150T/H循环流化床锅炉水冷壁管磨损分析及应对措施

张伟程（浙江 台州）

摘 要：从台州临港热电公司3台川锅150t/h循环流化床锅炉的运行情况，重点分析一下循环流化床锅炉磨损部位原因；如何延长锅炉安全经济运行周期，针对优化运行参数调节、技术改造等方面措施实施最来降低机组能耗。

关键词：循环流化床锅炉；安全运行技术水平；运行经济性周期；清洁能源

作者简介：台州临港热电有限公司  浙江台州 本科学历 工程师

0  前言

公司循环流化床（CFB）锅炉技术是一种清洁燃烧技术，其特殊的燃烧方式大大地减少了作为世界主要大气污染源--燃煤电站的二氧化硫、氮氧化物和烟尘实行火电厂超低排放。同时，循环流化床锅炉还具有燃料适应性广、负荷调节性好、燃烧效率高、投资和运行成本相对较低等优点。

1  锅炉主要技术经济指标和有关数据

1.1设计参数

锅炉型号： CG-150/9.8-MX3循环流化床锅炉

主要参数： 额定蒸汽压力：9.8MPa     额定蒸汽温度：540℃

      　　额定给水温度：215℃

1.2设计燃料：（烟煤，煤质分析如下）

1.3技术经济指标：

冷风温度                                20℃

一次风预热温度                          177℃

二次风预热温度                          185℃

排烟温度                                135℃

锅炉设计热效率                          91.5%

脱硫效率（钙硫比≥3）                   ≥80%

燃料颗粒度要求                          0-10mm

（平均粒径约1.2mm,其中小于1mm占40-50%，小于0.10 mm的不大于10%，大于5 mm的不大于15%）

石灰石颗粒度要求  0-1.5mm，平均粒径0.45 mm

1.4水质要求

水质条件符合GB/12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》的要求。

1.5负荷调节

允许的负荷调节范围： 40%～110%

调节方法 ： 风煤比调节、循环灰量调节

2  循环流化床锅炉水冷壁磨损分析

2.1锅炉出力

该锅炉自投运以来燃烧稳定出力能达到额定负荷基本稳定在150T/H，最大可以达到180T/H,最低可以稳定燃烧70T/H左右。基本满足设计时允许的负荷调节范围。

2.2临港热电公司150T/H循环流化床锅炉现状磨损情况

表1：临港热电公司投产以来受热面磨损泄漏及浇注料磨损情况统计

2.3临港热电公司150T/H循环流化床锅炉主要磨损区域

从临港热电公司每次停炉后检查来看，1#、2#、3#炉磨损的区域基本相似，主要在：

1）前、后、左、右墙浇注料上部2米处水冷壁

2）落煤管口处浇注料磨损

3）屏式过热器下部

4）炉膛四角由上而下处

5）旋分分离器入口

6）炉膛水平烟道出口处

图1：2017年6月12日1#炉中间落煤管口处水冷壁泄漏后照片

锅炉运行二年来停炉检查发现主炉膛水冷壁管磨损严重甚至爆管，浇注料磨损问题也十分严峻。

2.4循环流化床锅炉水冷壁磨损原因  

2.4.1在设计制造方面，尽量避免烟气冲刷水冷壁管。落煤管处播煤风设计过大与煤细颗粒冲刷水冷壁管导致磨损。

2.4.2在防磨浇注料选材方面或施工质量不严格。在炉膛密相区排渣口、落煤管处水冷壁的异型管，都会因耐磨材料脱落造成磨损。

2.4.3在安装施工工艺方面不能马虎。例如，水冷壁管子鳍片没有满焊，造成大量炉内物料外漏，造成对水冷壁管侧面的磨损。或管屏与管屏管子接口处，表面留下大量焊接后的凸起部位，形成炉内特料涡流加剧磨损。

2.4.4运行调节方面，播煤风参数不当浇注料脱落，压力过高风煤冲刷水冷壁管磨损。

2.4.4.1影响水冷壁磨损因素有：

（1）烟气流速：烟气流速越大炉内物料浓度大，炉膛差压大，磨损越严重。还有锅炉二次风量越大，炉内燃烧工况的扰动越剧烈，水冷壁磨损也越大。

（2）入炉煤颗粒的影响：入炉煤颗粒大，对水冷壁管壁的切削作用越强烈，磨损量越大。

（3）锅炉本身动力场的影响：由于炉膛内烟气流速分布不均匀，四角处的烟气流速比中间大许多，所以磨损情况比其它部位严重。

3  循环流化床锅炉水冷壁防磨措施

3.1设备治理与改造

（1）锅炉的管理。磨损问题是国内循环流化床锅炉具有普遍性的问题，但又与电厂管理密不可分。对锅炉防磨情况进行研究，定期召开锅炉防磨会议，分析锅炉磨损原因，加大技改力度，使锅炉的磨损突出的问题得到有效的解决。

