑料,使整个分离器内表面得到保护,从而使分离器具有较长的使用寿命。

分离器出口管采用高温耐热合金制造,材料为16Cr25Ni20Si2

分离器入口设检修孔,并保证其密封性。

返料器和立管内设有热电偶插孔及观察窗,以监视物料流动情况。

汽冷分离器为过热器受热面的一部分。

4)燃烧设备

燃烧设备主要有给煤装置,布风装置,排渣装置,给石灰石装置,点火系统和返料回灰系统。

①给煤装置

给煤机与落煤管通过膨胀节相连,解决给煤机与炉膛水冷壁之间的膨胀差。给煤装置的给煤量能够满足在一台给煤装置故障时,另两台给煤装置仍能保证锅炉100%额定出力。一定粒度的燃煤经给煤机进入布置在前墙的三根φ325×10间距1.8m的落煤管,落煤管上部有送煤风,下部靠近水冷壁处有播煤风,给煤借助自身重力和引入的送煤风沿着落煤管滑落到下端在距布风板1.5m处进入炉膛。给煤量通过改变给煤机的转速来调整,给煤管内通入一次风冷风作为密封风。播煤风接一次热风。

②布风装置

风室由向前弯的水冷壁及两侧水冷壁组成,风室内浇注100毫米厚的中质保温混凝土。防止点火时鳍片超温,并降低风室的水冷度。

燃烧室一次风从左右两侧风道引入风室。风室与炉膛被布风板相隔,布风板系水冷壁与扁钢焊制而成,布风板断面积为7010×2580,其上均匀布置有636个风帽。一次风通过这些风帽均匀进入炉膛,流化床料。风帽采用耐磨耐高温合金,布风板上的耐火、保温浇注料厚度共150毫米。

③排渣装置

煤渣燃后的灰分别以底渣形式从炉膛底部排出和以飞灰形式从尾部排出。煤的种类、粒度和成灰特性等会影响底渣和飞灰所占份额。按本锅炉设计煤种和粒度要求底渣占30%及粒度0.1-10mm,飞灰占总灰量70%及粒度0-0.1mm。

底渣从水冷布风板上的三根φ219水冷放渣管排出炉膛,其中两根接冷渣机,每台冷渣机按3t/h冷渣量配置,另一根为事故排渣管,水冷放渣管中的水参与锅炉水循环。

底渣通过冷却输送装置可实现连续排渣。除渣量以维持合适的风室压力为准。一般来讲定期排渣的大渣含碳量较低,连续排渣的大渣含碳量会有所升高。

④给石灰石

本公司锅炉按添加石灰石脱硫设计,石灰石通过气力输送经二次风口送入炉膛。脱硫的石灰石耗量1669公斤/小时,按钙硫比2.5计算。脱硫效率90%

⑤二次风装置

二次风通过分布在炉膛前后墙的二次风管分别送入炉膛下部。喷口风速>60米/秒。运行时风压一般不小于5000帕

⑥点火燃烧器

两台床下点火燃烧器并列布置在炉膛水冷风室后侧,两台床上点火燃烧器对称布置在炉膛两侧。有点火油枪,高能电子点火器及火检装置组成。点火油枪为机械雾化,燃料为0#轻柴油。每只油枪出力500千克/小时,油压2.5兆帕,油枪所需助燃空气为一次风。空气和油燃烧后形成850℃左右的热烟气。从水冷风室上的布风板均匀送入炉膛。为了便于了解油枪点火情况,点火燃烧器设有观察孔。本锅炉能满足程控点火要求,其中火枪探头的冷却采用仪表风(压缩空气)吹扫。

⑦点火用油量及风量:

点火油压: 2.5兆帕

每只油枪喷油量: 500千克/小时

点火总风量 55000立方米/小时

其中燃烧风 40000立方米/小时

点火启动时,风室内温度监视采用直读式数字温度计,冷态启动时间一般4小时。

锅炉冷态启动顺序:首先在流化床内加装启动惰性床料,粒径0-5毫米,并且使床料保持在微流化状态,启动高能点火器,把油点燃,850℃左右的热烟气通过水冷布风板进入流化床加热床料。床料在流化状态下升至450℃(烟煤)

