水冷壁防磨噴涂

1、分類號： 密級：UDC： 編號：窯街煤電集團有限公司科學研究報告循環(huán)流化床鍋爐水冷壁綜合防護技術研究報告窯街劣質煤熱電廠2010年10月窯街劣質煤熱電廠循環(huán)流化床鍋爐水冷壁綜合防護技術研究二O一一年七月目 錄一、循環(huán)流化床鍋爐簡述二、循環(huán)流化床鍋爐汽水系統(tǒng)三、循環(huán)流化床鍋爐的基本構成四、循環(huán)流化床鍋爐的工作過程五、循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點六、循環(huán)流化床鍋爐的缺點或尚待進一步研究的問題七、循環(huán)流化床鍋爐受熱面的防磨研究八、經濟效益九、結束語窯街電廠循環(huán)流化床鍋爐水冷壁綜合防護技術研究摘 要：窯街劣質煤熱電廠采用SG-130/3.82-M245型循環(huán)流化床鍋爐,自投產運行以來，一直出現鍋爐密相區(qū)出

2、口水冷壁管的磨損爆管而被迫停爐的問題。本文根據鍋爐水冷壁磨損機理，結合國內應用比較成功的循環(huán)流化床鍋爐防磨技術，介紹我廠“防磨擋板”“金屬噴涂”綜合防磨措施的設計及施工工藝。關鍵詞：鍋爐 水冷壁 綜合防磨保護一、鍋爐簡述本廠#1、#2、#3、#4鍋爐采用SG-130/3.82-M245型循環(huán)流化床鍋爐。它為單汽包、自然循環(huán)、集中下降管，形布置的燃煤循環(huán)流化床鍋爐，全鋼構架。爐膛為膜式水冷壁懸吊的封閉結構，上部的橫截面尺寸為4.513×6.993m2。左右兩個高溫汽冷旋風筒位于爐膛出口和尾部豎井煙道之間，旋風筒采用膜式汽冷管結構，管內的流動介質為汽包出來的飽和蒸汽，旋風筒采用支撐結構。

3、旋風筒出口水平煙道，尾部包覆過熱器采用懸吊封閉結構。高溫過熱器、低溫過熱器通過支塊掛擱在包覆過熱器上。省煤器和空氣預熱器依次布置在尾部豎井煙道之中，并采用支撐結構。低溫過熱器與高溫過熱器之間裝有自制冷凝噴水減溫系統(tǒng)。鍋爐汽水總容積63.947立方米；鍋爐水容積42.0立方米.二、 鍋爐汽水系統(tǒng)1、#1、#2、#3、#4汽包用U型吊桿懸吊在爐頂鋼架上，吊桿對稱布置在汽包的兩端。汽包內徑為1508mm，壁厚為46mm，長約9000mm,材料為SB410進口鍋爐鋼板，重約20T。汽包正常水位在汽包中心線以下的100mm處。因為本鍋爐省煤器為沸騰式省煤器，因此在汽包進水管口加裝3只直徑為290mm的旋

4、風分離器作為汽水分離裝置，以消除進水動能，保證蒸汽品質和防止下降管帶汽。蒸汽分離亦采用35只旋風分離器作為汽水分離裝置。頂部設有百頁窗分離器，底部裝有托盤以減少汽包水位波動。飽和蒸汽由8根133×6的蒸汽引出管引至左右旋風分離器。2、給水自省煤器由4根108×6的管子引入汽包，2根356×20的大口徑下降管把水分配到爐膛下集箱,汽包上設有在啟停時需用的再循環(huán)管閥.大口徑下降管入口處設置了十字檔板,可有效的防止下降管帶汽和抽空現象,以保證水循環(huán)的可靠性。3、 爐膛水冷壁（1）爐膛水冷壁采用膜式壁結構，水冷壁管規(guī)格為60×4，其節(jié)距為80mm，由剛性梁將整個

