循环流化床锅炉长周期连续运行研究
2014-07-10吕云辰李安红徐严伟宋仁委
吕云辰 李安红 吴 培 徐严伟 宋仁委
(河南心连心化肥有限公司 河南新乡453731)
1 存在问题
河南心连心化肥有限公司三分厂热电车间有1台TG-130/5.29-M型循环流化床锅炉(次高压、次高温)，主要以神木烟煤为原料，为合成氨系统提供蒸汽(压力4.9 MPa、温度470 ℃)90 t/h。据统计，该锅炉自2010年1月至2012年12月期间共停炉12次。停炉原因：水冷壁泄漏5次、断煤3次、更换汽包加药阀1次、系统停车1次、正常计划检修2次。该锅炉的平均连续运行周期约为91 d。合成氨系统检修频次为每年1次，在锅炉检修期间，为维持合成氨系统继续运行，需用外供蒸汽。因此，延长锅炉的平均运行周期成为降低生产成本一个亟待解决的问题。
2 问题分析
(1)水冷壁泄漏。检修循环流化床锅炉时发现，漏点多位于循环流化床锅炉炉膛出口和北墙卫燃带上部，泄漏部位磨损非常严重，水冷壁最薄处厚度仅1.7 mm，说明物料对此位置的冲刷较严重，应重点防护。停运循环流化床锅炉后，通过膨胀指示针的位移检查发现，循环流化床锅炉炉体下部存在向南偏移现象。经分析，原因为返料器膨胀节失效，造成循环流化床锅炉炉体与旋风分离器的连接处被下料管卡死，炉体下部向南偏移，导致北墙磨损严重。炉膛出口处管道因通流面积小，烟气流速大，比其他部位更易磨损。
(2)断煤停炉。从操作记录可知，断煤多发于阴雨天气的夜间。由于防雨棚储煤的容积较小，阴雨天气煤含水量超标时有发生(标准为质量分数6%～12%)。夜间上煤前不易掺混均匀，湿煤入煤仓易造成煤仓下部及下煤管堵塞，如处理不及时会导致循环流化床锅炉断煤而停运。
(3)汽包加药阀泄漏。检修时，未对循环流化床锅炉运行中不可更换配件和维修部位重点检查，无法对锅炉运行中可能出现的问题提前采取处理措施。
3 解决方案
3.1 水冷壁测厚及防护
为解决水冷壁泄漏的问题，在2013年4月检修时，采用测厚仪器对水冷壁大范围取点、测厚，建立数据库，全面检测水冷壁的整体磨损情况。每隔500 mm设1个测厚区，取水冷壁左、中、右3点进行测量，测厚工作历时10 d，共测得12 000个测厚点的壁厚数据。通过统计水冷壁测厚点的厚度并建立数据库，以水冷壁管的标高为Y轴，水冷壁管的编号为X轴(自西向东依次编号)，将测厚数据对应地输入表格，厚度(L)≤2.5 mm的测厚点用红色标记(即需要更换的部位)，2.5 mm<
L≤3.0 mm的测厚点用黄色标记(即需要添加防护瓦的部位)，3.0 mm
表1从数据库中选取的几组典型数据mm
通过对表1的数据分析可明显看出，水冷壁西墙的大面积磨损明显比东墙严重。该部位烟气出现自西向东的紊流，可采取添加导流板或竖型板的措施来矫正烟气的流向，从而减轻烟气对水冷壁的磨损。
根据数据库分析结果还发现，水冷壁北墙磨损明显比南墙严重，磨损最严重的部位在炉膛出口处和卫燃带以上高度10～12 m的部位，而且部分位置存在沟流、壁流现象等问题。针对水冷壁北墙磨损严重和返料器膨胀节卡死问题，在检修中重新浇筑了返料器膨胀节。针对循环流化床锅炉炉膛出口管道和旋风分离器进口管道磨损严重问题，分别采取了加装竖型板和重新浇筑等措施。针对卫燃带上部磨损严重和部分位置存在沟流、壁流现象，通过在卫燃带上添加导流板，矫正炉内物料的流向，消除沟流、壁流现象，减轻了卫燃带上部的磨损。安装导流板后物料流向示意如图1所示。
图1 安装导流板后物料流向示意
在2013年11月检修时，再次对水冷壁进行全面测厚，结合2013年4月测厚数据计算水冷壁薄弱区域的磨损速率。参考磨损速率计算结果，本次检修时将测厚点L<2.5 mm的水冷壁管全部更换，测厚点L在2.5～3.0 mm的水冷壁管加装防护瓦，防止水冷壁管运行中出现泄漏的情况。
修改操作规程，规定循环流化床锅炉在不同负荷下炉膛差压的范围，操作人员可根据循环流化床锅炉负荷控制炉膛差压。在循环流化床锅炉低负荷运行时，及时排灰以减少炉内循环物料，减轻飞灰对水冷壁的冲刷；烟气中氧体积分数指标严格控制在4%～7%，降低过量空气系数以降低烟气的流速，减轻烟尘对水冷壁和尾部烟道换热管的磨损。
3.2 预防断煤事故
预防断煤事故的措施：①扩大煤棚容积，增加干煤储量，防止阴雨天气煤湿度过大；②建立入炉煤数据库，增加煤的分析频次，确保入炉煤质量；③加大培训、管理、考核等方面力度，重点修订了上煤、看煤的管理规章，防止湿煤入煤仓，并通过事故演练，增强操作人员处理断煤事故的能力。
3.3 设备方面
对维修工、电工实行设备包机制度，提高其责任心；及时更换损坏的风机变频器模块，防止跳车；编制给煤机检修指导手册，系统地罗列出给煤机的检修项目，保证每次检修都能全面检查给煤机，延长其运行时间。
4 改造效果
2013年3月底，循环流化床锅炉停车检修；2013年4月中旬投入运行，循环流化床锅炉连续平稳运行7个月，2013年11月17日，按计划停车进行检修；2013年12月4日，检修结束并投入使用，稳定运行至2014年5月16日按计划停炉检修。连续2次长周期稳定运行，创造了该循环流化床锅炉长周期稳定运行的记录。
据统计，非正常停炉检修时间平均约为10 d，平均蒸汽用量为90 t/h，其蒸汽成本110.13元/t，外供蒸汽价格134.68元/t，则停运循环流化床锅炉的经济损失合计57.10万元(见表2)。
表2停运循环流化床锅炉的经济损失
改造后的循环流化床锅炉平均稳定运行周期由约91 d延长至约186 d，年停炉次数由4次降至为2次，直接经济效益达114.2万元。锅炉运行周期的延长，减少了停炉造成的损失，也为合成氨系统和尿素装置稳定运行提供了有力保障。
