135MW机组循环流化床锅炉炉膛的加装防磨导流梁的改造及效果

苏继敏

（广东连州粤连电厂有限公司连州发电厂，广东 连州 513400）

135MW机组循环流化床锅炉炉膛的加装防磨导流梁的改造及效果

苏继敏

（广东连州粤连电厂有限公司连州发电厂，广东 连州 513400）

文章根据连州发电厂#3、4机组循环流化床锅炉炉内加装防磨导流梁改造前后，对水冷壁磨损程度进行对比，得出防磨导流梁在135MW机组循环流化床锅炉应用的可行性，有效的延长炉内水冷壁的使用寿命，并提出了加装防磨导流梁改造优化建议。

135MW机组；循环流化床锅炉；防磨导流梁；水冷壁管

（一）前言

我国的循环流化床锅炉发展一直处于世界前列，影响循环流化床锅炉使用寿命的最大问题就是炉内水冷壁管的磨损问题，连州发电厂#3、4机组循环流化床锅炉过去一直采用金属喷涂进行防磨，2008年10月首次在#3锅炉采用在炉内加装防磨导流梁对炉内水冷壁管进行防磨。

连州发电厂#3、4机组循环流化床锅炉由哈尔滨锅炉厂设计，型号为 HG－440/13.7－L.PM4型，锅炉为单汽包、自然循环、平衡通风、高温绝热旋风分离器、循环流化床锅炉。分别于2004年2月、4月投产。锅炉主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”形回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。布风装置采用水冷布风板，大直径钟罩式风帽，燃烧室内布置双面水冷壁来增加蒸发受热面。燃烧室内布置屏式二级过热器和屏式热段再热器，以提高整个过热器系统和再热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热汽温和再热汽温具有良好的调节特性。

本锅炉水冷壁是采用膜式水冷壁结构，由光管和扁钢焊制而成，由膜式水冷壁组成的燃烧室断面呈长方形，深度、宽度=7220×13700mm，底部为水冷布风板和水冷风室。燃烧室四周和顶部的管子节距均为90mm。下部水冷壁采用Ф60×8mm管子和Ф60×6.5mm管子、中部水冷壁采用Ф60×6.5mm管子，其余采用Ф60×6.5mm管子，管子材料为20G，下部前后水冷壁向炉内倾斜与垂上方向成18角。布风板的截面积小于上部燃烧室的截面积，使布风板上部具有合理的流化速度。燃烧室中上部贯穿炉膛深度布置有双面水冷壁，与前墙垂直布置，由 99根管子组成，管子直径为Ф60×6.5mm节距72.7mm。全部水冷壁的重量由48根吊杆悬吊于顶板上。

（二）存在问题

锅炉炉膛密相区由Ф60×8mm水冷管束和鳍片组成，在运行过程中锅炉磨损问题已成为影响#3、4循环流化床锅炉长期安全运行的重大问题。循环流化床锅炉炉内固体物料浓度是其他锅炉的几十倍，且颗粒大。因此锅炉的金属受热面与耐火材料磨损非常严重，锅炉燃烧室受热面管束容易被磨损爆管。利用多次停炉检修机会，我们对密相区水冷壁管进行抽样测厚，得出锅炉水冷壁的磨损量。

由数据可得出，循环流化床锅炉炉内水冷壁磨损量是非常的大，平均半年管壁磨损在0.8mm～1.0mm之间，基本上每年都要对水冷壁管金属喷涂两次。

（三）加装防磨导流梁的原理及施工工艺

1.施工原理

炉膛水冷壁管束的磨损部位主要集中在炉膛密相区，尤其在围燃带过渡区上方至标高 13～26m处，磨损主要是由于炉内气、固体的内分离效应造成的。

循环流化床锅炉的传热机理为敷设传热效率较低，而对流传热强度较高，在炉膛内含尘气体以较高的速度向上运动，呈悬浮燃烧状态，一般讲，中部为上升气流。而由于水冷壁面边界层的效应作用，扩散到水冷壁面上的不同粒径的固体颗粒由于高度的关系沿水冷壁面向下运动，从而形成内分离效应。由于固体颗粒流和烟气流的方向相反，同时又由于炉膛的自身结构原因，在水冷壁与耐火材料层过渡区的凸出部位没有上行的气流，使沿水冷壁自上而下落到耐火材料层上沿的固体颗粒，从耐火层边缘流出时，又被上行的较强气流托起，再沿水冷壁落下，如此反复作用形成“漩涡流”。由于该部位位于密相区域，固体颗粒浓度粒度都特别大，这样“涡流”即对水冷壁面产生一种刨削作用。

