防涡流技术在300MW级循环流化床锅炉中的应用

苏春岩

摘要：大型CFB锅炉燃烧劣质煤时，大量物料和烟气混合搅拌形成的涡流连续冲刷炉膛水冷壁管，造成水冷壁管磨损严重，时常发生水冷壁管磨损减薄、爆管泄漏，机组非停，电厂经济损失严重。黄陵矿业煤矸石发电有限公司两台1058t/h锅炉由东方锅炉厂生产的亚临界、一次中间再热循环流化床锅炉。锅炉自168小时试运以来，水冷壁管磨损减薄严重，严重影响锅炉的安全、稳定、经济运行。公司技术人员通过大量的炉内摸排检查，已掌握炉内水冷壁磨损严重区域。

关键词：CFB锅炉，受热面涡流削减技术，300MW锅炉，防磨，防爆

引言

由于循环流化床（CFB）锅炉具有的燃烧效率高，煤种适应性广，负荷调节范围大，就是一种“变害为利、变废为宝”，解决煤矸石最好的途径，而备受青睐，在我国热电行业得到了迅速的推广使用。但是CFB锅炉的磨损问题比较突出，严重制约了该炉型长期经济地运行。另外，现有的喷涂、防磨梁等传统的防磨技术，使用周期短、易失效等防磨效果均不理想，同时也对锅炉热效和负荷带来一些负面影响，严重影响锅炉生产的安全性和经济性。

防涡流技术，与传统防磨技术不同，是通过在炉膛受热面装设导热型防磨格栅板，形成网格防护，大幅削减受热面表面的涡流强度，使水冷壁局部磨损与整体磨损量大幅度降低，实现近“零”磨损。格栅板采用的高铬镍合金铸造构件，施工工期短且方便灵活，可以配合临修、小修施工；防磨效果好，防护区内水冷壁管可实现年平均磨损量不超过0.1mm；不影响锅炉出力；可以通过该技术优化锅炉受热面，剔除浇注料释放有效吸热面积，提高热效，优化炉内温度及床温等。

1防涡流技术系统项目研究

1.1 总体思路

1.1.1早期因为对于防涡流技术确定与设备研发极为缺乏理论依据，利用黄陵矿业煤矸石发电有限公司和武汉永平科技有限公司在华中科技大学国家煤燃烧重点实验室，以防涡流技术应用为背景，以锅炉内气固两相流运动机理、受热面水冷壁管磨损相关键参数测试技术等方面作为研究核心，开展防涡流技术在炉膛受热面水冷壁防磨治理指标体系的研究。

格栅防磨技术工作原理示意图

1.1.2理论上：水冷壁表面气固两相流经过格栅网优化，其流速可降到原有的20%甚至更低，根据磨损量公式计算可知，水冷壁的磨损速率可降为原来的3.6‰。也即是说，在同等工况下，通过格栅防磨技改造，水冷壁管的寿命将延长为原来278倍，即可达数十年。所以，通过在炉膛受热面装设防磨格栅合金板，疏导炉内物料内循环，优化水冷壁表面流场，可以从根本上解决水冷壁磨损问题。

2 防涡流技术方案设计

经过对造成磨损主要因素数据采集、科学计算，在炉膛受热面沿水平方向和垂直方向安装间隔高低密疏不等的合金格栅板，在水冷壁受热面的表面形成格栅式防护，优化水冷壁表面流场，消除局部涡流，在水冷壁表面形成稳定流场。降低水冷壁表面不同方向高速运动的气固物流流速。极大减小物料颗粒与水冷壁碰撞的切削力，从而大幅降低物料颗粒对水冷壁的磨损。

3防涡流技术在黄陵矿业煤矸石发电公司的应用

3.1通过在水冷壁表面水平和垂直安装多层合金导流板，形成网格式防护，疏导物料内循环，降低物料颗粒沿水冷壁上升或下落的终端速度，同时降低水平方向涡流的运动速度，极大减小物料颗粒与水冷壁管碰撞的切削力，从而大幅降低固体物料粒子对水冷壁的磨损。该技术具有良好防磨作用的同时还能克服防磨梁技术对锅炉出力的影响。该技术防护细密适用于水冷壁的任何高度和部位，采用后不必再进行其它防磨投入。是一种本质上不同于被动防磨技术的新理念，对水冷壁管磨损起到治标治本的作用，能根本杜绝因水冷壁管磨损泄漏发生非停，确保锅炉长期、连续、平稳运行，大幅提高锅炉运行的安全性和经济性。具体方案是根据锅炉运行相关参数，结合鍋炉入炉煤煤质情况，在锅炉分离器入口下方后墙与侧墙夹角处横向和纵向安装格珊防磨板，使其形成疏密有致的网状防磨格珊，有效治理夹角磨损问题。

3.2在锅炉炉膛后墙分离器入口下方的后墙与左、右侧墙、后墙与水冷蒸发屏夹角处水冷壁表面网格式装设防磨格栅，防护区域为炉膛后墙夹角处的磨损严重部位（具体部位双方技术人员现场检查确定），每个夹角防护区域横向安装U型格珊板纵向安装Z型格栅板，防护区域上方靠近炉膛出口处横向防护U型格珊板安装间隔高度为200mm，向下间隔为400mm-600mm装设11层U型格栅防磨板，纵向装设10道Z型格栅防磨板，防护高度为出口处下方三道防磨梁区域。

4 结论

4.1炉膛受热面涡流消减技术可以使CFB锅炉检修周期较原有防磨技术延长5倍以上，从原来的连续运行不足4000个小时延长到20000小时以上；锅炉可用生产时间增加10～20%；防磨检修投入可降低50%～80%；炉膛温度和床温更易控制和调节，大大降低NOx等控制难度和投资。在实现锅炉CFB锅炉的安全性和经济性提高的同时，也可以实现节能降耗的目标。

4.2解决了CFB锅炉受热面水冷壁磨损这一世界性难题，强化强了我国在本领域的国际竞争力，促进CFB循环流化床锅炉的应用和发展。本技术的推广应用，使我国有限的资源得到了最大程度的利用，加快煤矸石资源方面综合能力利用能力；同时，减少因煤矸石产生灰尘、气体及挥发性污染物的排放，改善了劳动作业环境，达到了资源节约、综合利用的目的，服务于建立环境友好型、资源节约型社会的宗旨，为推动我国循环经济的发展作出了贡献，带来了巨大的社会效益和环境效益。

参考文献：

[1]刘上中.防磨格栅合金板在黄陵矿业煤矸石发电有限公司300MW锅炉中应用可行性研究报告[A].武汉永平科技有限公司

[2]薛大勇.黄陵矿业煤矸石发电有限责任公司300MW锅炉说明书[B].东方锅炉厂性能设计二室endprint