论文部分内容阅读
摘 要：本文针对某电厂一台75T/H CFB锅炉埋管磨损情况，进行原因分析和磨损机理研究，论述了通过加强锅炉参数控制，改进锅炉运行模式，做好埋管防磨措施等几个方面延长埋管使用寿命，为同类型锅炉延长锅炉埋管运行周期提供了新的思路。
关键词：锅炉；埋管；寿命
1 概述
山东华聚能源股份有限公司某电厂3#锅炉为无锡华光锅炉厂生产，型号为UG-75/5.3-M16。前墙与水冷壁直接焊接连接，后墙采用外置联箱连接，埋管与后墙水冷壁处加套管可自由伸缩，外置联箱用钢板与水冷壁膜片连接，内部用浇注料密封。该锅炉埋管使用3年后，后墙二次返料管周围、炉门口、最下层处埋管，出现磨损严重并泄露情况，泄露位置主要集中在最下层埋管底部、返料口两侧埋管、炉门口三处，检修过程中也采取修补和割管方法进行处理，对锅炉的受热效果也产生一定影响。
2 锅炉埋管磨损机理的研究
在机理上，金属的磨损可分为两类：一是金属表面在固体颗料的冲刷下，因磨擦而导致的金属部件的逐渐失重；另一类是在金属表面形成一层氧化膜，膜的硬度很高，但较脆，在物料颗粒的冲刷下，氧化膜出现极小徽快的剥落，在剥落掉的金属表面上再形成新的氧化膜层，磨损就在这一过程中在进行。通过对锅炉埋管磨损部位、测量数据以及泄漏点的分析，该厂锅炉埋管磨损属于第一类金属磨损。
经过分析，该厂使用的燃料是矿洗煤厂洗煤后的副产品煤泥、煤矸石。煤泥的灰分含量较大，最高能达到45%-50%；煤矸石以长石、石英为主，岩性坚硬不易破碎和在炉膛内煅烧磨碎。由于煤泥没有固体颗粒燃烧时产生大量的灰分，炉内的物料密度为煤粉炉的几十倍到百倍以上，煤矸石炉膛内岩性坚硬不易破碎和在炉膛内煅烧磨碎，对埋管的冲刷也会进一步加剧。在一次风、二次风的作用下，烟气伴随着固体颗粒不断冲刷受热面，而处在炉膛密相区内的埋管完全暴露在风烟颗粒内，埋管受到大量固体物料的不断冲刷，其磨损是十分严重的。后墙返料口为扇形喷口容易对埋管进行冲刷，加剧了埋管的磨损程度。
3 延长埋管运行周期研究
3.1 燃料控制
根据研究表明煤泥灰分越大、煤矸石颗粒度、硬度越大，对埋管的磨损强度越大。由于煤泥灰分和煤矸石的硬度是煤矿的煤质条件决定，需要生产运行人员控制合适的入炉煤粒度，经过总结研究和多次实践，比较合适燃料的级配比为：矸石煤入炉煤的粒度应控制在8mm以下，中煤入炉煤的粒度应控制在13mm以下。矸石煤比较合适的级配比为0～0.45mm约占40%，0.45～1mm的约占30%，1～5mm的占20%，大于5mm的约10%。尽量不要出现大量的超过8mm煤粒。燃烧中煤时比较合适的级配比为0～0.45mm约占35%，0.45～1mm的约占20%，1～8mm的占40%，大于8mm的约5%，尽量不要出现大量的超过13mm煤粒。
3.2 运行控制
3.2.1 流化的均匀性。每次停炉时对锅炉风帽、风室进行检查，更换损坏风帽清理风室内的杂物，确保床料流化得均匀性。
3.2.2 保持临界风量运行，减少流化风速。对风量的调整原则是在一次风量满足流化的前提下，相应地调整二次风。因为一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏，循环流化床锅炉在运行前都要进行冷态试验，并作出在不同料层厚度（料层差压）下的临界流化风量曲线，在运行时以此作为风量调整的下限，如果风量低于此值，料层就可能流化不好，时间稍长就会发生结焦。
3.2.3 严格控制床料温度，杜绝高温现象。料层温度是指燃烧密相区内流化物料的温度。一般来说，床温是通过布置在密相区和炉膛各处的热电偶来检测的。可以通过调整给煤量、风量及送回燃烧室的返料量，调整料层温度在控制范围之内。我厂运行时间证明，炉床温度一般控制在900℃～950℃之间，严格控制炉床温度在1000℃以内，避免高温对埋管的损坏影响其使用寿命。
3.2.4 保持较低的料层差压，减少物料对埋管的冲刷。料层差压是一个反映燃烧室料层厚度的参数，通常将所测得的风室与燃烧室上界面之间的压力差值作为料层差压的监测数值。在锅炉运行中，料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量要维持适当的料层高度。一般来说，以煤泥为主燃烧的情况下料层差压应控制在8500-9500Pa之间；以洗中煤为主燃料的情况下料层差压应控制在7000-9000Pa。料层差压可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节，排放冷渣应根据风室静压变化、勤排、少排，避免造成过大的冷渣不完全燃烧损失和物理热损失。
