循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽磨損原因及改造措施

循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽磨損原因及改造措施摘要：黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司皿期新建1058t/h循環(huán)流化床鍋爐，風(fēng)帽磨損嚴重且布風(fēng)均勻性差。經(jīng)過觀察、分析，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整風(fēng)帽的安裝角度及控制入爐煤的顆粒度可使風(fēng)帽的磨損情況有所減輕，但對布風(fēng)均勻性未有明顯改善，本文重點介紹了我廠鍋爐風(fēng)帽在使用過程中存在的問題及改造措施。關(guān)鍵詞：風(fēng)帽磨損原因措施0前言黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司皿期電廠采用東方鍋爐廠具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代300MW等級的循環(huán)流化床鍋爐。工程于2015年年底投入商業(yè)運行，期間為滿足國家環(huán)保要求，且為緩解床溫偏差較大的現(xiàn)象，確保床溫均勻性及爐內(nèi)物料流場更均衡，抑制NOX的生成，對布風(fēng)板風(fēng)帽進行了部分增加風(fēng)帽圓鋼改造。改造后在運行過程中風(fēng)帽磨損嚴重且布風(fēng)均勻性差的問題未得到有效解決，多次風(fēng)帽磨損嚴重、芯管斷裂和脫落、斷裂導(dǎo)致風(fēng)室內(nèi)漏渣嚴重，鍋爐需要定期通過水冷風(fēng)室放料口進行排渣作業(yè)，嚴重影響鍋爐安全穩(wěn)定運行。為此，我廠成立了專門的技術(shù)攻關(guān)組，通過走訪準能矸石電廠、兗礦趙樓電廠等兄弟單位，進行了多方面的原因分析計劃通過下一步的技術(shù)改造徹底解決風(fēng)帽磨損、布風(fēng)均勻性差的問題。設(shè)備概況我廠DG1058/17.5-II1型號鍋爐為東方鍋爐股份有限公司，亞臨界中間再熱自然循環(huán)汽包爐，單爐體、平衡通風(fēng)、旋風(fēng)汽冷分離器、循環(huán)流化床燃燒方式、水冷滾筒式冷渣器，全鋼結(jié)構(gòu)。布風(fēng)板標高為10000mm，由82.55mm(SA-210C)的內(nèi)螺紋管加扁鋼焊接而成，扁鋼上設(shè)置有2373個大口徑鐘罩式風(fēng)帽壓損5.5kpa,風(fēng)帽罩殼厚度10mm，罩殼材質(zhì)A297HK(相當于2520耐熱鑄鋼)，內(nèi)管材質(zhì)ZG16Cr20Ni14Si2。風(fēng)帽罩殼和內(nèi)管由生產(chǎn)廠家焊接在一起，作為一個整體發(fā)貨，10孔風(fēng)帽重6.37kg,12孔風(fēng)帽重6.33kg。鍋爐爐膛風(fēng)帽自右向左共計162排風(fēng)帽寬度方向每排間距174mm，深度方向每排間距125mm，原設(shè)計中間為10孔水平眼風(fēng)帽，四周為12孔水平眼風(fēng)帽。運行過程中風(fēng)帽存在的問題通過每次停爐后檢查發(fā)現(xiàn)，這些鐘罩式風(fēng)帽在實際現(xiàn)場使用過程中暴露出來的問題主要是：(1)風(fēng)帽外置小孔磨損變大、斷裂；(2)局部區(qū)域風(fēng)帽頂部磨損；(3)風(fēng)帽罩殼松動、脫落；(4)風(fēng)帽側(cè)面磨損。風(fēng)帽是每次機組停運檢修的重點，消耗了大量的人力物力且拖延了檢修工期，造成機組可利用小時數(shù)下降。風(fēng)帽磨損成因分析鐘罩式風(fēng)帽結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、安裝便利，在運行過程中由于工作環(huán)境惡劣經(jīng)常發(fā)生不銹鋼板條因焊接不牢或磨損開裂，使固定好的風(fēng)帽在一次風(fēng)作用下發(fā)生角度的偏移改變，引發(fā)風(fēng)帽之間的對吹沖蝕磨損。當磨損發(fā)生后通常會引起布風(fēng)板局部阻力變化，即部分區(qū)域阻力小、風(fēng)量大，風(fēng)帽磨損嚴重；部分區(qū)域阻力大，出現(xiàn)流化不良情況，為維持鍋爐流化的穩(wěn)定運行人員往往采用增大一次風(fēng)量的方式運行，又導(dǎo)致鍋爐風(fēng)帽的磨損增加。特別應(yīng)指出我廠為控制成本在燃料中大量添加煤矸石，煤矸石自身硬度大且不易破損，入爐煤粒度遠超設(shè)計值，由于床料中含有大粒度較多一次風(fēng)只能將其在密相區(qū)帶起一定的高度后落下，由此不斷的往復(fù)循環(huán)特別是煤矸石比重高、硬度大，基本上不能被流化風(fēng)帶走，經(jīng)過一段時間的運行就有大量的大粒度爐渣聚集在爐底風(fēng)帽周圍,這些大顆粒物料在爐底不斷地往復(fù)運動就產(chǎn)生非常大的磨擦力,使風(fēng)帽頂部和側(cè)面磨損嚴重。