循环流化床锅炉防磨技术的探讨

2022-09-11

由于循环流化床锅炉是一种多次循环燃烧的方式, 在运行过程中不可避免的会在炉内形成一个高浓度的区域, 并且循环流化床锅炉内的高颗粒浓度和高运行的烟速特点, 在一定程度上决定了炉内各个部件受到含尘烟气的高速冲刷, 使得磨损的问题极其严重, 虽然许多部门在设计的时候都采用了防磨措施, 但是在实际运行中循环流化床锅炉由于其固体颗粒浓度过大, 比煤粉炉高十至几十倍, 造成循环流化床锅炉的受损速度较快, 因此, 循环流化床锅炉的防磨技术措施还需要不断总结经验、改进, 从而完善防磨措施。

1 循环流化床锅炉的工作原理

现今循环流化床锅炉是较新的一种燃烧方式, 介于室煤炉和层燃炉之间。其煤粒的燃烧既像室燃炉一样悬浮在炉膛里面燃烧, 也像层燃炉一样固定在炉排上面。我国用于烧劣质煤的沸腾锅炉已有上千台, 但他们都是属于鼓泡床技术, 对于这种鼓泡床锅炉, 由于较大的上升烟气速度将相当多的未燃尽细小煤粒带出炉膛, 造成燃烧效率的下, 烟气含尘量大, 特别是燃烧高灰份的劣质燃料是更为严重。因为绝大多数的煤粒是在流化床中燃烧放热, 在流化床中设置了大量的埋管受热面, 物料的强烈冲刷使埋管磨损相当严重, 一般只能使用六个月左右, 炉子的可靠性差。另外, 风机的电耗高, 向大型化发展困难, 脱硫剂利用率低等使得它被局限于烧煤矸石、炉渣等劣质燃料的场合。循环流化床层是由粒状物所组成, 具备不透煤的布风板, 布风板的主要主用就是使空气能够均匀的进入沸腾层, 并且以一定的速度通过布风板的空气流使整个料层的颗粒沸腾, 燃料颗粒就在沸腾层内燃烧。产生的灰渣不断的通过溢流口由炉内排出。

2 循环流化床锅炉磨损原因分析

2.1 烟气颗粒浓度的影响

循环流化床锅炉内的烟气内颗粒浓度越大, 就会使得整个受热面的磨损量增加这是因为颗粒的数目变大了, 对整个循环流化床锅炉的管壁的冲击和冲刷力就会变大。在循环流化床锅炉的整个运行过程中只要负荷越高, 就使得整个床层的密度和床层差压变大, 从而造成颗粒的浓度增大磨损也就逐渐变大。由于循环流化床锅炉其特有的燃烧方式, 这就使得其炉内的固体物料的密度系数比煤粉炉高出很多。

2.2 燃料性质的影响

由于燃料的颗粒硬度和灰分越大, 就会造成受热面管壁的切削作用较为强烈, 使得循环流化床锅炉的磨损程度也加重。特别是在掺烧煤矸石或者一些高硬度额燃料的时候, 就会严重的缩短受热面管爆管的时间。

2.3 耐磨耐火材料的磨损

循环流化床锅炉使用的是含硫量较高和燃用热值较低的煤种, 这种煤种的灰分浓度较大, 且流速较高, 也就使得磨损的程度较为严重。因此在这种情况下, 大多数的循环流化床锅炉的内部都在受热面敷设了耐火的材料, 这种耐火的材料被广泛应用在受热面磨损的防治中来。但是由于循环流化床锅炉在实际运行中, 其所燃烧的颗粒具有很高的流化速度, 并且在高温的情况下, 会对耐火材料产生较为强烈的冲击磨损的效力, 循环流化床锅炉的煤粉杂质会与与衬里材料发生化学反应以及频繁的热交换。由此可见, 在耐火材料的选择上应尽量选择一些抗侵蚀、耐高温、抗热震的材料, 特别对于那些锅炉的燃烧室及燃烧室及旋风分离器等区域长期经受颗粒、气流、烟尘等的冲击磨损及热震作用, 很容易导致耐火材料衬里剥落和坍塌, 严重影响了锅炉的正常运行和生产。

2.4 受热面布置的影响

由于循环流化床的炉膛内部均不同程度的受到物料颗粒的冲刷, 这就使得炉膛的出口处出现物料颗粒的偏析作用, 这主要是因为气流的转向所造成的, 也就造成了这个地方的水冷壁磨损较为严重。特别是一些采用旋风分离器的循环流化床锅炉, 在它的炉膛出口处附近水冷壁和侧墙及顶部后几根管子处均出现不同程度的磨损, 有些还较为严重, 并且还只是磨损迎风的一面。

2.5 风速的影响

在煤质和受热面布置方式相同的情况下, 管壁表面单位面积磨损量与烟气流速的三次方成正比, 即烟气的流速增加一倍, 磨损速度增加七倍。由此可见, 烟气流速对受热面的磨损起决定性的作用。但在烟气流速较低时, 极易造成大量未燃尽的可燃物沉积以及受热面积灰。

3 循环流化床锅炉防磨技术分析

3.1 采用金属表面热喷涂技术和其它表面处理技术防磨

在循环流化床锅炉的金属表面喷涂能够有效防止磨损和腐蚀, 这主要是因为涂层的硬度能够比原先基体的硬度更加大且在金属表面喷涂之后, 会在高温的情况下生成致密、坚硬和化学稳定性较好的氧化层, 可以使整个基体和氧化层紧密的结合在一起, 这是较为主要的一个问题。

3.2 分离器的防磨设计

循环流化床锅炉中较为关键的一个部件就是分离器, 分离器的效率在物料量和循环流化物料上的粒径分布都起着较为关键的作用。如果分离器中的耐磨耐火的材料脱落, 就会造成分离效率降低, 严重影响着整个循环物料的正常运行, 此外, 如果脱落的耐磨耐火材料掉落在返料装置中, 就会造成整个反料装置出现故障, 甚至无法正常运行, 迫使停炉。由此可见, 在分离器的防磨设计中, 纺织机耐磨耐火的材料脱落是较为主要的问题, 对于汽冷分离器, 主要采用内衬薄层耐磨浇注料结构, 通过不锈钢抓钉固定。

3.3 炉膛下部水冷壁与耐火材料交接处的防磨

在水冷壁管上面加上焊挡板, 可以有效的破坏向下流动的固体物料流, 运用这种方法可以在一定程度上降低了水冷壁管的磨损程度。还可以改变交接区域的几何形状, 从而使卫燃带和水冷壁的交界区域的局部流动特性发生变化, 从而达到防磨的主要目的。此外, 应让水冷壁管的耐火材料结合简易弯管, 使其卫燃带和上部的水冷壁管保持一致, 使固体物料避免垂直下流, 减少磨损的可能性。