某350MW超临界循环流化床锅炉防磨技术的应用

某350MW超临界循环流化床锅炉防磨技术的应用

朱现伟

中国华电科工集团有限公司             北京      100160

摘要：随着我国火电技术领域的不断拓展，超临界、超超临界参数等级的发电技术也有了突破性的进展，通过机组建设的逐步完善，新建机组的质量也得到了大幅度的提高，这一成绩的取得也使得大容量超临界、超超临界机组的投运数量明显剧增。未来，随着我国制造与设计技术的不断提升，大容量超临界和超超临界机组，已成为我国清洁煤发电技术的主流发展趋势，并且在未来的一定时期内，超临界和超超临界机组能够有效解决我国煤电发电功能短缺、能源利用率低，以及环境污染等问题，因此，有针对性地对超临界循环流化床锅炉的使用进行进一步分析。基于此，文章对某350MW超临界循环流化床锅炉防磨技术的应用进行了研究，以供参考。

关键词：循环流化床；防磨；熔敷

1水冷壁磨损的机理及影响因素

通过对同类型锅炉的调研，超临界循环流化床锅炉由于锅炉内烟气流速高、颗粒浓度大，燃用高灰分的劣质煤种，加上局部结构设计不当或安装达不到要求造成受热面的磨损，成为导致循环流化床锅炉长期连续运行不畅的主要原因。对于循环流化床锅炉来讲，其磨损主要表现为物料磨损，物料磨损是指各种物料的颗粒或凸物在与零件表面相互接触时，使表面材料发生损耗的现象，是由于硬颗粒或凸物作用而造成物料转移所致。通过对循环流化床锅炉进行分析，归纳得出其受热面典型磨损原因。

1.1原因分析

循环流化床锅炉水冷壁管磨损机理与煤粉炉有很大的不同，一方面大量烟气和固体颗粒在上升过程中对水冷壁管进行冲刷；另一方面由于内循环的作用，大量固体颗粒沿炉膛四壁重新回落，对水冷壁管进行剧烈冲刷。特别是在水冷壁管和耐火材料层过渡区的凸起部位，因没有上行气流，沿水冷壁管下来的固体颗粒形成涡流，对局部水冷管壁起到一种刨削作用，即切削磨损。

1.2影响水冷壁磨损的主要因素

（1）烟气流速的影响：烟气流速越高磨损越严重，磨损量与烟气流速的三次方成正比。一次风量越大，磨损量越大。另外二次风量越大，对炉内燃烧的扰动越剧烈，水冷壁磨损量也越大。（2）物料浓度的影响：炉膛内物料浓度越大，水冷壁磨损量越大。循环流化床锅炉由于其特定的燃烧方式，炉内的固体物料密度为煤粉炉的几十倍到百倍不等。物料浓度越大，对管壁的撞击和冲刷越强烈，磨损量也就越大。（3）燃料性质的影响：循环流化床锅炉在掺烧煤矸石或其他高硬度燃料时，燃料颗粒硬度越大、粒径越大，对水冷壁管的切削作用越强烈，磨损量越大。（4）安装及检修质量的影响：锅炉安装及检修质量不好，例如，受热面鳍片没有满焊，大量颗粒外漏，造成对水冷壁管侧面的磨损，或管屏表面留下大量焊接后的凸起部位，形成颗粒涡流加剧磨损。（5）浇注料设计及施工的影响：循环流化床锅炉的穿墙处、二次风口都设计有浇注料，浇注料设计不合理施工不规范，都会形成凸台，当物料撞击凸台时形成撞击和冲刷，造成浇注料附近水冷壁管磨损。

2水冷壁熔敷技术的工程应用

在本项目建设时，就已经意识到循环流化床锅炉的磨损问题，通过大量的调研及工程实例考察，最终确定在锅炉密相区浇注料以上3m、炉膛四角及炉膛出口至旋风分离器入口处采用熔敷防磨技术。

2.1等离子弧熔滴熔敷的技术特点

熔敷防磨技术是利用熔敷热源将具有一定性能的材料熔敷在基体（工件）表面上，形成冶金结合的一种熔敷工艺过程。等离子熔滴熔敷技术是基于等离子体原理，以被熔敷工件为阳极，以金属熔丝为阴极，利用阳极和阴极之间产生的等离子弧作为热源，将金属熔丝熔化，产生金属熔滴，再通过智能机械诱导机构（熔敷机器人）的甩滴功能将熔融的金属熔滴甩附在工件上。