以上,维持稳定后开始投煤。可先断续少量给煤,当床料温度持续上升后,加大给煤量并连续给煤直到锅炉启动完毕。

⑧返料回灰系统

旋风分离器下接有返料器,均由钢外壳与耐火材料衬里组成,耐火材料分内,外三层结构,里层为高强度耐磨浇注料,外层为保温浇注料和硅酸铝纤维板。

返料器内的松动风与返料风采用高压冷风〔由专用返料风机提供),由小风帽送入,松动风与返料风的风帽开孔数量及孔径有差别,返料风大,松动风小,并采用分风室送风。小风帽的材质为ZGCr25Ni20,入口风管母管上装设有流量计,压力计和风量调节阀门。运行时总风量346nm3/h,其中返料风总风量220nm3/h,松动风量126nm3/h。返料器的布风板还设有一根φ108×6放灰管.

5)过热器系统及其调温装置

本锅炉采用对流过热器,并配以一级喷水减温器的过热器系统。

饱和蒸气从锅筒由6根φ133×6的管子引至汽冷分离器环形上集箱,蒸汽经分离器膜式壁下行到下环形集箱后引至尾部包墙的前包墙下集箱,随后上行,到前包墙上集箱,流经顶棚管到后包墙下集箱,再由转角集箱进入二侧包墙下集箱,再上行至侧包墙上集箱〔包墙管均为φ51×5〕,通过4根φ159×8连接管引入吊挂管入口集箱,蒸汽再进入吊挂管管束,至低温过热器入口集箱进入低温过热器,低温过热器φ42×4光管顺列布置。为减少磨埙,一方面控制烟速,另一方面加盖防磨盖板。过热蒸汽从低温过热器出来后,进入喷水减温器进行减温,减温幅度可以通过调节减温水量来实现。过热汽经减温后进入高温过热器,高温过热器采用φ38×4、12 Cr1MoVG 管子。减温器喷水量为 2.116t/h。减温水调节范围控制在减温水设计值的50-150℅以内。主蒸汽出口电动闸阀PN10,DN250.在高,低过热器管组之间均布置有人孔门。本锅炉主蒸汽出口在锅炉的左侧。

防磨结构上采用如下布置形式:

高低温过热器均采用顺列布置,第1排管子加防磨盖板,弯头处加装挡板防止烟气走廊。

高温过热器处的烟速为8.8米/秒,低温过热器处的烟速为8.2米/秒。

6)省煤器

⑴尾部竖井烟道中设有三组光管省煤器,均采用φ32×4蛇形管组成的省煤器,错列布置,横向节距82毫米,具有较好的抗磨性能。材质为20G/GB5310。给水沿蛇形管自下而上,与烟气成逆向流动。

⑵省煤器管束最上排装设防磨盖板,省煤器的平均烟气流速在8.0米/秒左右。

⑶在锅筒和下级省煤器进口集箱之间设有再循环管道,以确保锅炉在启动过程中省煤器有必要的冷却。

⑷锅炉尾部烟道内的省煤器管组之间均留有人孔门,供检修之用。

⑸省煤器出口集箱设有排放空气的管座和阀门,省煤器入口集箱上设有两只串联DN20的放水阀。

7)空气预热器

⑴在省煤器后布置6组空气预热器,分别加热一次风和二次风。采用卧式顺列布置。每组之间均留有检修空间。

⑵空气预热器管子迎风面第一排管子采用φ42×3的厚壁管。

⑶每级空气预热器及相应的联通箱均采用全焊接的密封框架,以确保空气预热器的严密性。

⑷空气预热器进口段加装防磨套管。

⑸空预器每级漏风系数保证第一年运行不超过0.03,长期运行不超过

0.05。

8)锅炉范围内管道

本锅炉给水操纵台的布置为三路管道给水,分别用于启动、低负荷、满负荷工况时的给水。

给水通过给水操纵台从锅炉右侧引入省煤器进口集箱。

锅筒上装有各种监督、控制装置:一只高读玻璃管水位表,一只双色水位表,两个低读电接点水位表,两只供自控用平衡容器。两只安全阀以及压力表、连续排污管、紧急放水管、加药管、再循环管、自用蒸汽管等管座。

