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循环流化床锅炉炉管防磨实践

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：帅璐

[导读] 摘要：本文根据中韩石化动力部循环流化床过往运行和检修经验，初步分析了炉管磨损的具体部位和主要原因，并介绍了对各种磨损过程采用的预防及控制措施，通过多种措施的应用，在一定程度上降低了炉管的磨损速率，从而减少了因炉管磨损导致的锅炉非计划停车次数，避免了较大的经济损失。

        （中韩（武汉）石油化工有限公司湖北武汉 430080）
        摘要：本文根据中韩石化动力部循环流化床过往运行和检修经验，初步分析了炉管磨损的具体部位和主要原因，并介绍了对各种磨损过程采用的预防及控制措施，通过多种措施的应用，在一定程度上降低了炉管的磨损速率，从而减少了因炉管磨损导致的锅炉非计划停车次数，避免了较大的经济损失。
        关键词：循环流化床锅炉；炉管磨损
        一、引言
        中韩石化动力部共配置3台360t/h循环流化床（CFB）锅炉、1台160t/h燃气辅助锅炉、2台65MW双抽凝汽式汽轮发电机组，为全厂提供四个等级（超高压、高压、中压、低压）的蒸汽和绝大部分电能。每年耗煤量约为95万吨，年发电量约为7.5亿kW.h，在过往的运行实践中，锅炉炉管磨损问题较为突出，严重制约了锅炉的长周期运行，因此，分析炉管磨损的成因，采取措施减缓炉管的磨损速度，成为锅炉长周期运行管理的重点工作。
        二、磨损机制分析
        现有三台CFB锅炉炉膛为矩形，前后墙各141根炉管，左右墙各82根炉管总计446根炉管，炉管材质为SA-210C，规格为50.8×5.44/4.19（以EL+15000工厂焊缝为界）。从以往运行情况来看，磨损主要集中在11.8m至15m区域（即水冷壁耐火浇注料截止线至工厂焊缝区域，又称密相区），其中前墙中间区域和左右两侧区域磨损较为突出。对此现象在前期维修实践中已对磨损的主要原因和机制进行了分析，主要原因为：
        1、炉膛内物料循环造成的贴壁磨损：大颗粒物料受气流循环影响高速贴壁下落造成磨损。
        2、物料浓度分布造成的局部集中磨损：前墙中部落煤口及石灰石入口、循环飞灰入口等区域物料堆积浓度较高，造成流场中物料集中，加重磨损。
        3、布风板风帽对局部流场影响：如果风帽出现脱落，会造成一次风裹挟物料高速向上喷出，也会加重局部炉管的磨损。
        4、流场变化造成磨损：水冷壁与耐火浇注料交接的区域（主要是炉膛四角、尿素喷枪浇注料包块、过热器入口包块、分离器区域包块等）因浇注料阻碍气流运动形成涡流造成局部磨损加重。
        三、采取的措施
        对此主要采用以下两种方式来直接降低锅炉磨损：
        1、应用耐磨堆焊炉管：耐磨堆焊管即在50.8×5.44的SA-210C炉管表面堆焊约1.5mm厚的P-400合金焊材，并制成定型管排，在前期试用中表现出优异的耐磨性能，一个周期（约180天）磨损量仅为0.1～0.2mm。此后在每次检修中得到推广应用，炉膛10.8m～16m密相区前墙及左右墙炉管换管均使用耐磨堆焊管。以2019年9月2#炉前墙水冷壁管12.1m测厚数据为例，2#炉前墙测厚均值为6.17mm，与2014年、2015年测厚均值5.44mm、2018年测厚均值6.13mm相比，防磨效果显著。
        2、应用防磨喷涂技术：使用超音速电弧喷涂技术，在锅炉易磨损区域喷涂耐磨合金层（CP-302A），厚度约为0.5～1mm。在历次应用中均起到较好的防护作用。除局部磨损严重区域外，其他区域磨损量轻微，仅仅为喷涂层被磨掉，未对炉管基材造成损伤。

