循环流化床锅炉论文

引言循环流化床锅炉具有高效、低污染、调节灵活、煤种适应广、炉渣综合利用率高等特点。

特别是环保方面的实用性，使得这种锅炉近年来在电站和热电联产项目上应用广泛。

循环流化床锅炉与传统的煤粉炉不同，在循环流化床锅炉运行中，含有燃料、燃料灰、石灰石及其反应产物的固体床料，在炉膛---返料器---炉膛这一密闭循环回路里处于不停的高温循环流化中；同时，在炉膛内床料在重力的作用下，不断地进行上、下往复循环运动；因此，在循环回路的相应部分会产生一定的磨损。

磨损不仅影响锅炉安全运行，还有可能限制循环流化床锅炉优势的发挥，使得锅炉运行维护费用增大，机组利用率低，给企业带来损失。

因此，调查、研究循环流化床锅炉磨损问原因，针对磨损现象采取必要的措施，对安全生产、提高机组运行效率、发挥循环流化床锅炉的优势等有重大意义。

龙达化纤热电厂三台UG—130/5.3---M6型循环流化床锅炉自2009年投产以来，1#、2#锅炉受热面有不同程度的磨损，3#锅炉投运近半年，由于水冷壁磨损严重，水冷壁爆管频繁发生，以至于最长连续运行时间很难达到三个月，严重影响了公司的经济效益。

为此，本文从检修质量和运行工艺调整两方面进行分析，并提出相应的措施，控制磨损，以提高锅炉的可靠性与经济性。

1.循环流化床锅炉炉膛磨损机理与影响因素1.1磨损的概念与形式在循环流化床锅炉中大颗粒由于机械作用，或伴有化学或电的作用，物体工作表面材料在相对运动中不断损耗的现象称为磨损。

根据磨损机理不同，磨损一般可分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损等。

流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损称为冲蚀（或冲击磨损）。

冲蚀又有两种基本类型，分别叫做冲刷磨损和撞击磨损，这两种磨损的冲刷表面流失过程的微观形貌是完全不同的。

冲刷磨损是颗粒相对固体表面冲击角较小，甚至接近平行。

颗粒垂直于固体表面的分速使得它锲入被冲击物体，而颗粒与固体表面相切的分速使得它沿固体表面滑动，两个分速合成的效果即起一种刨削的作用。

如果被冲击物体经不起这种作用，即被切削掉一小块，如此经过大量、反复的作用，固体表面将产生磨损。

撞击磨损是指颗粒相对于固体表面冲击角度较大，或接近垂直时，以一定的速度撞击固体表面使其产生微小的塑性变性或显微裂纹，在长期大量的颗粒反复冲击下，逐渐使塑性变性层整片脱落而形成的磨损。

根据磨损方式不同，磨损又可分为两物体磨损、三物体磨损。

在两物体磨损中，固体依靠自身动量撞击并冲刷壁面，如图1-1。

在三物体磨损中，沿壁面运动的固体粒子受到粒子团的冲击，而粒子团则利用前者作为磨损介质来磨损受热面，如图1-2。

虽然现在还没有充分理解循环流化床锅炉的磨损机理，但可以预测物体磨损是造成循环流化床锅炉磨损的主要原因三物体磨损可能发生在以下三种情况：颗粒富集以很大的密度沉降、供料足以产生很大的颗粒密度以及在颗粒流动容许范围内很大颗粒密度在磨损表面附近区域可以存在。

图1.1二物体磨损图1-2 三物体磨损1.2 磨损的影响因素循环流化床锅炉中煤灰颗粒对锅炉耐火材料的磨损属于颗粒流的冲蚀，既有颗粒对炉内耐火材料的撞击，又有高浓度含灰气流对材料表面的冲刷。

冲击磨损是指由于颗粒流撞击或在表面滑动所引起的质量损失，在很大程度上取决于颗粒的尺寸、颗粒的形状、冲击速度、冲击角度、供料量、颗粒的强度及硬度等，下面简要讨论这些因素对材料磨损的影响：⑴颗粒尺寸的影响：已有研究结果表明磨损程度受颗粒动能的影响，大颗粒冲击管壁的磨损能力较大。

影响颗粒大小的因素有煤粒大小、石灰石颗粒大小、煤灰富集程度等。

⑵颗粒形状的影响：一般认为带有棱角的颗粒比近似球形的颗粒更具磨蚀性，通常认为随颗粒圆度的增加磨损量减少，然而颗粒的形状并非设计人员能控制的。

⑶颗粒撞击表面可能性系数的影响：对表面有冲击作用的颗粒份额是决定管壁磨损程度的关键因素。

颗粒对壁面的冲击行为没有定论，至今仍不能精确度量颗粒的浓度、轨迹及其停留时间。

颗粒浓度由炉膛高度及尺寸、流化速度、固体物料量、颗粒的大小形状及其均匀度等共同决定，这些因素也是相互制约的。

⑷颗粒硬度的影响：当颗粒硬度比被磨材料的硬度低时，磨损率通常很低；当颗粒硬度接近或高于被磨材料的硬度时，磨损率会迅速增加；此时颗粒硬度再继续增加则对磨损影响不显著。

