300MW循环流化床锅炉受热面泄露的处理方法及防磨措施.pdf

第 6期 2 0 1 0年 1 1月 锅炉制造 B0I L ER MANUFACTURI NG No ． 6 NO V ． 2 0l 0 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 0 0 6 0 0 1 5 0 4 3 0 0 MW 循环流化床锅炉受热面泄露的 处理方法及 防磨 措施 欧志中， 刘少义 云南大唐国际红河发电有限责任公司， 云南 开远 6 6 1 6 0 0 摘要 介绍了3 0 0 MW循环流化床锅炉磨损的机理， 由于受炉内循环物料的长期磨损造成水冷壁以及外置 床受热面的泄露， 重点分析了其受热面泄露的处理原则， 方法及注意事项， 提出了3 0 0 MW 循环流化床锅炉受 热 面磨损 的预防措施。 关键词 循环流化床锅炉； 床料磨损； 受热面泄漏； 预防措施 中图分类号 T K 2 2 9 文献标识码 A Ha n d i n g a nd An t i we a r M e t h o d o f He a t i n g S u r f a c e i n 3 0 0 M W CFB Ou Zhiz h o n g， L i u S h a o y i Y u n n a n D a t a n g I n t e r n a t i o n a l H o n g h e P o w e r G e n e r a t i o n C o ． ， L T D， Y u n n a n K a i y u a n 6 6 1 6 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I t i n t r o d u c e s t h e me c h a n i s m o f a b r a s i o n o f 3 0 0MW CFB b o i l e r， be c a u s e o f l o ng p e rio d o f a b r a s i ng b y c i r c l a t i n g f ue l ， l e a ka g e o c c u r r e d i n t h e wa t e rc o o l e d wa l l a n d h e a t i n g s u r f a c e o f e x t e r i o r h e a t e x c h a n g e r， ma i n l y a n a l y s e s t he s o l v i n g p r i n e i p e s ， me a t h o d s a n d a t t e n t i o n s o f he a t i n g s u r f a c e l e a k a g e a n d p u t f o e wa r d s t h e c o u n t e r me a s u r e s o f i t ． Ke y wor ds CF B b o i l e r ； a b r a s i o n； l e a k a g e o f h e a t i ng s u r f a c e； c o u n t e rm e a s u r e s 0 引 言 循环流化床 以下简称 C F B 锅炉做 为一种 高效率 、 低污染和良好综合利用的燃煤技术 ， 由于 它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上 具有 的独特优势 ， 在 近年来得到 了快速 的发展。 红河电厂作为做 为我 国国产化第一 台和第二 台 3 0 0 MW C F B项 目， 两 台机组分别 于 2 0 0 6年 6月 和 2 0 0 6年 8月通过 1 6 8小时试运 ， 投入商业运 行 ， 运行两年多以来 ， 1号机组连续运行最长 2 9 3 天 ， 2号机组连续运行最长 1 4 2天。 