5、水冷壁組成剛性吊筐式結構。水冷壁及出口集箱由上吊桿懸吊于鋼架的頂部梁上，整體向下膨脹，最大膨脹量約為91.6mm。水冷壁分前、后、左、右四個回路，水由2根下降管引到運轉層下面406×45的分配器，然后再由20根133×6的支管分別引入各個回路的水冷壁下集箱，經爐膛加熱后匯集到水冷壁上集箱，再由24根133×6的引出管引進汽包。（2）爐膛上部橫截面為4.513×6.993 m2，爐膛下部的前后水冷壁向中間收縮形成倒錐形，在爐膛底部面積達到1.92 ×7.713m2.爐膛后墻的下部水冷壁通過中間混合集箱連接,從而形成向前微傾斜的布風板水冷壁結構,布

6、風板面積為6.88×1.92 m2,布置有510只,材料為ZG20Cr20Mn9N:6N的風帽。爐膛工作溫度為900，布風板流化速度為5.8m/s,密相區(qū)高度約為3.7m。水冷壁四周外側沿高度方向裝設剛性梁，以增加水冷壁剛度和承受爐內壓力波動的能力，爐膛耐壓按870mmH20設計。（3）#4鍋爐爐膛上部懸掛兩塊水冷屏，水冷屏管子直徑為60×5mm。水冷屏進出口聯(lián)箱通過159×12mm的小下降管與汽包連接。4、 過熱系統(tǒng)過熱系統(tǒng)由旋風筒、過熱器（包覆墻管過熱器、蛇形管高、低溫過熱器。純對流、順列布置）等組成。工質在過熱系統(tǒng)中的流程為：汽包旋風筒上集箱旋風筒下集箱包覆

7、前墻下集箱包覆前墻上集箱包覆頂棚、左右包覆上集箱低溫過熱器進口集箱低溫過熱器出口集箱左右減溫器高溫過熱器出口集箱集汽集箱汽機。三、循環(huán)流化床鍋爐的基本構成循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個部分。第一部分由爐膛（流化床燃燒室）、氣固分離設備（分離器）、固體物料再循環(huán)設備（返料裝置、返料器）和外置換熱器等組成，上述部件形成了一個固體物料循環(huán)回路。第二部分為尾部對流煙道，布置有過熱器、省煤器和空氣預熱器等，與常規(guī)火炬燃燒鍋爐相近。1、爐膛:爐膛的燃燒以二次風入口為界分為兩個區(qū)。二次風入口以下為大顆粒還原氣氛燃燒區(qū)，二次風入口以上為小顆粒氧化氣氛燃燒區(qū)。燃料的燃燒過程、脫硫過程、NOx和N2O的生成及分解過程主

8、要在燃燒室完成。燃燒室內布置有受熱面，它完成大約50%燃料釋放熱量的傳遞過程。2、分離器：循環(huán)流化床鍋爐的分離器是循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的關鍵部件之一。其主要作用是將大量高溫固體物料從氣流中分離出來，送回燃燒室，保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)、反復燃燒和反應，實現燃燒系統(tǒng)灰平衡及熱平衡，保證爐內燃燒的穩(wěn)定與高效。3、返料裝置：返料裝置是循環(huán)流化床鍋的重要部件之一。它的正常運行對燃燒過程的可控性、負荷調節(jié)性能起決定性作用。返料裝置的作用是將分離器收集下來的物料送回爐內循環(huán)燃燒，并保證流化床內的高溫煙氣不經過返料器裝置短路流入分離器。所以，返料裝置既是一個物料回送器，也是一個鎖氣器。四、循環(huán)流化床鍋爐的

9、工作過程流化床燃燒是床料在流化狀態(tài)下進行的一種燃燒，其燃燒可以為化石燃料、工農業(yè)廢棄物和各種劣質燃料。一般粗重的顆粒在燃燒室下部燃燒，細顆粒在燃燒室上部燃燒。被煙氣攜帶出燃燒室的細顆粒采用分離器分離下來，返回爐內循環(huán)燃燒。在燃煤循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，燃料煤首先被加工成一定粒度范圍的寬篩分煤，然后由給煤機送入流化床密相區(qū)進行燃燒，其中許多細顆粒物料將進入稀相區(qū)繼續(xù)燃燒，并有部分隨煙氣飛出爐膛。燃燒過程產生的大量高溫煙氣流經過熱器、省煤器、空氣預熱器等受熱面進入除塵器進行除塵，最后由引風機排至煙囪進入大氣。循環(huán)流化床鍋爐燃燒在整個爐膛內進行，而且爐膛內具有很高的顆粒濃度，高濃度顆粒通過床層、

