热电厂循环流化床锅炉长周期运行技术应用研究

李春兰 季世平

摘要：循环流化床锅炉目前的最大问题仍然是受热面磨损爆管、炉内出现结焦、辅机运行故障造成锅炉非停，无法实现长周期运行。基于此，本文主要对热电厂循环流化床锅炉长周期运行技术应用进行研究，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：热电厂;循环流化床;锅炉;长周期运行;技术

引言

循环流化床（CFB）锅炉燃烧技术具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低以及负荷调节方便等优点，被广泛应用于电站锅炉，成为劣质煤商业化最成功的洁净煤燃烧技术。CFB锅炉热力性能测试对了解锅炉的实际运行状况、优化燃烧、提高锅炉热效率具有重要的指导意义。

1CFB锅炉建模流程

将循环流化床锅炉炉膛处理为一个收率反应器（RYIELD）和一个吉布斯自由能反应器（RGIBBS），用于模拟燃料的燃烧。煤作为非常规组分，先进入RYIELD反应器发生热解反应，该模块将非常规固体物质按照元素质量平衡裂解为常规组分：C、H2、O2、N2、S、H2O及非常规组分灰分，裂解热DE-COMP传递至反应单元，裂解组分的收率通过AspenPlus内嵌模块Calculator控制。裂解后各组分产生的混合烟气通过M1流股进入RGIBBS模块中进行燃烧反应，该模块基于Gibbs自由能最小化原理可对产物烟气的组成和温度进行预测。产物通过流股M2进入气固分离模块SSplit分离后，输出的两股物流：一股是全部气体成分及少量固体灰分颗粒的烟气流FULEGAS，另一股是分离下来的绝大部分灰分颗粒流ASH，在其后设置一个HEATER换热模块“Q6”来计算分离灰分从排渣温度冷却至室温过程中的焓变，即为灰渣物理热损失;烟气流FULEGAS进入后续尾部烟道中与各换热模块HEATER表示的换热设备进行换热。值得一提的是在尾部烟道出口，用两个HEATER模块“Q4”、“Q2”来分别计算固体不完全燃烧热损失和排烟物理热损失的热量，各换热器的数据均来源于现场实测值。

2过热器泄漏的原因

2.1高温腐蚀

过热器管的高温腐蚀分为烟气侧腐蚀和蒸汽侧腐蚀两种：1）烟气侧腐蚀，即过热器管外高温烟气对过热器管道的腐蚀。过热器高温腐蚀又分为硫酸腐蚀和钒腐蚀两种。硫酸腐蚀与管壁外的积灰有关，壁外积灰分为外灰层和内灰层，内灰层中含有较多的碱金属，它与外灰层扩散进来的氧化硫以及灰中的铁、铝发生化学作用，生成碱金属硫酸盐，如Na3Fe（SO4）3和K3Al（SO4）3等复合物。处于熔化或半熔化状态的碱金属硫酸盐复合物对过热器合金钢产生强烈的腐蚀。温度越高，腐蚀越强烈。在五阳热电厂的锅炉过热器管外壁上可明显看到斑状腐蚀痕迹，说明过热器管已经受到了高温腐蚀作用。钒腐蚀是点火油、助燃油或燃煤含钒时产生的，在循环流化床锅炉过热器高温腐蚀成因中属于次要因素，尤其是小型循环流化床锅炉，点火时间较短，耗油量小，在煤种稳定的情况下，如果煤中不含钒或含钒量很小，一般不会发生钒腐蚀。2）蒸汽侧腐蚀。蒸汽侧腐蚀与烟气侧腐蚀不同，它发生在过热器管内。高温蒸汽与过热器管发生化学反应生成三氧化二铁和氢气，如果蒸汽流速较慢，不能将产生的氢气快速带走，则残留氢气会使管材脱碳而变脆，并产生类似蠕胀的微裂纹。在锅炉正常运行工况下，蒸汽流速较高，不会发生这种类型的腐蚀。