定期排污设在集中下降管下端以及各水冷壁下集箱。

汇汽集箱上装有生火和反冲洗管路、2个安全阀、压力表、疏水、放汽、旁路等管座。

减温器和汇汽集箱上均装有供监测和自控用的热电偶插座。为监督运行并装设了锅水、饱和蒸汽和过热蒸汽取样装置。

在汇汽集箱右端装有电动闸阀,作为主蒸汽出口阀门。

9)吹灰装置

为清除受热面上的积灰,保证锅炉的效率和出力,在锅炉尾部烟道侧墙布置有吹灰器,高、低温过热器各2只,省煤器4只,空预器4只;采用蒸汽出口阀门。

10)密封装置

本锅炉的顶棚管及包墙管分别采用¢60×5和¢51×5的管子与扁钢焊接组装成膜式壁,再将各组件拼接在一起构成与炉膛水冷壁一样的全密封型壁面。尾部烟道对流过热器蛇形管穿出处,安装时在穿管部位局部切割扁钢,管子就位后与密封板进行拼焊。在此区域还采用了密封套,以加强密封效果。

顶棚管、水冷风室与侧水冷壁之间的密封采用密封填块加梳形板的结构。

分离器与炉膛及尾部烟道之间的联接采用耐高温非金属膨胀节。返料器下端采用耐高温不锈钢金属波形膨胀节。

11)炉墙

炉膛、汽冷分离器及尾部包墙均采用膜式壁结构,管壁外侧为保温材料并罩上梯形波纹外护板。炉墙上设有人孔门、观察孔和测量孔。炉膛内密相区四周、分离器内、料腿、返料器等磨损严重区采用敷设高温耐磨浇注料、可塑料、内衬等措施。分离器出口连接烟道、省煤器区域采用轻型护板炉墙。

炉墙厚度如下:

炉膛和包墙管: 200毫米

顶棚: 280毫米

分离器出口联接烟道 350毫米

省煤器:前后侧380毫米;两侧240毫米

锅炉本体各部位热电偶伸进长度如下:

锅炉室内的热电偶伸进耐磨层150mm;

炉膛上部的热电偶伸进水冷壁管中心线350mm;

分离器出口水平烟道的热电偶伸进炉墙内壁350mm;

尾部竖井烟道上的热电偶伸进包墙管中心线400mm;

返料器内热电偶伸进炉墙内壁350mm;

床下点火燃烧器内热电偶伸进炉墙内壁350mm;

12)构架

锅炉为室外布置,锅炉本体采用全钢构架,构架主要承受以下荷载:锅炉前部、中部、尾部的全部悬吊重量,尾部的支撑重量,锅炉本体管道和检修的有效荷栽,锅炉房范围内各汽水管道烟风管道、运转层平台的局部荷栽,司水小室、炉顶轻型屋盖及炉顶单轨吊的荷载。

⑴各承重梁的挠度与本身跨度的比值不超过以下数值:

大板梁:1/850. 次梁:1/500 空预器支撑大梁:1/1000

⑵平台和扶梯为栅格式。

⑶锅炉钢结构采用框架式全钢结构,以适应7度地震。

⑷锅炉各部件及相互之间有一定的膨胀间隙,可防止受热面由于膨胀受约束而变形。

⑸水冷壁四周外侧沿高度方向设置刚性梁。

⑹本体炉墙范围的外护板设计采用镀锌波纹板。

13)锅炉过程监控

循环流化床锅炉属于低温燃烧,注重对炉膛的床温、床压的控制,以及风煤比的监视、调节与联锁保护,注重对影响物料流化、循环、燃烧的各股风量的监控,从而确保建立一个稳定的循环量,保证锅炉燃烧的灰平衡和热平衡。