10、爐膛、分離器和返料裝置，再返回爐膛，進行多次循環(huán)，顆粒在循環(huán)過程中進行燃燒和傳熱。鍋爐給水首先進入省煤器，然后進入汽包，經下降管進入水冷壁管。燃料燃燒所產生的熱的汽水混合物進入汽包，在汽包內進行汽水分離。分離出的水進入下降管繼續(xù)參與水循環(huán)，分離出的飽和蒸汽則進入過熱器系統(tǒng)極熱變?yōu)檫^熱蒸汽。五、循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點1、對燃料的適應性特別好。飛灰再循環(huán)量的大小可以改變床內的吸熱份額，所以循環(huán)床鍋爐對燃料的適應性特別好。只要燃料的熱值大于把燃料本身的燃燒所需空氣加熱到穩(wěn)定燃燒溫度所需的熱量，這種燃料就能在循環(huán)流化床內穩(wěn)定燃燒。2、燃燒效率高。常規(guī)工業(yè)鍋爐和流化床鍋爐燃燒效率為85%90%。循環(huán)流

11、化床鍋爐由于采用飛回再循環(huán)燃燒，當燃燒劣質煤燃料和優(yōu)質燃料時，其鍋爐燃燒效率可達95%99%，能與煤粉鍋爐相媲美。3、爐內傳熱能力強。由于飛灰再循環(huán)燃燒克服了常規(guī)流化床鍋爐床內燃燒釋熱份額大、懸浮段釋熱份額小的缺點，提高了鍋爐的爐膛截面熱強度和容積熱負荷。常規(guī)流化床鍋爐的爐膛截面熱強度為13MW/m2，爐膛容積熱強度為0.10.2MW/m3。而循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面熱強度為38MW/m2，爐膛容積熱強度為0.160.32MW/m3。4、脫硫效率高。由于飛灰的再循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應的石灰石能再回到床內與SO2反應，提高石灰石的利用率。當鈣硫比為1.52.0時，脫硫效率可達85%9

12、0%。而常規(guī)流化床鍋爐，當鈣硫比為34時，脫硫效率才能達到85%90%。后者的鈣的消耗量增加一倍多。5、NOx排放量低。由于循環(huán)流化床鍋爐采用分級燃燒，溫度可以控制在830850范圍內穩(wěn)定燃燒，NOx的生成量顯著減少，其排放濃度為1200mg/m3，而常規(guī)流化床鍋爐燃燒和煤粉爐燃燒，其NOx的排放濃度分別為其23倍。6、負荷變化范圍大，調節(jié)性能好。當鍋爐負荷變化時，只需調節(jié)給煤量和流化速度就可以滿足負荷的變化。在低負荷時，循環(huán)流化床鍋爐不需要像常規(guī)流化床鍋爐那樣采取分床壓火，也不需要像煤粉爐那樣用油助燃。一般情況下，循環(huán)流化床鍋爐熱負荷變化范圍為100%25%，其變化速率為5%10%。這一優(yōu)點

13、使循環(huán)流化床鍋爐用于電網的調峰機組、熱負荷變化大的熱電聯(lián)產機組和供熱工業(yè)鍋爐時特別適應的。7、給煤點數少。循環(huán)流化床鍋爐內由于顆粒濃度較小，橫向顆粒混合特性較好，不需要像鼓泡床鍋爐那么多的給煤點。130T/H蒸發(fā)量的鼓泡床鍋爐有6個給煤點，而循環(huán)流化床鍋爐有12個給煤點就可以了，這大大簡化了爐前給煤點的布置，為流化床鍋爐的大型化創(chuàng)造了有利條件。8、易于實現灰渣綜合利用。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐灰渣的含碳量低。低溫燃燒的灰渣易于實現綜合利用，如灰渣作為水泥摻和或建筑材料。同時，低溫燃燒也有利于灰渣中稀有金屬的提取，脫硫后含有硫酸鈣的灰渣還可以用來制作膨

