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浅谈循环流化床锅炉水冷壁管磨损的原因与对策
摘要:目的解决循环流化床锅炉浇注层以上水冷壁管的磨损问
题。内容通过循环流化床锅炉浇注层以上水冷壁管的磨损的形成原
理,提出几种解决方法。
关键词:循环流化床(cfb)锅炉水冷壁管磨损防磨
一、前言
随着我国社会经济的快速发展,电力需求越来越大。在电源结
构上,我国火力设备占总装机容量的3/4以上,这种状况将延续相
当长的一段时期,加快发展高效率、低污染型火力机组和清洁煤燃
烧技术,是我国火力发电技术的发展方向。目前快速发展的循环流
化床(cfb)锅炉是实现洁净煤燃烧发电核心技术的有效途径。循
环流化床锅炉以其优良的环保性能,优越的调峰经济性、良好的煤
种适应性和高效的劣质燃料燃烧,以及较高的灰渣综合利用价值,
在近年发展十分迅速。作为环保型锅炉,可燃用烟煤、褐煤、无烟
煤、煤矸石等各种燃料,其燃料的适应性好,燃烧效率可达到99%,
锅炉热效率可达88%~91%,同时利用cao脱硫,脱硫效果可达85%,
大大降低了氮、硫化物的排放量,减少了环境污染。
但由于循环流化床锅炉炉膛内烟气中颗粒的浓度和硬度高,许
多承压部件在颗粒的不断冲刷的作用下,磨损非常严重,其中比较
突出的就是燃烧室下部耐火防磨浇注层(以下简称浇注层)和水冷
壁管交界处以上1m左右管段的磨损,不少循环流化床锅炉运行较
短时间就发生因水冷壁管爆管而停炉,极大地影响了企业的正常生
产及经济效益,同时也给社会带来了诸多的不便。针对现状,了解
磨损易发生原因,预防和减少磨损,对锅炉的安全运行显得尤为重
要和迫切。本文根据笔者对近年来本市新安装投入运行的循环流化
床锅炉检验中发现的水冷壁管磨损现象,作一分析,并提出预防的
措施。
二、磨损原因分析
在新安装的循环流化床锅炉投运1年后进行内部检验时发现,
所有下部浇注层和水冷壁管交界处以上水冷壁管(见图1、图2所
示)都发生了程度不一的磨损,其中最高磨损率达到0.5mm/1000h,
严重影响了锅炉的安全运行。
根据受热面磨损的关系式:e∝udkcτ/2g来分析该部位的磨
损原因:
其中e——磨损量;u烟气中颗粒的速度;d颗粒的直径;c烟
气中颗粒的浓度;k比例常数,表示物料和气体的磨损特性;τ表
示运行时间;g表示重力加速度。
㈠循环流化床锅炉炉膛内气固两相的流动模式造成水冷壁周围
颗粒的浓度高。
在循环流化床锅炉的运行中,含有燃料、燃料灰、石灰石及其
反应产物的颗粒,在炉膛—分离器—返料阀—炉膛这一封闭循环回
路里处于不停的高温循环流动中,并在炉内以850~950℃左右进行
高效
率燃烧及脱硫反应。除颗粒在这一回路中作外循环流动外,在
重力作
用下,颗粒在炉内不断地同时进行着内循环流动。因此,在循
环回路中相应部位就会产生一定的磨损。循环流化床的动力学研究
表明,循环流化床锅炉在炉膛任意高度的截面上,颗粒的浓度和直
径均不相同,随着炉膛高度的变化,颗粒的浓度和直径是成反比的。
在密相区的始端,由于大量一次风从风帽中冲出,其流速达到35m/s
以上。在较高风速的作用下,0~13mm颗粒立即被流化,向上运动
的颗粒都同时受三个力的作用:粒子本身的重力,烟气流动对粒子
的推动力和粒子与粒子之间的摩擦力。当粒子的重力与粒子和粒子
之间的摩擦力大于烟气流动对粒子向上的推动力,该颗粒就会降落
或向烟气推动力较小的四周飘移,降落的颗粒在下降过程中,受到
下部越来越强的烟气的推动力,较小的颗粒又会被抛起,最终向四
周飘移。向四周飘移的颗粒沿着水冷壁管表面向下降落,颗粒的浓
度很高。从炉膛整体来看,炉膛四周是很浓的颗粒向下快速降落,
炉膛中心则是相对比较稀的气固两相向上运动,产生一个强烈的炉
内循环运动,其流动方向与水冷壁管基本呈平行状态,主要为冲刷
磨损。因此在紧靠水冷壁处烟气中颗粒的浓度c值越大,带来的磨
损也越大。
㈡浇注层和水冷壁管交界处凸出,造成快速下降的颗粒的运动
方向发生变化,从而造成对水冷壁管冲击。
根据下降速度与下降高度的关系公式:u=
其中:g——为重力加速度,9.8m/s2
h——颗粒下落的速度
沿着膜式水冷壁下流的颗粒随着下降高度的增加,运动速度越
来越快。边运动边高速旋转,与浇注层台阶相碰撞后,
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