本锅炉燃烧系统调控的基本原则是:按负荷要求调整给煤量;调煤的原则是加煤前先加风,减煤后再减风。按负荷、煤和氧量调一、二次风总风量,一次风保证物料流化和维持一定的物料循环量,通过调整一、二次风比例控制炉膛温度,调整引风机开度控制炉膛出口的负压值。

14)锅炉脱硫

锅炉在燃用含硫量较高的燃料时,脱硫是通过二次风管向炉内添加0~2 mm 的细粒石灰石来实现的,由于本燃烧系统采用低温燃烧,该温度区对脱硫最有利。细粒石灰石在高流化风速下在整个炉膛内与烟气充分混合接触,又经分离器和返

料器多次循环利用,石灰石利用率高,脱硫效率高。煤中所含硫分在燃烧后被固化在炉渣中,随炉渣排出。

2.4 锅炉主要参数(表2-1)

表2-1锅炉主要参数

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2.5设计煤种成份分析(表2-2)

表2-2锅炉设计煤种成份分析

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3.龙达化纤热电厂130t/h锅炉炉膛磨损原因分析及对策

3.1炉膛磨损现象及原因分析

龙达化纤热电厂三台UG—130/5.3---M6型循环流化床锅炉自2009年投产以来,1#、2#锅炉受热面有不同程度的磨损,3#锅炉投运近半年,由于水冷壁磨损严重,水冷壁爆管频繁发生,以至于最长连续运行时间很难达到三个月,严重影响了公司的经济效益。

通过实际观察与分析得出,由于卫燃带与水冷壁交界的过渡区内固体物料沿壁面下流,而已炉内向上运动的物料运动方向相反,因此在这个区域会产生涡流,而下行物料在此区域流动方向改变,对水冷壁产生冲刷(如图3-1、图3-2)。由于此处水冷壁施工工艺不完善,喷涂工艺不合格,存在喷涂死角,不能有效起到提高水冷壁表面耐磨性的作用。并且在喷涂区域存在不平结构,因此加剧了局部管壁磨损。在运行过程中,风量过大,使得过渡区上部物料浓度偏高,物料在下行过程中冲击水冷壁管,造成此处薄弱环节的水冷壁爆管。因此,可以分别从改变近壁流体流动形式(降低颗粒下滑高度.使交界区域表面平滑)提高受热面硬度角度进行防磨,而为了更有效节约成本,应提高运行水平来进行防磨。

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图3-1 图3-2

3.2防磨措施

3.2.1被动防磨措施

为减轻防磨,通常可以分别从降低颗粒下滑高度,降低灰浓度角度,保持受热面表面平滑,提高水冷壁表面硬度等方面来采取防磨措施。通常采用的措施有:(1)通过加焊挡板,增加耐火平台,加焊直向和横向防磨片,加焊防磨槽可以降低颗粒下滑高度,使下行物料在下行过程中减慢速度,破坏稳定的边壁层,并能在挡板,平台上自然堆积,形成软着陆区,减缓烟气与物料对水冷壁的冲刷。

(2)通过采用改变水冷壁几何形状的方式可以保持受热面表面平滑,让管防磨可以使固体物料沿壁面平直下流,消除了易磨区。

(3)通过对易磨区水冷壁管进行防磨喷涂可以提高水冷壁表面硬度,在金属表面形成硬致密的氧化层,有效减少水冷壁管的磨损和爆管。

通过对以上被动防磨措施的分析与选择,并结合考虑成本及厂内设备的维修周期问题,龙达化纤热电厂从被动防磨角度来考虑,在更换了磨损的水冷壁管后,在炉膛前墙拐角进行磨损后补焊措施。

具体是在耐火防磨以上1.5m范围内采用超音速电弧防磨喷涂技术进行耐磨喷涂,尤其对水冷壁焊口等局部不规则表面中喷涂耐磨材料。

通过技术论证,其喷涂材料采用目前国内比较先进的LX88A超硬耐磨电弧喷涂材料。该喷涂材料是由陶瓷硬质相与塑性向相组成的粉粉芯丝材,涂层硬度很高。由于电弧喷涂的喷涂速度越高,涂层化学成分和硬质相含量易调整,沉积效率高等优点以及热膨胀系数与普通低碳钢和低合金的热膨胀系数接近,可避免再热循环过程中由于热应力作用而造成涂层剥落。并且电弧喷涂与火焰喷涂相比较为灵活,操作成本较低,与此同时加强了水冷壁的检修质量,彻底消除水冷壁表面存在的缺陷。