（2）从设计上采取防磨措施。在炉膛燃烧室、水冷旋风分离器内等膜式壁部分采用焊密集销钉+特殊的高温耐磨浇注料进行防磨处理；对流受热面采用合适的烟速、加防磨盖板等有效措施；对穿墙等处和局部均采取特殊防磨措施。

   （3)受热面缺陷实施闭环。建立缺陷管理档案，每次停炉都要对缺陷产生的部位进行检查分析，同时对水冷壁、屏过、双面水冷壁管壁的厚度进行测量并建立台账，以便进一步完善检修工艺和优化运行调整。

    （4)加强设备的巡检和消缺。运行值班人员加强对给煤口、上下二次风口、床温床压测孔、水冷壁鳍片、穿墙管、人孔等处检查，发现有漏风、漏灰现象应及时堵漏。

   （5)严格执行《防止锅炉“四管”爆破规定》做到锅炉逢停必检的原则每次停炉都对主炉膛浇注料水冷壁上约2米处、穿墙管、落煤管口等处进行认真检查，主要检查浇注料的脱落磨损情况，水冷壁管的磨损情况，鳍片的密封情况，发现有不完整情况应及时修补。

   （6)定期停炉检修，对炉膛内部及返料器、分离器内浇注料和可塑料的磨损情况进行检查和修复，并对锅炉本体设备缺陷进行归档，以便于分析受热面泄漏的具体原因。   

    （7)水冷壁管易磨损部位进行超音速喷涂

对密相区埋管以上的水冷壁管进行热喷涂。进行过热喷涂的水冷壁管抗磨损和抗腐蚀寿命可以提高2～4倍。其施工工艺过程为：首先将水冷壁管壁减薄的部位先进行堆焊，然后打磨圆滑，使处理后的水冷壁管壁厚度与正常管壁相同，对处理过的部位焊缝进行圆滑过渡。然后进行喷沙处理，对管壁进行清理和粗化，喷沙处理后短时间内进行电弧喷涂即可完成整个喷涂过程。春节期间停炉后分别对1#、2#、3#锅炉炉膛密相区浇注料以上3.5米区域、炉膛出口烟窗处的侧墙、后墙或易磨部位进行防磨喷涂。从相关单位运行的效果来看，喷涂效果明显。

3.2优化运行方面        

为确保锅炉机组安全、经济、稳定运行，使锅炉机组进一步优化运行的目的，在运行方面也制定了以下措施：

（1）加强入炉煤的管理

尽量保证入厂煤质的稳定性，并做好入厂煤的化验，煤质发生较大变化时，要及时化验煤的灰熔点，同时对煤的发热量、灰分、水分、挥发分、灰熔点等指标记录归档，并将来煤情况和煤质情况及时汇报值长处，以便及时做好锅炉燃烧调整。

1)入炉煤的粒径必须符合设计要求：入炉煤粒径要求在0～9mm，d₅₀=1.1mm；原则上，禁止将粒径＞9mm的煤送入锅炉。

2)要严格控制上煤量，尽可能保证上煤量均匀，严禁上煤量不均衡，发现输煤系碎煤机不能确保入炉煤粒度时，应及时切换到备用设备.若是由于煤湿原因造成，应及时通知煤场班长上较干的煤或掺煤渣，必要时通知经营部变换煤种。