14、脹水泥。六、循環(huán)流化床鍋爐的缺點或尚待進一步研究的問題（一）循環(huán)物料的分離。目前循環(huán)流化床鍋爐從運行情況看，高溫旋風分離器使用比較成熟，但在燃用高灰燃料時分離器的磨損問題尚未解決，而且分離器的體積也比較龐大，基本上和爐膛直徑相近。受旋風分離器最大尺寸的限制，大容量循環(huán)流化床鍋爐必須配備多個分離器。由于旋風分離器內襯有較厚的防磨耐火材料，熱慣性大，因此延長了啟動時間，負荷變化動態(tài)特性變差?？傊?，循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展要求效率高、體積小、阻力低、磨損輕和制造運行方便的循環(huán)物料分離裝置。（二）循環(huán)流化床內固體顆粒的濃度選取。循環(huán)流化床內固體顆粒濃度對燃燒過程、脫硫過程和傳熱過程都有很大的影響，但合適的

15、循環(huán)流化床內固體顆粒濃度的確定卻十分困難。目前各循環(huán)流化床鍋爐所采用的爐內顆粒濃度相差很大。反應爐內顆粒濃度的一個重要參數是循環(huán)倍率，在分析循環(huán)流化床鍋爐的工作過程時，不僅要考慮物料的外部循環(huán)，即通過旋風分離器捕捉返回爐膛的部分，還要考慮爐膛內部的物料循環(huán)。在鍋爐運行時，隨著運行風速的提高，物料的內循環(huán)將顯著增強。目前，對循環(huán)流化床鍋爐內循環(huán)的定量分析還缺乏有效手段。合理的床內循環(huán)顆粒濃度的選取受燃燒、脫硫、磨損、能耗等一系列因素的影響。（三）爐內受熱面布置和溫度控制。為了保證循環(huán)流化床鍋爐的爐內溫度控制在一定范圍內，在固體顆粒循環(huán)回路中必須吸收一部分熱量。目前爐內吸熱主要有以下兩種辦法：一種

16、是在爐膛內布置水冷壁或隔墻；另一種是在爐膛內布置部分受熱面，在固體物料循環(huán)回路上再布置流化床換熱器。前一種方法主要是靠調節(jié)返料量調節(jié)床內固體顆粒濃度，以改變水冷壁的換熱系數，從而改變爐內的吸熱量來控制床溫；第二種方法則僅需要調節(jié)進入流化床換熱器和直接返回爐內的固體物料量的比例，便可控制床溫，相對比較靈活，特別適合大容量的循環(huán)流化床鍋爐。不過，對于上述兩種方法的優(yōu)化及新的控溫方式，包括自動控制溫度等，仍有必要進行更進一步的研究。（四）循環(huán)流化床鍋爐部件的磨損1、循環(huán)流化床鍋爐內受熱面產生磨損的原因循環(huán)流化床鍋爐內的受熱面包括爐膛水冷壁、爐內受熱面、尾部對流煙道受熱面等，這些受熱面中除尾部對流煙道

17、受熱面的磨損與常規(guī)煤粉爐相似外，其它受熱面的磨損過程是十分復雜的，造成循環(huán)流化床鍋爐受熱面產生磨損的原因有：（1）煙氣中顆粒對受熱面撞擊產生的磨損。（2）受熱面表面受運動速度相對較慢的顆粒沖刷所造成的磨損。（3）沿受熱面運動的固體顆粒受其他顆粒的作用，利用貼壁的固體顆粒作為磨損介質，使受熱面產生磨損，這也就是所謂的三體磨損。（4）隨氣泡快速運動的顆粒對受熱面產生的磨損。（5）氣泡破裂后顆粒被噴濺到受熱面表面從而對受熱面產生磨損。（6）爐內局部射流造成受熱面的磨損，循環(huán)流化床鍋爐中的各種射流包括（燃料和脫硫劑）口射流、固體物料再循環(huán)口射流、布風板風帽的空氣射流、二次風空氣射流以及因管道泄露造成的