3.2.2主动防磨措施

从主动防磨角度来讲,需要调整灰浓度、风量、灰粒粒度等运行参数以降低受热面的磨损。此130T/H循环流化床锅炉在满负荷下的一、二次风比例5.5:4.5,炉膛出口含氧量偏高,达到了 4.8%,且炉膛负压偏大。可以看到,由于风量过大,使得炉膛过剩空气过多,含氧量偏高,并且相应增大了炉内烟气流量,使得炉膛内烟气流速过高,造成烟气携带物料量过多,颗粒动能增加,使得循环流化床锅炉稀相区颗粒浓度偏高,造成了炉膛过渡区上部稀相区磨损较为严重。而由

于此循环流化床锅炉中掺烧了部分硬度非常高的炉渣,这部分燃料更加剧了受热面的磨损。

因此调整了部分运行参数,在保证锅炉出力的情况下,降低了一、二次风总量,并调整了一、二次风的比例,比例调整为5:5左右,而在控制炉膛出口含氧量在3—4%之间。降低了炉膛内烟气流速,会使得磨损量大大降低。

3.3 防磨效果

通过从被动防磨和主动防磨两个角度来进行改进,在炉膛及尾部烟道等易磨区域都采取了相应的防磨措施,尤其对卫燃带与水冷壁管过渡区域进行了技术的改造,并在被动防磨的基础上对锅炉的运行进行控制降低磨损。

在炉膛过渡区采用让管技术,效果良好,并在上部喷涂了1m高防磨涂层。其喷涂方法采用超音火焰(HVOF)喷涂金属陶瓷粉末材料(Nicr-cr3c2),是目前的最佳方案。

采用了上述措施后,龙达化纤热电厂130t/h循环流化床锅炉基本上消除了水冷壁磨损严重的情况,运行近6个月没有发生有爆管事故。停炉对水冷壁进行检查是仅有磨光现象,通过对过渡区上部水冷壁管测其厚度,炉膛拐角管子的壁厚仍有足够余量,防磨效果良好。

4. 结论

循环流化床锅炉中煤灰颗粒对锅炉炉膛受热面的磨损属于颗粒流的冲蚀,既有颗粒对炉内耐火材料的撞击,又有高浓度含灰气流对水冷壁表面的冲刷。磨损在很大程度上取决于颗粒的尺寸、颗粒的形状、冲击速度、冲击角度、供料量、颗粒的强度及硬度等。

通过实际观察与分析得出,龙达化纤热电厂130t/h循环流化床锅炉由于卫燃带与水冷壁交界的过渡区内固体物料沿壁面下流,而已炉内向上运动的物料运动方向相反,因此在这个区域会产生涡流,而下行物料在此区域流动方向改变,对水冷壁产生冲刷,并由此引发爆管事故。

通过对磨损机理的分析与讨论,龙达化纤热电厂采取了有效的防磨措施。在水冷壁过渡区域采用超音速电弧防磨喷涂技术进行耐磨喷涂,喷涂材料采用超硬耐磨电弧材料,并消除水冷壁表面缺陷。从运行角度调整了风量,将烟速控制在合理范围内。通过进行技术改造,基本上消除了水冷壁磨损严重的情况,运行近半年效果良好。

从考虑节约维修成本以及延长材料使用寿命等方面,完善锅炉的运行水平是非常重要的。由于烟气速度磨损起决定性作用,因此合理配风,保证最佳的风煤比,合理控制烟速,并及时调节入炉煤和返料,可防止加重局部磨损,并保证锅炉的经济运行。

致谢

在本次论文设计过程中,孙坚荣老师对该论文从选题,构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模,导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神,将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此,谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!

最后,我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅,评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。