图1 CFB锅炉床料分布情况

当沿着水冷壁面下行的颗粒流在向下作加速运动的过程中，在水冷壁与耐火材料过渡区突遇凸出物发生猛烈撞击，造成粒子团，同时颗粒流方向聚然改变，立即对管束产生一种切割作用。如此经过大量反复的作用即水冷壁面造成微观的严重磨损，加上物料在水冷壁上的涡流冲刷，成为水冷壁磨损的主要因素。在炉膛的不同标高位置，物料的浓度和速度分布不同，造成的磨损严重程度不一样。这就是为什么密相区磨损严重的重要原因之一。

图2 不同负载下固体颗粒浓度分布

锅炉密相区磨损严重，特别是在炉膛四角。锅炉在密相区上沿水冷壁防磨采用软着陆结构，变径管加防磨护板的方式。由于物料在此处的浓度和速度均为最大，所以涡流和刨削的作用也最强烈，造成了此处水冷壁管和护瓦的强烈磨损。炉膛四个角部为前水冷壁和侧水冷壁之间，后水冷壁和侧水冷壁之间的连接是用扁钢连接，两者之间距离32mm（其余单面水冷壁之间扁钢距离20mm）。原因为：经流化燃烧的粉尘烟气在一定的速度下从密相区进入稀相区，从理论上讲应该有一定的烟气动力场运动规则。但实际上由于烟气中所含粉尘量的多少及颗粒大小的不等，再加上水冷风室床面上风量分布的不均匀性，使得粉尘烟气的流动状况、烟气动力场使带不完全有规则的在炉膛中运动。从而很容易使带粉尘的烟气在炉膛四角处产生涡流，引起磨损。

2.施工工艺

为了消除在过渡区域由于截面的关系而形成的“漩涡流”和控制沿水冷壁面向下运动的固体颗粒流的运动速度，减缓在凸出物上的撞击力，在炉膛水冷壁面上的相对标高1500、2000（相对第一道）、3300mm（相对第二道）处分别布置防磨梁，使撞击壁面的颗粒改变运动方向，同时起到分散颗粒浓度的集中状态，而分布投入到密相区高温区再燃，使粒径快速呈融化燃尽状态。

防磨导流梁工作原理图

导流梁分布示意图

（1）施工材料：刚玉莫来石可塑料 Cr25Ni20材质抓钉

（2）焊接：采用Φ8·Cr25Ni20材质圆钢制作Τ型（或V型）抓钉，按每隔一个鳍片布置1个V型抓钉，间距为隔一根管束安装一个斜向上的 V型抓钉，水平布置，多点满焊，保证耐磨料锚固强度。采用A312特种焊条，经过110℃烘烤处理，用直流焊机满焊。

抓钉焊接示意图

（3）施工：采用刚玉莫来石耐磨可塑料施工，施工尺寸如下图所示：

（四）效果监测

连州厂#3循环流化床至2008年10月进行改造后，利用停机机会对防磨导流梁上下水冷壁管进行测量检查，效果如下表：

1.后墙由下往上数起第一条防磨梁：

后墙由A侧数（防磨梁平台上200mm处，单位：mm，管子规格Ф60×8mm，左代表管子左侧，右代表管子右侧）：

2.后墙由下往上数起第二条防磨梁：

后墙由A侧数（防磨梁平台上200mm处，单位：mm，管子规格Ф60×8mm，左代表管子左侧，右代表管子右侧，其中09年2月进行金属喷涂一次）：

3.后墙由下往上数起第三条防磨梁：

后墙由A侧数（防磨梁平台上200mm处，单位：mm，管子规格Ф60×6.5mm，左代表管子左侧，右代表管子右侧，其中09年2月进行金属喷涂一次）：

根据上表所知，加装防磨梁后，水冷壁管磨损量有所减轻，每半年的磨损量在0.3～0.4mm之间，防磨导流梁起到了一定的防磨作用，延缓了水冷壁管的磨损，增加了水冷壁管的使用寿命。

（五）加装防磨导流梁需注意的几点注意事项

防磨导流梁的施工过程的很重要，其中防磨导流梁和水冷壁管过渡段浇注料一定要平滑，避免因浇注料突出引起局部磨损。且加装防磨导流梁焊接销钉时，易伤害到水冷壁管，抓钉焊接验收要检查仔细。做好数据记录，加装防磨导流梁后上下水冷壁管磨损量不一致，磨损部位会根据床料的流速而改变。

[1] HG440t/h CFB锅炉防磨导流梁方案推荐书[M].北京:北京天坛通达耐火工程技术有限公司.

[2] 司俊龙.循环流化床锅炉存在问题及运行调整措施[J].循环流化床(CFB)机组通讯,2006,4(2).

TK229.6

A

1008-1151(2011)02-0104-03

2010-11-30

苏继敏（1979－），男（仫佬族），广西罗城人，广东连州粤连电厂有限公司连州发电厂，从事火电厂设备检修工作。