18、射流等，射流卷吸的床料對相鄰的受熱面形成直接的沖刷而造成磨損。（7）伴隨著爐內和爐外固體物料整體流動形式所造成的受熱面磨損。（8）由于幾何不規(guī)則造成的受熱面的磨損，例如不規(guī)則管壁包括穿墻管、爐墻開孔處的彎管、管壁上的焊縫、爐內熱工測試元件等處附近產生局部渦流從而使受熱面產生磨損。2、循環(huán)流化床鍋爐內受熱面的磨損機理在循環(huán)流化床鍋爐的運行中，除正常的由于旋風筒返料形成的外循環(huán)外，還有爐膛內物料的內循環(huán)。這種內循環(huán)形成流體動力學結構，即典型的環(huán)-核結構：在內部核心區(qū)內，顆粒團受流化風的攜帶及卷吸而形成向上流動；而在外部環(huán)狀區(qū)，固體物料沿爐膛水冷壁面向下回流，環(huán)狀區(qū)的厚度從床底部到頂部逐漸減薄。在循

19、環(huán)流化床鍋爐的運行中，固體物料沿爐膛水冷壁面的向下回流是水冷壁管產生磨損的主要原因。七、循環(huán)流化床鍋爐受熱面的防磨研究（一）失效分析管壁的磨損是與氣流中固體物料濃度、煙氣速度、顆粒的特性硬度和流道幾何形狀等密切相關。研究表明，沖刷磨損量大約與氣流速度的3.6次方成正比。而在循環(huán)流化床鍋爐中，固體物料的濃度巨大，通?？蛇_煤粉爐的幾十倍到上百倍，并且煙氣流速大，顆粒硬且棱角尖銳，因而在高速煙氣的帶動下，對循環(huán)流化床鍋爐水冷壁等受熱面部位的沖刷磨損極為嚴重；尤其在護墻頂部水冷壁部位，由于位處密相區(qū)邊緣區(qū)，不但受到嚴重的高速高濃度含床料、燃料氣流的強烈沖刷、磨損，而且存在嚴重的渦流效應、切割效應和離心

20、作用。渦流效應在爐膛四角部位，由于該處形成邊壁流，物料匯集此處較多，且由于固體顆粒的慣性作用，局部磨損作用尤為明顯，而切割效應體現在防護墻根部水冷壁處，其原因是由于防護墻的頂部提供了一個平臺，當固體顆粒以較高的速度下降到該平臺時流向發(fā)生變化，對水冷壁管側進行直接沖刷磨損。在上述因素作用下，導致受熱面管逐漸被磨蝕減薄，當局部承受不了管內水汽壓力時即造成爆漏而失效。圖一：密相區(qū)水冷壁磨損失效（二）水冷壁綜合防磨技術1、防磨擋板在循環(huán)流化床鍋爐運行中，爐內邊界層固體顆粒主要以沿水冷壁下滑運行為主。目前國內運行的循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)出口區(qū)域主要采取的防磨措施為進行金屬噴涂，但由于各方面條件的限制，鍋爐

21、運行不到一年的時間，金屬噴涂層基本全部磨損完。根據循環(huán)流化床鍋爐爐內邊界層物料流動的特點，在水冷壁磨損嚴重區(qū)域的不同高度加裝擋板，通過改變邊界層物料的流動方向，進一步減少邊界貼壁下滑物料濃度的途徑，達到水冷壁管防磨的目的。在采用防磨擋板后，邊界貼壁下滑的顆粒首先跌落到第一個圖二：水冷壁衛(wèi)燃帶頂部磨損失效擋板沉積的物料上，然后沿擋板上松散堆積的物料表面遠離水冷壁管傾斜下滑。下滑過程中，雖受上升氣流卷吸作用的影響，有部分顆粒又會貼壁下滑，但很快會跌落到下一層擋板上或跌落到鍋爐衛(wèi)燃帶上，不會再繼續(xù)沖刷磨損水冷壁管。2、目前國內現有防磨擋板技術概況：梁體材料橫梁數量橫梁間距特 點方案一扒釘耐火材料爐墻