循环流化床锅炉做为一种新的燃烧技术 ， 与 传统煤粉炉相比， 由于燃烧原理的不 同在运行和 事故处理方面也有很多的不 同， 下面和大家一 同 探讨。 1 设备 简介 C F B锅炉可分 为两部分。第一 部分 由炉膛 流化床燃烧室 、 气 固分离设备 旋风分离器 、 固体物料再循环设备 回料阀 和外置式换热器 以下简称外置床 内部布置有低温、 中温过热 器、 高温再热器受热面 等组成 ， 上述部件形成了 一 个物 料外循环 回路。 第二部 分为尾部对流烟 道 ， 布置有高温过热器 、 低温再热器 、 省煤器和空 收稿 13 期 2 0 1 0 0 9 2 7 作者简介 欧志中， 工程师 ， 高级工， 从事 3 0 0 MW 循环流化床锅炉集控运行。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 6 锅炉制造 总第 2 2 4期 气预热器等， 与常规煤粉炉相近。 红河电厂锅炉 主要 由单炉膛 ， 4台高温绝热 旋风分离器、 4台回料阀、 4台外置床 、 尾部对流烟 道、 4台冷渣器和 1台回转式空预器等部分组成。 单炉膛采用裤衩腿 、 双布风板结构 ， 炉膛 内蒸 发受热面采用膜式水冷壁及水冷壁延伸墙结构 。 在炉膛上部左右两侧各布置有 2个高温绝热旋风 分离器 ， 每个高温绝热旋风分离器 回料腿下布置 一 个 回料阀和一个外置床 ， 分离器分离下来的循 环物料 ， 分别进入 回料阀和外置式换热器 ， 再分别 以高温物料和“ 低温” 物料 的状态返回炉膛 ， 从 而 实现 了床温调节和再热汽温调节的目的。 做为大型的循环流化床锅炉 ， 为了解决受 热 面布置困难的矛盾 ， 除在锅炉尾部对流烟道中布 置有高温过热器、 低温再热器 、 省煤器、 空气预热 器外 ， 将其余的受 热面布置在外 置式换热器 内。 红河电厂 4台外置床其中靠近炉前的两个布置有 高温再热器和低温过热器 ， 其主要作用是用来调 节再热汽温 ； 靠近炉后的两个布置有中温过热器 I 和中温过热器 Ⅱ， 其主要作用是用来调节床温。 2 循环流化床 的磨损 受热面的磨损是 由冲刷、 冲击 和微震磨损造 成的。水冷壁的磨损 主要是 由物料 、 烟气与管束 冲刷引起的， 外置床受热面的主要 问题是 由于微 振造成的传热管壁的磨损 。C F B锅炉相对常规煤 粉炉来说， 最大的特点是循环物料量大 ， 循环物料 的颗粒大， 炉 内的扰动强烈 ， 所以受热面磨损程度 大。尤其是炉膛内的水冷壁及水冷壁延伸墙和外 置床内的受热面 ， 在运行的过程中当受热面表面 的耐磨材料磨穿而继续磨损受热面时 ， 就会造成 管壁破裂， 形成受热面泄漏事故。 C F B锅炉与常规的煤粉炉相比最大的不 同就 是受热面的磨损 比较严重 ， 机组绝大多数非计划 停运都是由于受热 面泄露所致 ， 主要是炉膛 内水 冷壁以及布置在外置床内经常受物料循环磨损 的 受热面泄露引起的。由于结构上的不同 C F B锅 炉受热面泄露的处理方法与常规煤粉炉也不太相 同， 因此值得我们进一步地探讨。而布置在尾部 对流烟道 内受热面 ， 由于受到的磨损轻得多 ， 实际 上不经常发生泄漏 ， 即使发生 了泄漏， 由于对锅炉 内部的燃烧循环并不造成影响 ， 实际的处理过程 与常规煤粉炉相似， 在此不进行特别 的讨论。 3 循环流化床受热面泄漏的处理 3 ． 