2.2水塞

水塞是指由于某种原因造成过热器蛇形管下部积水阻碍蒸汽工质流动的现象。水塞形成后，过热器管内蒸汽停滞，在管外高温烟气的加热作用下超温，最终导致管道泄漏。在运行中，锅炉低负荷时易形成水塞。另外，锅炉经常断煤使过热器汽温大幅波动，这时如果减温水自动调节装置跳闸，则很容易造成减温水量过大而形成水塞。例如，在某次过热器爆管事故中，就是因为燃煤太湿，给煤机堵煤严重，锅炉负荷及汽温大幅变化，减温水调节有滞后性，造成过热器蛇形管内形成水塞。五阳热电厂还出现了多次在锅炉启动并汽阶段发生的爆管。经事故分析，发现造成事故的原因是锅炉启动前，曾做过水压试验，水压试验后的水未放干净，在启动时形成了水塞，最终导致超温爆管。

3被动防磨技术的应用

3.1主动多阶防磨技术的应用

根据锅炉水冷壁磨损机理，炉膛内水冷壁的磨损主要是由于炉膛四周贴壁流不断的冲刷造成磨损，而在锅炉密相区，物料浓度最高，贴壁流对水冷壁管磨损也最严重，该区域炉管因磨损泄漏的改率也就最大。为了避免减小贴壁流物资对炉管的磨损，可以在炉膛内安装防磨梁，降低贴壁流的速度与浓度。经过加装10道防磨梁后，物料经过防磨梁处下落方向以及速度均有所改变，贴壁流的速度可由8m/s减少到2m/s，物料浓度也因防磨梁的阻挡，部分物料进入炉膛中心区域，贴进受热面的物料浓度也就随之降低，炉管磨损量也减小。2012年我厂完成第一锅炉改造，取得了较好的效果，锅炉运行周期由120天延长到165天，随后对其他锅炉进行了改造，至2014年完成了全部5台锅炉改造，运行周期延长至266天。

3.2激光熔敷技术的应用

激光熔敷技术是循环流化床锅炉防磨的一种新技术，2012年开始应用，使用材料为高温耐磨复合材料，采用高功率半导体激光器制备工艺，由于激光束能量密度高，镍铬合金复合材料硬度达到1100～1600HV，主要成分有Cr3C2（二碳化三铬）、镍（Ni）、铬（Cr）、二硼化钛（TiB2）以及其他金属材料，具有高熔点（1890℃）、高硬度的特点;激光熔敷的耐磨度远高于等离子熔敷，但只能进行工厂化生产，现场进行激光熔敷管更换，无法实现炉内进行施工。3#炉右侧墙水冷壁管前期进行超音速喷涂，在经过不到8个月运行周期后，超音速喷涂层被磨掉，原壁厚5mm的水冷壁管也被磨至3mm左右，2016年把此部分易磨损区域水冷壁管更换为激光熔敷管，经过三年时间的检验，激光熔敷层基本没有磨损，耐磨效果十分明显，对侧墙更换为激光熔敷管后有望实现16个月的长周期运行。

3.3超温爆管防治

过热器管泄漏，要及时停炉处理，若长时间坚持运行，高压蒸汽会吹坏对面的管子，而且在反射的作用下，还会在附近区域相互影响，造成多根管道冲蚀泄漏。停炉后要将泄漏的过热器管道堵管。锅炉再次启动后，被堵的管道内没有蒸汽的冷却作用，很快会被烧坏，形成烟气走廊，引起热偏差。此外，过热管壁上的积灰也会造成管道超温。因此，在锅炉停炉时要及时清除积灰。3）过热器管磨损防治。五阳热电厂曾采用安装防磨瓦与喷涂防火涂料两种不同的防磨方法，其中喷涂防火涂料的方法效果更好。

结语

近年来，循环流化床锅炉因其环保优势以及运行的灵活性，在国内自备电厂迅速发展。但循环流化床锅炉对炉管磨损大、厂用电耗高等问题，造成锅炉无法长周期运行。本文对循环流化床锅炉长周期运行攻关上所开展的工作进行了分析，希望为流化床锅炉长周期工作不断提升。

参考文献

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