22、根部到爐頂1.4-1.8m防護效果好，影響鍋爐出力，成本高方案二扒釘耐火材料爐墻根部往上2-3道0.6-1.0m，由下往上間距逐個加大防護效果好，基本不影響鍋爐出力，成本較低方案三金屬鋼板條爐墻根部往上4道1.1-1.5m，由下往上間距逐個加大防護效果次之，不影響鍋爐出力，成本低3、 “防磨擋板”“金屬噴涂”綜合防護設計首先對爐墻根部往上4米左右區(qū)域內、爐膛四角、煙氣出口兩側區(qū)域等水冷壁管磨損嚴重部位，采用超音速電弧噴涂工藝，噴一層厚度為0.6-0.8mm的高溫耐磨防腐的HDS88A金屬合金涂層，然后在離爐墻根部往上每間隔0.6-1.0m制作一道防磨擋板。根據具體磨損嚴重程度由下往上間距逐個增

23、大制作二至三道防磨擋板即可滿足防護要求，使用壽命可達一年以上。圖三：防磨噴涂施工中4、金屬噴涂層技術指標（1）、HDS-88A涂層技術指標厚 度：0.6-0.8mm 粒子速度：386m/s結合強度：55MPa 硬 度：HRC60抗高溫氧化性：+12.16mg/cm2（750氧化250h）孔 隙 率：0.9% 基體溫度：270工件變形性：不變形，不改變母材表面金相組織結構和理化性能（2）、高溫耐磨防腐專用封孔層工作溫度：1000 耐 磨 性：10mg/1000r結合強度：6 MPa 厚 度：0.05-0.1mm（3）KM型高溫耐磨抗蝕專用封孔劑說明KM型高溫耐磨抗蝕專用封孔劑系采用超硬新材料，合

24、成新工藝，以及粒子的配級等技術精心加工、配制而成，在常溫下可快速固化，高溫下形成堅硬的陶瓷體。其高溫耐磨性好，導熱系數大，抗蝕性強，與金屬表面粘結具有極強的吸附性和熱震穩(wěn)定性，圖四：防磨噴涂施工完效果不脫落、不出現裂紋等特點。用其對金屬熱噴涂涂層表面進行封孔，能有效滲透、浸潤涂層孔隙，并在高溫下逐漸陶瓷化，使整個涂層更致密，阻止介質中的有害成份通過微小的涂層隙進入涂層內部，能獲得有效封閉毛細孔的效果。5、施工條件為了作好施工準備工作，其施工需要具備以下條件：電源： 380V 20KW 三相交流電氣源： 氣壓5kgf 流量5m3/min 平臺： 長4m（最少3m） 寬2m（最少1.5m）噴涂工件

25、的位置離主機放置位置的距離不超過15m施工部位所需的腳手架5、施工工藝施工工藝流程：表面預處理噴砂作業(yè)噴涂作業(yè)預測厚度封孔自查、清場（1）表面預處理：首先清理各工作表面上的浮灰、渣等雜質。（2）噴砂作業(yè)：用噴砂機對工作表面進行噴砂處理，達到表面干燥、無灰塵、油脂、污垢和銹斑，表面清潔度達到GB8923中規(guī)定的“Sa3.0”級，露出金屬光澤，表面粗糙度達到GB11373中規(guī)定的“Rz50-90m”。（3）噴涂作業(yè)：對噴砂后的工作面進行噴涂作業(yè)，涂層表面要求平整、光潔、致密、均勻，且和基體結合完好，無起皮、開裂、麻面、脫落等缺陷，過渡區(qū)與母材光滑過度，無臺階存在，基材不變形，孔隙率低于0.9%。（4）預測厚度：用測厚儀對金屬熱噴涂涂層進行測量，保證涂層厚度均勻，并達到規(guī)定要求。（5）封孔：在扒釘焊接部位，應等扒釘焊好后，再用KM高溫耐磨專用封孔劑對金屬熱噴涂涂層表面進行封孔，以阻止介質中的有害氣體通過微小的涂層隙進入涂層內部，有效封閉毛細孔。6、防磨擋板制作技術（1）、技術原理圖五：防磨梁+噴涂整體效果圖MC-型高溫抗磨