1 水冷壁泄漏的处理 首先根据运行参数判断水冷壁是否发生了泄 漏， 由于 C F B锅炉在实际的运行过程 中， 即使发 生了水冷壁受热面的泄漏 ， 由于 C F B锅炉在运行 时炉膛 内部是正压 ， 所以在锅炉本体上并没有像 常规煤粉炉一样开设有观察孔， 整个锅炉封闭很 严 ， 同时由于 C F B锅炉 内部有很 多的物料 ， 在运 行时要维持内部物料 的流化 ， 建立正常 的物料循 环 ， 一 、 二风机 出口的风压维持较高， 因此锅炉就 地 的噪音比常规煤粉炉要大得 多， 要通过就地检 查发现水冷壁受热面泄漏实际上 比较困难 ， 在实 际运行中曾经发生监盘中已经确认水冷壁受热面 发生了较大的泄漏 ， 但是在就地检查并没有发现 异常 ， 因此， 对于 C F B锅炉 ， 主要通过分析 D C S各 运行参数的变化， 以判断水冷壁受热面是否发生 了泄漏 。 根据水冷壁泄露程度的大小对炉膛 内床料流 化程度、 炉膛温度 的影响 ， 应采取不 同的处理方 法 ， 以减小处理过程 中对锅炉汽包造成的影响， 在 整个处理的过程 中应该加强对汽包上下壁温差的 监 视 。 3 ． 1 ． 1 现 象 1 泄漏 的瞬间会 引起炉膛负压的突然增大， 引风机出力增加 。 2 给水量 与蒸 汽量相 矛盾 ， 泄漏量大 时， 必 须启动补水泵来维持汽包水位。 3 烟气 的含氧量降低。 4 泄漏侧的床温会下降， 泄漏量大时会引起 两侧床压的波动。 3 ． 1 ． 2处 理 方 法 3 ． 1 ． 2 ． 1 如果泄漏量小， 汽包水位能够维持 ， 采 取逐步停炉方式 1 锅炉降低至最低负荷 ， 汽压给定值降至 9 MP a以下 。 2 锅炉降低负荷后 ， 通过冷渣器排出炉膛 内 的床料。 3 停止给煤机 ， 一次风量维持在最小流量以 冷却床料 ， 且继续排渣。 4 当床料温度小于 3 0 0 C， 锅炉受压部件没 有过热危险时停炉。 5 将炉膛内的床料完全排空， 以防止床料结块。 在实际事故处理过程中， 为了缩短检修工期 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 刘少义， 等 3 0 0 MW循环流化床锅炉受热面泄露的处理方法及防磨措施 l 7 考虑到机组的下次启动 ， 实际 中并不将全部的床 料排 出， 而是在事故处理时， 通过炉内各参数的变 化 ， 判断出哪侧水冷壁发生了泄漏。一般事故处 理时， 降低煤量后 ， 左右维持侧相同的煤量 ， 随着 煤量 的降低 ， 床温下降， 泄漏侧床温会下降 的较 快 ， 同时泄漏侧的床压会显示 的比较高 ， 为了维持 正常的流化 ， 两侧床压的平衡 ， 泄漏侧需要维持较 大的一次风量 ， 同侧 的一次风门挡板开度会 比较 大。在处理的过程 中通过调整一次风量 ， 二次风 量将泄漏侧的床料尽量 吹至未泄露侧 ， 判断将大 部分的床料吹至未泄露侧后 ， 再将泄漏侧 的床料 排出。为了防止水 汽进入冷渣器 ， 导致冷渣器 内 物料板结 ， 一般将冷渣器的进 口管割开 ， 直接将床 料排在地面上。在锅炉未放水之前 ， 尽量 以小一 次风量维持炉内床料的流化。锅炉放水 以后 ， 待 锅炉冷却后 ， 可停止炉侧风机运行 ， 联系检修进入 炉内进行检查 。除了检查泄漏 的水冷壁外 ， 同时 确认未泄漏侧的床料是否有板结现象， 安排检修 计划。 3 ． 1 ． 2 ． 2 如 果 泄漏 量 大 ， 汽 包水位 低 ， 锅 炉 M兀 将动作 1 维持给水量 为额定值 的 1 5 ％， 向锅 炉上 水 。 2 观察炉内床料的流化情况 ， 减小一次风量 尽量维持床料的流化， 观察炉膛温度的下降情况。 3 若水冷壁泄漏量大 ， 导致泄露测 的床料无 法流化 ， 将引起炉膛内温度的急剧下降， 此时应密 切监视汽包上下壁温度的变化。 4 水冷壁泄漏量大 ， 床料无法流化 ， 炉膛温 度急剧下降时 ， 严禁用冷渣器排渣 ， 以防止水汽进 人冷渣器 ， 导致冷渣器内物料板结。 5 若 由于炉膛 内床料不 流化 ， 炉膛 内温度 低 ， 引起汽包上下壁温差增大 时， 应停 止炉侧风 机， 维持一台引风机运行， 关闭炉侧风门， 这种处 理方法与常规煤粉炉停炉后的处理相类似。 6 风机停运后 ， 锅炉压力接近 0时 ， 停止锅 炉给水 。 