循環(huán)流化床鍋爐風帽磨損原因及改造措施

循環(huán)流化床鍋爐風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，風帽磨損嚴重且布風均勻性差。經過觀察、分析，發(fā)現通過調整風帽的安裝角度及控制入爐煤的顆粒度可使風帽的磨損情況有所減輕，但對布風均勻性未有明顯改善，本文重點介紹了我廠鍋爐風帽在使用過程中存在的問題及改造措施。關鍵詞：風帽磨損原因措施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權的第二代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象，確保床溫均勻性及爐內物料流場更均衡，抑制NOX的生成，對布風板風帽進行了部分增加風帽圓鋼改造。改造后在運行過程中風帽磨損嚴重且布風均勻性差的問題未得到有效解決，多次風帽磨損嚴重、芯管斷裂和脫落、斷裂導致風室內漏渣嚴重，鍋爐需要定期通過水冷風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攻關組，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改造徹底解決風帽磨損、布風均勻性差的問題。設備概況我廠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、旋風汽冷分離器、循環(huán)流化床燃燒方式、水冷滾筒式冷渣器，全鋼結構。布風板標高為10000mm，由82.55mm(SA-210C)的內螺紋管加扁鋼焊接而成，扁鋼上設置有2373個大口徑鐘罩式風帽壓損5.5kpa,風帽罩殼厚度10mm，罩殼材質A297HK(相當于2520耐熱鑄鋼)，內管材質ZG16Cr20Ni14Si2。風帽罩殼和內管由生產廠家焊接在一起，作為一個整體發(fā)貨，10孔風帽重6.37kg,12孔風帽重6.33kg。鍋爐爐膛風帽自右向左共計162排風帽寬度方向每排間距174mm，深度方向每排間距125mm，原設計中間為10孔水平眼風帽，四周為12孔水平眼風帽。運行過程中風帽存在的問題通過每次停爐后檢查發(fā)現，這些鐘罩式風帽在實際現場使用過程中暴露出來的問題主要是：(1)風帽外置小孔磨損變大、斷裂；(2)局部區(qū)域風帽頂部磨損；(3)風帽罩殼松動、脫落；(4)風帽側面磨損。風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下降。風帽磨損成因分析鐘罩式風帽結構簡單、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，使固定好的風帽在一次風作用下發(fā)生角度的偏移改變，引發(fā)風帽之間的對吹沖蝕磨損。當磨損發(fā)生后通常會引起布風板局部阻力變化，即部分區(qū)域阻力小、風量大，風帽磨損嚴重；部分區(qū)域阻力大，出現流化不良情況，為維持鍋爐流化的穩(wěn)定運行人員往往采用增大一次風量的方式運行，又導致鍋爐風帽的磨損增加。特別應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，入爐煤粒度遠超設計值，由于床料中含有大粒度較多一次風只能將其在密相區(qū)帶起一定的高度后落下，由此不斷的往復循環(huán)特別是煤矸石比重高、硬度大，基本上不能被流化風帶走，經過一段時間的運行就有大量的大粒度爐渣聚集在爐底風帽周圍,這些大顆粒物料在爐底不斷地往復運動就產生非常大的磨擦力,使風帽頂部和側面磨損嚴重。（在停爐檢查過程中發(fā)現風帽磨損嚴重的區(qū)域往往存在大顆粒大量堆砌的現象。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帽，更換風帽時，要求外置小孔對沖安裝以減少灰渣沉積及氣流對相鄰風帽的沖擊，但由于風帽施工區(qū)域限制無法嚴格實現對沖安裝，安裝角度不準確、不牢固且更換的風帽與原風帽存在一定的高度差，無法調整至同一高度，綜合以上原因使得風帽在運行過程中阻力發(fā)生了一定的變化，造成了阻力下降風速上升。風速的改變是造成風帽磨損的主要原因之一。5下一步改造方案風帽的磨損和斷裂不僅增加了檢修人員放灰渣和更換風帽的工作量，也嚴重的影響了鍋爐的長周期安全穩(wěn)定運行，風帽改造迫在眉睫。經咨詢東方鍋爐廠，風帽優(yōu)化技改需嚴格按照鍋爐廠的開孔率和風帽小孔流速進行設計，原則上不應改變風帽的通流面積、小孔流速及風帽阻力；否則，可能會出現流化不良，布風不均勻和床壓波動等，嚴重時甚至可能結焦，應謹慎技改，可在原風帽基礎上增加壁厚，但不宜更換形式。2018年3月通過電話調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、濮陽華能鍋爐設備科技有限公司共同討論，最終結合西安熱工院在神華的風帽優(yōu)化試驗，確定將我廠風帽進行優(yōu)化，優(yōu)化方式為：選取較低的風帽外罩小孔流速以降低外罩磨損，12孔橢圓形斜眼風帽，將風帽眼處壁厚由10mm增加至14.5mm；同時將風帽眼向下傾斜20°減少相鄰風貌的擾動；罩殼頂部開一個彷13mm的孔，內管頂部增加一個彷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帽罩殼焊接，罩殼底部與內管不再焊接，防止應力集中；風帽風管采用鑄件，材質由ZG16Cr20Ni14Si改為ZG16Cr25Ni20Si,壁厚增加至8mm，增加風管的強度，防止斷裂風帽改為圖10的結構形。為了進一步確保改造效果，從圖11中可以看出新設計的風帽阻力主要產生在風帽芯管小孔和外罩小孔出口風帽的整體阻力特性良好。風帽數值模擬1.1模擬對象利用Fluent軟件對兩方案進行了數值模擬，是風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值模擬結果可以看出，改造后的風帽阻力匹配更加合理，總壓降達到了4700Pa以上，速度場反應出風帽外罩的小孔速度得到了提高，因此風帽外罩的阻力升高，降低了風帽漏渣的可能性，同時提高了外罩小孔至芯管小孔的距離，進一步降低了風帽漏渣的可能性。試驗條件下的布風板阻力特性，上方曲線為折算到一次風熱態(tài)（正常運行287°C）下的布風板阻力特性，即287°C熱風狀態(tài)下的布風板阻力特性。由此可得到，在流化風溫度41C、流化風量380000Nm3/h時，折算到熱態(tài)流化風溫287°C時，布風板阻力為4790Pa。5結論1、通過風帽阻力特性數值模擬研究，鍋爐大修對風帽進行了改造，大修結束后分別進行了布風板阻力試驗、流化特性試驗。試驗結果顯示，鍋爐在320kNm3/h風量、冷態(tài)和熱風溫度287C時，布風板阻力分別為2335Pa和4790Pa，布風板阻力適中。2、風帽改造結果顯示，改造后運行期間最小流化風量降低至260kNm3/h也不會發(fā)生風帽漏渣，風帽的磨損程度大幅度降低，風帽改造取得了良好效果。