2.2熔敷应用效果

2018年基建安装期对两台锅炉实施了等离子熔敷防磨，熔敷层厚度1.5-2.0mm，熔敷层硬度HRC50±5。2020年4月两台机组运行一年后第一次Ｃ级检修，对锅炉水冷壁进行全面检查，等离子熔敷防磨效果明显，熔敷区域基本没有磨损痕迹。2021年至今，在每年机组等级检修时对水冷壁进行一次全面检查，熔敷后的水冷壁区域得到了有效防护，防磨效果明显，提高了锅炉水冷壁的抗磨能力，为机组长期安全、可靠、经济运行提供了有力保障。河北某电厂2台490t／h循环流化床锅炉在采用等离子熔滴熔敷后，对锅炉原磨损严重区域进行检查，没有明显磨损迹象，施工时的凹凸面基本保持完整。山西某电厂2台350MW循环流化床锅炉在水冷壁磨损严重位置采用等离子熔滴熔敷技术，防磨效果显著，提高了锅炉水冷壁的抗磨能力。广东某电厂2台350MW超临界循环流化床锅炉在2018年投产前在易磨损位置采用等离子熔敷防磨技术，2021年又在原熔敷基础上扩大了熔敷防磨面积，熔敷位置防磨效果显著，既耐磨又不影响锅炉热效率，保障了锅炉长周期安全稳定运行。

3格栅防磨技术在本工程的应用

3.1水冷壁局部磨损情况

2021年3月1号锅炉因后墙水冷壁与后墙双面水冷交汇处磨损泄漏而停炉两次。两次对泄漏区域进行检查，泄漏点均在双面水冷壁与后墙水冷壁交汇处（标高21.6m），而且泄漏点位于熔敷区域内。针对这一现象，对两次泄漏情况进行了对比分析，发现后墙水冷壁与双面水冷壁呈90°布置，该区域物料浓度高，存在贴壁流现象，属于易磨损区域。虽然在工程期间已对该区域后墙水冷壁进行熔敷防磨处理，对双面水冷壁进行浇筑防磨处理，但是高浓度物料顺着双面水冷壁向下流动，在双面水冷壁浇注料的凸台处产生撞击，流动方向发生改变，转向后墙水冷壁，同时在该区域产生局部涡流，对后墙水冷壁冲刷磨损，造成后墙水冷壁爆管。经过对锅炉密相区现场磨损进行分析及对同类型机组展开调研，决定在锅炉密相和稀相过渡区域，采取格栅防磨方案。

3.2格栅防磨原理

在炉膛受热面沿水平方向和垂直方向装设铸造合金材料格栅板，形成格栅防磨网，疏导炉内物料内循环，优化水冷壁表面流场，降低气固两相流冲刷水冷壁纵向和横向的终端速度。极大地减小物料颗粒与水冷壁的摩擦力和碰撞的切削力，从而大幅降低气固两相流对水冷壁的磨损。

3.3各种防磨技术的对比

目前循环流化床锅炉防磨方案对比见表1

表1　循环流化床锅炉防磨方案对比

3.5　格栅防磨应用效果

格栅防磨技术适用于炉膛中不同高度不同部位的水冷壁防磨，尤其是对炉膛密相区、炉膛出口周边、炉膛四角、水冷壁凹凸不平处等局部磨损重灾区域的防磨效果较为明显，杜绝了因锅炉水冷壁局部磨损而导致的泄漏、爆管事故。国内大量350MW超临界循环流化床锅炉也将金属格栅作为主要防磨技术。陕西某480ｔ／ｈ循环流化床锅炉安装金属格栅后，每个检修周期内实测磨损量仅为0.1mm；广西某厂3台350MW循环流化床锅炉在水冷壁标高21.6m以上的整个炉膛安装金属格栅，安装区域内水冷壁管防护良好，未见磨损；河北某300MW循环流化床锅炉在将水冷壁上部炉膛防磨梁改装成金属格栅后，防磨效果良好且锅炉带负荷能力有所提升。

结语

综上所述，随着循环流化床锅炉参数的提高，烟气流速的增加，加上炉内屏式双面水冷壁的面积的增加，超临界循环流化床锅炉的磨损问题非常突出。本工程在建设期间采取熔敷防磨技术，增加了熔敷区受热面硬度，熔敷后的水冷壁区域得到了有效防护，提高了锅炉水冷壁的抗磨能力。针对流化床锅炉的局部磨损问题，本工程采用防磨格栅技术，降低烟气在水冷壁管表面的流速和物料浓度，从而降低对水冷壁的磨损，取得了良好的效果。熔敷技术和防磨格栅技术为循环流化床机组长期安全、可靠、稳定运行提供了有力保障，可为同类型机组的防磨改造提供参考。

参考文献

［1］陈翰，姚禹歌，张国庆，等．循环流化床锅炉炉内受热面磨损防护技术与应用进展［Ｊ］．洁净煤技术，2022，28（12）：18-29．

［2］夏云飞．循环流化床锅炉水冷壁磨损机理与防止研究［Ｄ］．杭州：浙江大学，2015．

［3］薛希群．循环流化床锅炉磨损分析及对策［Ｊ］．电力自动化设备，2003，23（1）：82-84．