（在停爐檢查過程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)帽磨損嚴重的區(qū)域往往存在大顆粒大量堆砌的現(xiàn)象。鍋爐在停爐檢修期間，檢修人員一般會優(yōu)先更換那些磨損嚴重的風(fēng)帽，更換風(fēng)帽時，要求外置小孔對沖安裝以減少灰渣沉積及氣流對相鄰風(fēng)帽的沖擊，但由于風(fēng)帽施工區(qū)域限制無法嚴格實現(xiàn)對沖安裝，安裝角度不準確、不牢固且更換的風(fēng)帽與原風(fēng)帽存在一定的高度差，無法調(diào)整至同一高度，綜合以上原因使得風(fēng)帽在運行過程中阻力發(fā)生了一定的變化，造成了阻力下降風(fēng)速上升。風(fēng)速的改變是造成風(fēng)帽磨損的主要原因之一。5下一步改造方案風(fēng)帽的磨損和斷裂不僅增加了檢修人員放灰渣和更換風(fēng)帽的工作量，也嚴重的影響了鍋爐的長周期安全穩(wěn)定運行，風(fēng)帽改造迫在眉睫。經(jīng)咨詢東方鍋爐廠，風(fēng)帽優(yōu)化技改需嚴格按照鍋爐廠的開孔率和風(fēng)帽小孔流速進行設(shè)計，原則上不應(yīng)改變風(fēng)帽的通流面積、小孔流速及風(fēng)帽阻力；否則，可能會出現(xiàn)流化不良，布風(fēng)不均勻和床壓波動等，嚴重時甚至可能結(jié)焦，應(yīng)謹慎技改，可在原風(fēng)帽基礎(chǔ)上增加壁厚，但不宜更換形式。2018年3月通過電話調(diào)研神華新疆米東電廠、國華寧東電廠、湖北東陽光電廠和江蘇徐礦電廠，各電廠都對風(fēng)帽進行了優(yōu)化，主要優(yōu)化方式為增加壁厚，提高防磨能力；風(fēng)帽孔向下形成一定傾角，防止對吹。同時，我廠同東方鍋爐廠、濮陽華能鍋爐設(shè)備科技有限公司共同討論，最終結(jié)合西安熱工院在神華的風(fēng)帽優(yōu)化試驗，確定將我廠風(fēng)帽進行優(yōu)化，優(yōu)化方式為：選取較低的風(fēng)帽外罩小孔流速以降低外罩磨損，12孔橢圓形斜眼風(fēng)帽，將風(fēng)帽眼處壁厚由10mm增加至14.5mm；同時將風(fēng)帽眼向下傾斜20°減少相鄰風(fēng)貌的擾動；罩殼頂部開一個彷13mm的孔，內(nèi)管頂部增加一個彷12mm的連接桿，連接桿穿過罩殼頂部的孔，在連接桿頂部將連接桿與風(fēng)帽罩殼焊接，罩殼底部與內(nèi)管不再焊接，防止應(yīng)力集中；風(fēng)帽風(fēng)管采用鑄件，材質(zhì)由ZG16Cr20Ni14Si改為ZG16Cr25Ni20Si,壁厚增加至8mm，增加風(fēng)管的強度，防止斷裂風(fēng)帽改為圖10的結(jié)構(gòu)形。為了進一步確保改造效果，從圖11中可以看出新設(shè)計的風(fēng)帽阻力主要產(chǎn)生在風(fēng)帽芯管小孔和外罩小孔出口風(fēng)帽的整體阻力特性良好。風(fēng)帽數(shù)值模擬1.1模擬對象利用Fluent軟件對兩方案進行了數(shù)值模擬，是風(fēng)帽改造后芯管入口速度44.4m/s時的壓力場和速度場。由速度場和壓力場的數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，改造后的風(fēng)帽阻力匹配更加合理，總壓降達到了4700Pa以上，速度場反應(yīng)出風(fēng)帽外罩的小孔速度得到了提高，因此風(fēng)帽外罩的阻力升高，降低了風(fēng)帽漏渣的可能性，同時提高了外罩小孔至芯管小孔的距離，進一步降低了風(fēng)帽漏渣的可能性。試驗條件下的布風(fēng)板阻力特性，上方曲線為折算到一次風(fēng)熱態(tài)（正常運行287°C）下的布風(fēng)板阻力特性，即287°C熱風(fēng)狀態(tài)下的布風(fēng)板阻力特性。由此可得到，在流化風(fēng)溫度41C、流化風(fēng)量380000Nm3/h時，折算到熱態(tài)流化風(fēng)溫287°C時，布風(fēng)板阻力為4790Pa。5結(jié)論1、通過風(fēng)帽阻力特性數(shù)值模擬研究，鍋爐大修對風(fēng)帽進行了改造，大修結(jié)束后分別進行了布風(fēng)板阻力試驗、流化特性試驗。試驗結(jié)果顯示，鍋爐在320kNm3/h風(fēng)量、冷態(tài)和熱風(fēng)溫度287C時，布風(fēng)板阻力分別為2335Pa和4790Pa，布風(fēng)板阻力適中。2、風(fēng)帽改造結(jié)果顯示，改造后運行期間最小流化風(fēng)量降低至260kNm3/h也不會發(fā)生風(fēng)帽漏渣，風(fēng)帽的磨損程度大幅度降低，風(fēng)帽改造取得了良好效果。