3.2.5 调整三台中煤给料机给煤量。根据研究1#、3#中煤给料机给煤量过大对炉门口处埋管磨损较严重，减少1#、3#给煤机给煤量加大2#给煤机给料机对减少埋管磨损有利，保证1# 30%、2# 40%、3# 30%给煤比例最佳。
3.2.6 严格启停炉操作。启停炉期间严禁强行降温、急剧升温、快速升压。锅炉故障停炉后，严禁急于检修，严禁强制通风降温。在点火升压过程中，应该注意调整燃烧，保持炉内温度均匀上升，待床温升至500℃才可以少量给煤。承压部件受压均匀，膨胀指示正常，密切观察汽包纵、横向膨胀不超过20mm；密切监视过热蒸汽温度不超过485℃，过热蒸汽温度平均上升速度不应大于1.5-2.0℃/min。停炉后要做好锅炉的冷却保养，要求停炉后12小时内，紧闭所有的风门及人孔门，以免锅炉急剧冷却；12小时后，可打开风门及人孔门，逐渐进行自然通风并进行必要的放水、上水；待炉温降至200℃以下时，可开启引风机和一次风机进行放渣，并强行冷却。
3.3 进行埋管防磨技术改造
3.3.1 对埋管管子进行改造，新管子规格为Φ57×10，材质仍为20G/GB5310。每根埋管加8道鳍片，材质为Cr25Ni20Si2，鳍片截面6×20mm，鳍片间隔为40度。每条鳍片之间要留有膨胀间隙。埋管剖面示意图（如图1）
3.3.2 为了避免返料口喷射出的扇形返料对埋管的冲刷，关闭返料风减少返料的流速，同时在返料口处用10mm不锈钢板制作成方盒，减小返料的扇形喷射角度，减轻返料口处埋管的磨损。
3.3.3 对易磨损部位后墙二次返料管周围埋管和两侧炉门口埋管用Φ87的护板进行焊接，护板材质选用Cr25Ni20Si2，护板和埋管鳍片焊接。
3.3.4 采用新技术对埋管沿后墙至1.5m处表面利用超音速电弧喷涂镍铬涂层（0.5mm），来增强埋管的耐磨能力。（如图2）
4 结论
正确的运行控制减轻了锅炉埋管运行中的正常磨损，各种防磨技术的合理使用，进一步降低了埋管磨损速度，提高了埋管的使用寿命。通过各种措施的综合应用，使锅炉埋管的寿命延长到6年，极大地提高了锅炉的安全可靠性和经济效益。
作者简介：秦兴中（1974-），男，研究生学历，硕士学位，曾任山东华聚能源股份有限公司济二矿电厂副厂长兼总工程师，现任山东华聚能源股份有限公司安监科科长，国家注册安全工程师。
关键词：锅炉；埋管；寿命
1 概述
山东华聚能源股份有限公司某电厂3#锅炉为无锡华光锅炉厂生产，型号为UG-75/5.3-M16。前墙与水冷壁直接焊接连接，后墙采用外置联箱连接，埋管与后墙水冷壁处加套管可自由伸缩，外置联箱用钢板与水冷壁膜片连接，内部用浇注料密封。该锅炉埋管使用3年后，后墙二次返料管周围、炉门口、最下层处埋管，出现磨损严重并泄露情况，泄露位置主要集中在最下层埋管底部、返料口两侧埋管、炉门口三处，检修过程中也采取修补和割管方法进行处理，对锅炉的受热效果也产生一定影响。
2 锅炉埋管磨损机理的研究
在机理上，金属的磨损可分为两类：一是金属表面在固体颗料的冲刷下，因磨擦而导致的金属部件的逐渐失重；另一类是在金属表面形成一层氧化膜，膜的硬度很高，但较脆，在物料颗粒的冲刷下，氧化膜出现极小徽快的剥落，在剥落掉的金属表面上再形成新的氧化膜层，磨损就在这一过程中在进行。通过对锅炉埋管磨损部位、测量数据以及泄漏点的分析，该厂锅炉埋管磨损属于第一类金属磨损。
经过分析，该厂使用的燃料是矿洗煤厂洗煤后的副产品煤泥、煤矸石。煤泥的灰分含量较大，最高能达到45%-50%；煤矸石以长石、石英为主，岩性坚硬不易破碎和在炉膛内煅烧磨碎。由于煤泥没有固体颗粒燃烧时产生大量的灰分，炉内的物料密度为煤粉炉的几十倍到百倍以上，煤矸石炉膛内岩性坚硬不易破碎和在炉膛内煅烧磨碎，对埋管的冲刷也会进一步加剧。在一次风、二次风的作用下，烟气伴随着固体颗粒不断冲刷受热面，而处在炉膛密相区内的埋管完全暴露在风烟颗粒内，埋管受到大量固体物料的不断冲刷，其磨损是十分严重的。后墙返料口为扇形喷口容易对埋管进行冲刷，加剧了埋管的磨损程度。
3 延长埋管运行周期研究
3.1 燃料控制
根据研究表明煤泥灰分越大、煤矸石颗粒度、硬度越大，对埋管的磨损强度越大。由于煤泥灰分和煤矸石的硬度是煤矿的煤质条件决定，需要生产运行人员控制合适的入炉煤粒度，经过总结研究和多次实践，比较合适燃料的级配比为：矸石煤入炉煤的粒度应控制在8mm以下，中煤入炉煤的粒度应控制在13mm以下。矸石煤比较合适的级配比为0～0.45mm约占40%，0.45～1mm的约占30%，1～5mm的占20%，大于5mm的约10%。尽量不要出现大量的超过8mm煤粒。燃烧中煤时比较合适的级配比为0～0.45mm约占35%，0.45～1mm的约占20%，1～8mm的占40%，大于8mm的约5%，尽量不要出现大量的超过13mm煤粒。
