关键词：超低 排放 改造 循环流化床 锅炉
1 概述
某机组装机容量为2×135MW的超高压、自然循环、高温绝热旋风分离器、中间再热、循环流化床燃煤锅炉。该锅炉主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”回料阀和尾部对流烟道组成。尾部对流烟道中依次布置Ⅲ级过热器、Ⅰ级过热器、冷段再热器、省煤器、空气预热器。燃烧室中上部与前墙水冷壁布置有水冷屏、再热屏、过热屏。空气预热器采用管式卧式布置，沿烟气流程一、二次风与烟气呈逆流交叉布置，共有三个行程。
超低排放改造前，使用石灰石经输送系统送至炉膛燃烧室参与脱硫燃烧，为炉内干法脱硫。改造后，石灰石系统停用，脱硫系统采用电石渣—石膏湿法烟气脱硫技术，脱硫装置布置于除尘器之后，为炉外湿法脱硫。
改造后锅炉增加脱销装置，脱硝方式采用炉内喷氨水作为还原剂还原NOx，利用喷枪喷入炉膛出口水平段烟道及分离器出口垂直段，温度为 850 ~ 1100℃ 的区域。
主要设备的标高为：
炉膛风帽、布风板 7000mm
燃烧室下部耐磨浇注料 7000mm-16600mm
过热屏、再热屏底部 27500mm
炉膛顶部 46000mm
锅炉主要参数：
最大连续蒸发量（B-MCR）蒸发量 480t/h
过热器出口蒸汽温度 540℃
过热器出口蒸汽压力 13.73 MPa
钙硫比 2.5（改造前）
2 超低排放改造对锅炉设备的影响情况
超低排放改造后，对设备运行产生的附加影响较大，主要表现为炉膛受热面磨损严重、耐磨材料失效及空预器的磨损和腐蚀，其中炉膛受热面磨损及空预器管损坏表现尤为明显。
（1）受热面运行情况
超低排放改造后一年，两台机组因超低改造影响的受热面泄漏共计3次。经现场勘查和统计数据分析，炉膛前墙水冷壁的主要磨损位置在炉膛稀相区（标高27-40米）位置，磨损速率较快，速率达0.0363mm/天。超低排放改造前，此部位的管壁表面覆盖有炉内脱硫生成的较为坚硬的固态耐磨层，管壁无磨损；改造后检查，管壁光滑如镜，且此标高范围内的水冷壁及屏式受热面均存在横向切割式磨损迹象。
屏式受热面主要表现为屏下部弯管段（标高27-31米）覆盖的耐磨材料出现大量破损、开裂现象，其内部的受热面管子发生泄漏，存在屏式受热面管材外露情况。
（2）空预器运行情况
空预器在超低排放改造后，运行期间漏风率增长较快，漏风严重，引风机满负荷运行，炉内为缺氧燃烧，飞灰含碳量不断升高，排烟温度降低，炉膛为微负压运行。
根据超低排放改造后的两台锅炉运行情况分析，1#机组运行50天后，空预器漏风率平均23.87%，锅炉无法满足满负荷运行；2#机组运行68天后，空预器漏风率平均20.69%，锅炉无法满足满负荷运行。
3 原因分析和处理措施
从运行情况判断，结合停炉检查的现场分析，水冷壁磨损和屏式受热面耐磨材料损坏的直接原因为炉内燃煤大颗粒冲刷导致，间接原因为炉内停止参烧石灰石粉脱硫后，炉内变为高硫环境，且细颗粒或循环灰减少，炉内循环灰所含大颗粒占比增加，二次风参混效果下降严重。同时，超低排放改造前，因炉内投放脱硫剂，脱硫生成的钙化物附着在管壁及耐火材料表面，形成坚固的耐磨层，对管壁及损坏开裂的耐火材料起到有力的保护及密封作用，改造后，钙化物形成的耐磨层消失，管壁和耐火材料暴露出来，直接遭到炉内燃料的冲刷，综合因素导致水冷壁磨损严重，耐磨材料防磨效果下降。
鉴于以上原因，从两个方面入手，一是降低炉内燃料流化速度；二是强化防磨措施。
（1）水冷壁磨损方面
从降低炉内燃料流化速度方面考虑，经过仔细分析，宜采取阶梯式降速方式较为妥当。即在水冷壁面的横向和垂直方向，连续间断式加装挡板，使水冷壁贴壁流速降低，达到防磨效果。方案确定后，利用停机检修的机会，对磨损严重的前墙水冷壁进行加装网格防磨板。加装区域为前墙磨损严重的标高27米-40米范围。加装前后效果对比如下图。