3)碎煤机间隙调整。根据燃煤粒度即时进行间隙调整，特别是在碎煤机调整转向后，保证细碎机出料粒度在8～13mm以下小于2.5%，防止粒度不合格的煤进入锅炉。

（2）加强锅炉值班人员优化运行

1)根据煤质情况，运行人员在进行燃烧调整时，确保燃烧工况稳定，避免造成燃烧的大幅波动，引起锅炉受热面管壁超温和造成受热面的非正常磨损。

2)严格控制锅炉总风量，在锅炉带80%以上负荷时，应控制氧量在2.0%～3.0%，严禁大于4%长时间运行。控制好最小流化风量保证炉内物料流化。

在入炉煤煤质相对稳定、粒径符合要求的前提下，应根据机组负荷情况，尽可能降低一次流化风量和锅炉总风量，以减轻锅炉受热面的磨损。

表3-2：为锅炉在不同负荷下风量的调整方案

3)为优化锅炉运行，提高机组经济性，在正常运行中各参数调整应符合机组要求：机组负荷在13MW及以上时，锅炉过热蒸汽压力维持在9.2±0.3MPa,过热蒸汽温度维持在535±5℃；在机组负荷低于13MW时，汽压按机组滑压运行曲线进行，汽温尽可能维持在535^＋5_－10℃；锅炉受热面管壁温度不超过规定值。在正常运行时床温（前墙上4点平均温度）应保持在830～900℃，锅炉低负荷（5MW及以下）运行时中下平均床温最低不得低于700℃，若不能维持正常时应说明原因，严防低床温运行锅炉燃烧效率下降，飞灰磨损增大。

4)运行当中应对床压进行严格控制：按高负荷高床压，低负荷低床压的原则进行控制，1#、2#机组负荷13MW及以下时锅炉床压维持在： 6.5～7.5kPa，在机组负荷13MW以上时锅炉床压维持在：7.5～8.5kPa。为使给煤能均匀播洒于炉床上，运行中根据负荷及时调整播煤风母管压力，当煤粒较粗或水分增大时还应适当提高播煤风压，同时还应严密监视水冷风室风压不高于9.5kPa，若发现水冷风室风压不正常升高时，应积极分析查找原因，并进行必要的调整。

5)为减轻侧墙水冷壁的磨损，正常运行时应尽量各台给煤机保持均匀给煤。机组低负荷运行时，应根据床温变化情况尽可能以较低的转速投入多台给煤机，保持燃烧稳定，两侧床温偏差小于20℃，炉膛出口两侧烟温差不大于30℃，应尽可能保证床温稳定。发现炉膛任一点床温上升较快超过950℃时，应分析原因，采取措施果断处理，在任何情况下严格控制各点床温不高于960℃。正常运行时除常期存在缺陷的床温测点外，其余测点指示值不得低于700℃，否则应查清原因进行处理，并汇报。

6)各值班员每天应做好事故预想，对于锅炉燃烧要勤调整，多观察，要善于思考，灵活运用《锅炉防磨措施》，并不断总结经验。监视燃烧盘的值班员要认真细心，发现异常要沉着冷静，正确判断，积极处理。

   7)在锅炉机组启动前，进行添加床料时，应对床料进行事先筛选，使粒度符合要求。锅炉点火前须提前投入底部加热，锅炉投煤应采用脉动投煤的方法，在开、停机过程中应严格控制床温的变化率和升温升压速度，控制受热面管壁不超温，锅炉各部金属壁热膨胀均匀、热应力、热变形小，防止炉内浇注料产生龟裂或脱落，严防锅炉金属部件出现焊缝、鳍片开裂等不良现象。

   8)尽可能避免锅炉超出力（蒸汽流量、总风量、给煤量）运行，因锅炉超出力运行炉膛热负荷相应增加，飞灰浓度必然要增加，锅炉磨损量随之增加。

9)正常运行中，炉膛负压控制在0～100Pa之间，若烟气系统有缺陷时，控制炉膛负压以不向炉外冒灰为准。

4   结论

针对公司水冷壁磨损分析及采取有效的措施，确保机组在最经济的工况下运行。让燃料的可燃元素在炉内的燃烧反应过程中与空气中的氧原子有一个最佳的混合和配比，使其充分的燃烧，就是根据蒸汽的压力、温度、负荷、炉内燃烧各部温度、煤质情况、循环倍率物料浓度、料层差压和返料温度，返料量等工况，调整好一、二次风的比例和引风量。通过采取以上措施，公司1#、2#、3#炉的供电煤耗由原来的266 g/Kwh降至225g/Kwh，减低约41g/Kwh。增加了经济效益，保证明锅炉安全运行。

[1] 岑可法，倪明江，等. 循环流化床锅炉理论设计与运行[M]. 北京：中国电力出版社，2014.

[2] 王智微   循环流化床锅炉循环物料平衡的研究 （国家电力公司热工研究院， 陕西 西安 710032）

[3] 《临港热电公司集控运行规程 》  2017

[4] 吕俊复、张建胜、岳光溪    《循环流化床锅炉运行与检修》 北京  中国水电水利出版社 2007

[5] 刘德昌 《循环流化床燃烧技术》  北京   水利电力出版社   1995.