7 待汽包上下壁温差减小后 ， 可启 动炉侧风 机对炉膛进行冷却 ， 时间可按常规煤粉炉停炉后 自然通风 ， 强制通风的时间来控制。 8 待炉膛 温度下降后 ， 停运炉侧风机 ， 开启 炉膛人孔门， 可安排人员对 炉膛 内板结 的床料进 行清理 。 9 炉膛 内床料 清理结束 ， 再 次启动前 ， 应启 动一次风机， 对炉膛内风帽的流化情况进行检查。 3 ． 2 外置床 内受热面泄漏的处理 3 ． 2 ． 1 现 象 1 给水量与蒸汽量不符。 2 引风机出力增g u o 3 外置床内床料温度降低 。 4 泄漏点之后过热器内蒸汽温度上升。 5 由于外置床布置在炉膛的四周 ， 同时在外 置床的两侧均开有人孔门， 里面的受热面泄漏时， 就地检查现象一般 比较 明显 ， 外置床内会听到明 显的泄露声 ， 从人孔 门处会有蒸汽泄露出来 。 3 ． 2 ． 2处 理 方 法 1 降低锅炉 出力之 最低值 ， 降低锅 炉 的压 力。 2 关闭泄露外置床进 口的锥形阀。 3 当床料温度小于 3 o 0 ℃ ， 锅炉受压部件没 有过热危险时停运一次风机 ， 二次风机 ， 维持流化 风机 ， 引风机运行 ， 将泄露外置床内的床料尽快排 出， 排完后 ， 停运所有风机。 4 在停运风机前 ， 锅炉受热面 内必须维持一 定的压力 ， 以防止外置床内的床料通过泄露的受 热面进人受热面的内部 ， 影响机组的下次启动。 5 炉侧 风机停 运， 外置床 内床料排 完后 ， 再 安排锅炉的放水 。 6 安排人员对泄露外置床进行检查 ， 若 泄露 较大 ， 还应安排对炉膛 内的床料进行检查， 确认是 否板结 。 外置床内受热面的处理除防止床料板结外， 应注意防止床料进入受热面 内部 ， 造成下次启动 过程中汽水品质的严重不合格 ， 从而延长启动时 间， 甚至给锅炉， 汽机的运行带来安全隐患。 若发现外置床 内受热面是再热器泄漏 时， 在 处理的过程中， 应注意汽机高旁的开度， 在炉侧风 机未停 ， 外置床内床料未排完前 ， 应维持一定的开 度， 保持一定的再热器压力， 防止外置床内的床料 通过泄露的受热 面进入再热器 的内部， 造成下次 启动时汽水品质 的严重不合格 ， 这是容易忽视 的 地方 。 4 预 防措施 C F B锅炉中， 由于大量高温循环粒子不断流 经燃烧室 、 分离器 和回料阀、 外置式换热器 ， 存在 着严重的磨损问题 ， 为使锅炉长期安全可靠运行 ， 在以下受热面表面采取了防磨措施 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 锅炉制造 总第 2 2 4期 1 高温绝热分离器及料腿 内表面； ． 2 回料阀内表面 ； 3 高温绝热分离器和对流烟道之 问的连接 烟道内表面； 4 下部燃烧室 内表面和布风板上表面 ； 5 水冷壁延伸墙下部外表面； 6 燃烧室出烟 口及出口烟道 内表面； 7 外置式换热器及冷渣器内表面； 8 尾部对流烟道人 口内表面。 虽然 C F B锅炉采取了很多防磨措施 ， 但实际 上， 锅炉长期运行以后 ， 循环物料磨损耐磨材料对 整个锅炉造成的影响还是 比较大的。耐磨材料被 磨穿以后 ， 在没有布置受热面的地方 ， 会造成耐磨 材料外部的钢板超温 ， 再运行可能磨穿锅炉外面 的钢板 ， 磨穿后会有火从磨穿的地方喷出， 影响锅 炉的安全运行 ， 严重时锅炉必须进行压火、 甚至机 组被迫停运。而在布置有受热面的地方 ， 耐磨材 料磨穿以后 ， 再磨损受热面时， 就可能造成受热面 的泄露 。针对 C F B锅炉的结构特点 ， 很容易判断 出水冷壁及水冷壁延伸墙和布置在外置式换热器 内的高温再热器、 低温过热器、 中温过热器是经常 受到磨损的的地方 ， 容易发生受热面的泄漏 ， 在实 际的运行过程 中证明了这一点。红河电厂从投产 到现在 ， 机组的非计划停运基本都是上述受热面 泄漏引起 的。 