从强化防磨措施方面考虑，即提高水冷壁材料的耐磨性能，若是更换水冷壁，工程量较大，不宜采用。在水冷壁壁面增加耐磨材料较为合适。因此在对水冷壁加装网格防磨板的同时，对水冷壁壁面进行耐磨金属喷涂，进一步提高水冷壁管材的耐磨性能。
（2）屏式受热面耐磨材料损坏方面
从降低炉内燃料流化速度方面考虑暂无有效手段，从强化防磨措施方面考虑，现期屏式受热面的耐磨材料是建厂初期施工浇筑的，到目前为止已使用十年，不排除耐磨材料老化的原因。目前，耐磨材料面临修复和更换的局面，综合分析，修复和更换耐火材料时，宜采用性能更为理想的耐磨材料。
经过大量调研，确定选取一种高强度耐磨涂料，其对裂纹修复、新旧浇注料的结合能力、局部修复效果优于市面常见的耐磨浇注料，对两台锅炉屏式受热面浇注料的损坏和开裂部位进行了局部更换和裂缝修复，修复效果良好。
（3）空预器
原因分析：空预器漏风大的问题主要是因为炉内脱硫改为炉外脱硫，同时增加了分离器脱硝，烟道由低硫环境变为高硫、高硝的强酸环境，对尾部空预器管造成极大腐蚀，空预器管损坏量成倍增加，最终导致炉内风量不足、引风机出力不够，连锁反应为缺氧燃烧、床温升高、飞灰含碳量升高、排烟温度降低、锅炉效率降低、锅炉降负荷运行等情况。
根据历次停炉的检查结果表明，超低排放改造前，1#炉空预器管6个月损坏数量为131根，2#炉空预器管6个月损坏数量为155根。超低排放改造后，1#炉空预器管6个月损坏数量为1435根，2#炉空预器管6个月损坏数量为1395根。综合计算得知，超低排放改造后，空预器管损坏数量平均增加10倍。
根据现场检查情况，每次停炉，第1、2层冷段空预器管损坏数量大，管子损坏量占所在层的50%。发生在第3、4、5、6层的管子损坏量较小，并且其损坏位置大多为靠近端板处管子两端600mm范围内。
处理措施主要从防腐蚀方面入手。对于高酸的腐蚀环境来讲，现期采用的空预器管为Q235碳钢管，其抗腐蚀能力较差，在不更换空预器管材质的情况下，通过在管壁表面搪瓷，提高耐腐蚀性能较为理想。
停炉后，对空预器管进行全部换新，换新的同时，对空预器管进行搪瓷，搪瓷的主要位置为空预器第1、2层管子全部整根搪瓷，第3、4、5、6层管子两端600mm范围内搪瓷。
4 改造效果
采取改造措施前，两台锅炉因超低排放改造影响受热面泄漏最短时间为77天，最长运行时间为194天，且停炉后检查发现，炉内受热面多处磨损严重，无法继续使用，必须更换管材，延长使用寿命。
采取改造措施后，还未发生超低排放改造影响的受热面泄漏造成停炉，且停炉检查受热面管子，磨损量均处于合格范围之内，无需更换管材。屏式受热面耐磨材料修复的位置再未发生破损和开裂情况，内部管子得到良好的耐磨防护。
空预器管搪瓷后，空预器在修后连续运行102天时漏风率为5.67%。相比空预器管搪瓷改造前的1#机组运行50天漏风率23.87%和2#机组运行68天漏风率20.69%，改造效果甚为理想。
5 结论
超低排放改造对设备的长周期运行影响较大，其表现为炉内燃料流化速度加快，炉内环境变化为高硫环境，尾部受热面变化为高酸环境，导致炉内受热面磨损加剧，尾部受热面尤其处于低温段的空预器腐蚀严重。通过对受热面进行网格防磨板的加装，对耐磨材料的性能进行强化，对空预器管进行搪瓷等手段，能够有效延长设备运行周期，为机组安全运行提供有力的保障。
参考文献：
[1]黄中,高洪培,孙献斌,江建忠,肖平. 最新环保标准下对循环流化床锅炉环保特性的再认识[J].电站系统工程,2012,28(06):13-16.
[2] 段可宁,黄中,董学志.480t/h循环流化床锅炉冷态试验研究与长周期运行改造[J].内蒙古电力技术,2009,27(03):24-27.
论文作者:张,宏
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/17
标签：水冷论文; 磨损论文; 超低论文; 锅炉论文; 炉膛论文; 管壁论文; 耐磨论文; 《中国电业》2019年17期论文;