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        四、新发现的问题及处理措施
        在这些工作基础上，在2019年全年检修和运行过程中，还发现了炉管磨损方面一些新的问题，主要有以下几点：
        1、通过对每一层炉管手动探摸，发现水冷壁管除密相区以外，部分区域炉管出现大面积同步减薄。特别是31m分离器入口区域的左墙、右墙出现单侧磨损，后墙以中部为界出现单侧磨损，此外前墙16m焊缝以上至31m分离器入口高度各层均有局部磨损情况。
        2、炉膛耐火浇注料脱落情况较为严重，例如11.8m高度整圈大面积脱落、炉膛拐角浇注料剥落等。浇注料脱落的同时导致邻边炉管管侧严重磨损。
        3、布风板风帽脱落较多，风帽连接管磨损严重，导致局部流场改变，剧烈加重磨损。2019年7月2#炉发生一次前墙爆管事件，经分析主要原因极为布风板中部近前墙处风帽脱落20余个，导致一次风裹挟物料直接高速冲刷前墙炉管，造成炉管磨损失效。
        采取的措施主要有：
        1、加大炉管测厚范围。自2019年初起，大幅增加超声波测厚的区域，新增对分离器区域、屏过入口区域、以及前墙16m以上区域的测厚，采用人工探摸和整圈检测相结合的方式，灵活调整测厚区域和方法，对水冷壁管尽可能多的进行壁厚监测，及时发现隐患并处理。
        2、加强耐火浇注料施工质量控制。由有丰富经验的施工人员在施工过程中精确控制原料配比、对浇注料外形精细修整，脱落情况得到很大的遏制
        3、加大风帽专项检查及维修力度。每次锅炉检修要求检修单位制定风帽专项维修更换方案，采用断续焊接和带管预制相结合的方式，对原有承插点焊的施工方法进行改进，落渣口附近空间较大，采用从底部直接割除风帽连接管，将新风帽与新连接短管对焊连接后，再满焊在布风板管口处。其余位置不便割管和焊接，要求检修单位改变原来的点焊连接做法，改为尽可能多的断续焊接，增强风帽的牢固程度。
        4、采用最新技术加强炉管监测。在11月1#炉检修期间试用电涡流检测技术对1#炉密相区炉管进行全面检测，并与原有的超声定点测厚进行互相印证，发现300余处原定点测厚未检出的减薄位置，经过对过往数据的分析研究，判定风险值，确定增加30处修复位置。大大降低了锅炉的运行风险，通过试用表明，电涡流检测具有检测全面、数据准确、不受空间限制等优点，虽然检测时间较长，但仍可在今后作为替代现有定点测厚的有效方案。
        五、结语
        通过锅炉的防磨、运行精细化管理，实现今年锅炉非计划停车次数从原来的三次降为两次，取得了一定的成效。按照锅炉爆管一次检修工期约为30天，检修时每小时少发电约5.5万kW.h，此外一台CFB锅炉检修期间，为了平衡全厂蒸汽管网，燃气锅炉必须投用，每小时天然气耗量约为6000Nm3，经过计算，通过炉管防磨管理减少非计划停车次数，所创造的效益约为932.1万元。
        然而，对于炉管防磨的研究仍未止境，目前所做的工作更多的是对症开药，在对炉管磨损根本机理上仍有认识不足之处，下一步计划对炉管的磨损数据进行大数据整理，找出磨损规律。改进风帽设计。应用新型技术如激光熔覆等，进一步降低炉管的磨损速率，提高锅炉运行周期。
        参考文献：
        [1] 李辉.循环流化床锅炉水冷壁的磨损原因分析及防磨措施[J].中国设备工程，2019，000（007）：81-82.
        [2] 周文源.循环流化床锅炉水冷壁防磨技术应用[J].电子世界，2019（12）.
        [3] 柯史壁，肖杰.浅谈循环流化床锅炉（CFB）内衬磨损及防磨措施[J].中国化工贸易，2019，11（19）.
        [4] 刘海宝，周雷，王成.Analysis on Laser Cladding Water Wall Anti-wear Technology of Circulating Fluidized Bed Boiler[J].电力系统装备，2019，000（010）：118-120.