针对 C F B锅炉， 在投产运行 1～ 2年后 ， 由于 炉内磨损的 日积月累， 磨损严重的地方 ， 炉内布置 的浇注料会 明显的变薄 ， 而在炉膛 的上部及稀相 区， 没有浇注料的地方 ， 会直接对炉膛内的水冷壁 磨损 ， 造成水冷壁管壁的变薄。通过大量 的针对 炉膛 内部磨损的试验研究 ， 分析炉膛 内部重要磨 损部位的分布 ， 近年来 ， 通过对炉膛内部 的改造 ， 炉膛内部的磨损有一定 的减损 ， 主要采取 的方法 主要 有两种 。 1 在炉 内安装 水冷壁防磨梁。主要是在炉 膛 的稀相区， 没有布置浇注料的地方 ， 沿着炉膛的 高度 ， 每隔一段距离布置一层防磨梁 ， 利用多层阻 流板作用 ， 缓解贴壁流物料的下降速度 ， 延长物料 的热交换时间。通过长时间运行 的观察 ， 水冷壁 管束上安装了防磨导流梁后 ， 水冷壁管束 的磨损 程度 明显减弱 ， 延长了水冷壁管的使用寿命 ， 但炉 内安装了水冷壁 防磨梁后 ， 由于炉 内水冷壁换热 面积相对减少 ， 炉内换热减弱 ， 造成炉膛出口的温 度有所提高 ， 在调节汽温时， 减温水量增加 ， 带来 一 定的安全隐患。针对水冷壁防磨梁改造后带来 的影响， 还在分析研究 ， 目前认为 ， 造成炉内换热 减弱的主要原 因， 影响最大 的是安装在最下层 的 一 道防磨梁 ， 采取的措施是， 相对降低最下层的一 道防磨梁的高度 ， 具体对炉内防磨的影响 ， 还在观 察中。 2 炉 内的让管改造。通过长期对 C F B锅炉 炉膛 内部磨损的观察 ， 发现磨损最严重的地方 ， 是 与炉膛裤衩腿顶部平齐的一圈水冷壁周围的浇注 料 ， 分析原因是 炉膛内循环物料从炉膛裤衩腿向 炉膛上部后 ， 在空间上有一个增大的过程 ， 由于物 料在炉内的内循环， 在物料返 回的过程中， 与炉膛 裤衩腿顶部平齐的一圈水冷壁周围的浇注料是冲 刷磨损最为严重的地方。针对这一现象 ， 有针对 性的增加这一部分区域水冷壁上浇注料的厚度。 具体的方法是 将这一段大约 8 0 c m高的水冷壁 向外拐出一部分的距离 ， 然后在炉内再打浇注料， 与其它的地方保持平齐 ， 这样这一段浇注料 的厚 度就增加 了， 达到了保护这一段水冷壁的 目的。 5 结束语 通过以上的分析 ， 当发现 C F B锅炉受热面存 在泄露时， 处理过程应该尽量的迅速果断， 以避免 大量 的汽水泄露至炉膛及外置床 ， 造成内部大量 的床料板结 ， 风帽堵塞 ， 大面积受热面损坏 ， 给整 个检修的过程带来困难 ， 延长检修工期。同时根 据水冷壁泄露程度的大小对炉膛 内床料流化程 度、 炉膛温度 的影响， 应采取不 同的处理方法 ， 以 减小处理过程中对锅炉汽包造成的影响 ， 在整个 处理的过程中应 该加强对汽包上下壁温差 的检 查 。外置床内受热面的处理除防止床料板结外 ， 应注意防止床料进人受热面内部 ， 造成下次启动 过程中汽水品质的严重不合格 ， 从 而延长启动时 间， 甚至给锅炉， 汽机 的运行带来安全隐患。实践 证 明， 采取 以上处理措施是可行有效的 ， 为大型 C F B机组的安全稳定运行提供了技术支持。 参 考文献 [ 1 ] 任永红． 循环流化床锅炉实用培训教材． 中国电力 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 ] 刘恒宇． 3 0 0 MW循环流化床锅炉运行说明书． 哈尔 滨锅炉厂有限责任公司， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 路春美． 循环流化床锅炉设备与运行 北京 中国电 力 出版社 ， 2 0 0 3 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c 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