3.2 运行控制
3.2.1 流化的均匀性。每次停炉时对锅炉风帽、风室进行检查，更换损坏风帽清理风室内的杂物，确保床料流化得均匀性。
3.2.2 保持临界风量运行，减少流化风速。对风量的调整原则是在一次风量满足流化的前提下，相应地调整二次风。因为一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏，循环流化床锅炉在运行前都要进行冷态试验，并作出在不同料层厚度（料层差压）下的临界流化风量曲线，在运行时以此作为风量调整的下限，如果风量低于此值，料层就可能流化不好，时间稍长就会发生结焦。
3.2.3 严格控制床料温度，杜绝高温现象。料层温度是指燃烧密相区内流化物料的温度。一般来说，床温是通过布置在密相区和炉膛各处的热电偶来检测的。可以通过调整给煤量、风量及送回燃烧室的返料量，调整料层温度在控制范围之内。我厂运行时间证明，炉床温度一般控制在900℃～950℃之间，严格控制炉床温度在1000℃以内，避免高温对埋管的损坏影响其使用寿命。
3.2.4 保持较低的料层差压，减少物料对埋管的冲刷。料层差压是一个反映燃烧室料层厚度的参数，通常将所测得的风室与燃烧室上界面之间的压力差值作为料层差压的监测数值。在锅炉运行中，料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量要维持适当的料层高度。一般来说，以煤泥为主燃烧的情况下料层差压应控制在8500-9500Pa之间；以洗中煤为主燃料的情况下料层差压应控制在7000-9000Pa。料层差压可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节，排放冷渣应根据风室静压变化、勤排、少排，避免造成过大的冷渣不完全燃烧损失和物理热损失。
3.2.5 调整三台中煤给料机给煤量。根据研究1#、3#中煤给料机给煤量过大对炉门口处埋管磨损较严重，减少1#、3#给煤机给煤量加大2#给煤机给料机对减少埋管磨损有利，保证1# 30%、2# 40%、3# 30%给煤比例最佳。
3.2.6 严格启停炉操作。启停炉期间严禁强行降温、急剧升温、快速升压。锅炉故障停炉后，严禁急于检修，严禁强制通风降温。在点火升压过程中，应该注意调整燃烧，保持炉内温度均匀上升，待床温升至500℃才可以少量给煤。承压部件受压均匀，膨胀指示正常，密切观察汽包纵、横向膨胀不超过20mm；密切监视过热蒸汽温度不超过485℃，过热蒸汽温度平均上升速度不应大于1.5-2.0℃/min。停炉后要做好锅炉的冷却保养，要求停炉后12小时内，紧闭所有的风门及人孔门，以免锅炉急剧冷却；12小时后，可打开风门及人孔门，逐渐进行自然通风并进行必要的放水、上水；待炉温降至200℃以下时，可开启引风机和一次风机进行放渣，并强行冷却。
3.3 进行埋管防磨技术改造
3.3.1 对埋管管子进行改造，新管子规格为Φ57×10，材质仍为20G/GB5310。每根埋管加8道鳍片，材质为Cr25Ni20Si2，鳍片截面6×20mm，鳍片间隔为40度。每条鳍片之间要留有膨胀间隙。埋管剖面示意图（如图1）
3.3.2 为了避免返料口喷射出的扇形返料对埋管的冲刷，关闭返料风减少返料的流速，同时在返料口处用10mm不锈钢板制作成方盒，减小返料的扇形喷射角度，减轻返料口处埋管的磨损。
3.3.3 对易磨损部位后墙二次返料管周围埋管和两侧炉门口埋管用Φ87的护板进行焊接，护板材质选用Cr25Ni20Si2，护板和埋管鳍片焊接。
3.3.4 采用新技术对埋管沿后墙至1.5m处表面利用超音速电弧喷涂镍铬涂层（0.5mm），来增强埋管的耐磨能力。（如图2）
4 结论
正确的运行控制减轻了锅炉埋管运行中的正常磨损，各种防磨技术的合理使用，进一步降低了埋管磨损速度，提高了埋管的使用寿命。通过各种措施的综合应用，使锅炉埋管的寿命延长到6年，极大地提高了锅炉的安全可靠性和经济效益。
作者简介：秦兴中（1974-），男，研究生学历，硕士学位，曾任山东华聚能源股份有限公司济二矿电厂副厂长兼总工程师，现任山东华聚能源股份有限公司安监科科长，国家注册安全工程师。