颗粒的硬度由进入床层的煤粒、灰粒、石灰石颗粒等共同决定，又随煤灰组分不同而变化，然而煤灰组分是很难确定的。

对于循环流化床锅炉，必须引起注意的是床料在炉内停留一段时间后其表面会生成一膜层，其硬度要大大高于新鲜床料的硬度，因此在循环流化床中，受热面的磨损将主要取决于床料表面磨层的厚度。

⑸供料量：供料量的增加意味着颗粒浓度的增加，其他条件相同情况下，颗粒浓度增加冲击管壁的磨损能力随之变大，循环流化床锅炉高的循环倍率虽然可以提高燃烧效率，增强传热效果，但同时高的循环倍率也决定了烟气中高浓度的固体颗粒和严重的磨损。

⑹冲击速度：颗粒的流速是在设计人员所能控制的，如二次风喷嘴、床层横截面及炉膛出口通向旋风分离器处的颗粒速度等直接由设计人员控制着。

沉降到管壁的颗粒冲击速度由其自身重力及炉膛高度决定，设计人员可以通过选择合适的流化速度及颗粒携带量来控制颗粒的冲击速度。

⑺冲击角度：通常冲刷磨损随冲击角度的减小而减少，但锅炉实际运行中的冲击角度是很难确定的，只有在流动模型中可以控制冲击角的大小从而减轻对磨损的影响。

除上述各影响因素外，磨损程度还与被冲击表面的材质有关，同等条件下，材质耐磨性能越好，磨损量愈小。

此外，磨损程度还受燃料特性、运行参数等的影响。

燃料特性是指燃料对受热面的影响程度可分为无磨损、低磨损、中磨损、高磨损、严重磨损等五个等级对磨损的影响程度由弱到强，运行参数的影响包括烟气速度、气流湍流强度、烟气温度及烟气成分等方面的影响。

2.龙达化纤热电厂循环流化床锅炉简介2.1锅炉概况：（1）型号：UG-130/5.3—M6（2）制造厂家：无锡锅炉股份有限公司（3）制造日期（4）安装日期：（5）投产日期：2009年8月（6）安装单位；湖北工建2.2设备概述：本锅炉是中温，次高压，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全刚架∏型布置。

锅炉运转层以上露天，运转层以下封闭，在运转层8.0米标高设置混凝土平台。

炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部是蜗壳式汽冷旋风分离器，尾部竖井烟道布置两级二组对流过热器，过热器下方布置三组光管式省煤器及一，二次风各三组空气预热器。

图2-1本锅炉采用中科院工程热物理研究所的循环流化床燃烧技术，结合无锡锅炉厂多年生产循环流化床锅炉的经验，是双方合作的新一代产品。

在燃烧系统中，三台给煤机将煤送入落煤管进入炉膛，锅炉燃烧所需空气分别由一、二次风机提供。

一次风机送出的空气经一次风空气预热器预热后由左右两侧风道引入水冷风室，通过水冷布风板上的风帽进入燃烧室；二次风机送出的风经二次风空气预热器预热后，通过分布在炉膛前、后墙上的喷口喷入炉膛，补充空气，加强扰动与混合。

燃料在炉膛内与流化状态下的循环物料掺混燃烧。

床内浓度达到一定值后，大量物料在炉膛呈中间上升，贴壁下降的内循环方式，沿炉膛高度与受热面进行热交换，随烟气飞出炉膛的众多细小颗粒经汽冷分离器之后，绝大部分物料又被分离出来，从返料器返回炉膛，再次实现循环燃烧。

比较洁净的烟气经转向室、高温过热器、低温过热器、省煤器、一、二次风空气预热器由尾部烟道排出。

并通过向炉内添加石灰石来降低烟气中二氧化硫的排放，采用低温和空气分级供风的燃烧技术能够显著抑制氮氧化物的生成。

锅炉的水、汽侧流程如下：给水经过水平布置的三组光管式省煤器加热后进入锅筒。

锅筒内的锅水由集中下降管、分配管进入水冷壁下集箱、上升管、上集箱，然后从引出管进入锅筒。

锅筒内设有汽水分离装置。

饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引至汽冷旋风分离器，然后依次经过尾部汽冷包墙管、吊挂管、低温过热器、喷水减温器、高温过热器，最后将合格的过热蒸汽引入汽轮机。

图2-22.3锅炉各部件简介1)锅筒及锅筒内部设备锅筒内径为1600mm，壁厚为60mm,封头厚度为60mm，筒体全长9940 mm，材料为20g。

锅筒内正常水位在锅筒中心线以下85 mm处，最高、最低安全水位距正常水位为上下各75mm。

锅筒内部装置布置有旋风分离器、均汽孔板和顶部百叶窗等内部设备。

锅筒内装有37只直径为φ294mm的旋风分离器。

锅筒给水管座采用套管结构，避免进入锅筒的给水与温度较高的锅筒壁直接接触，降低锅筒壁温温差与热应力。

由旋风分离器出来的蒸汽穿过上部波形板分离器，再经锅筒顶部梯形波形板分离器，然后进入锅筒的汽空间进行重力分离，再经过顶部百叶窗和多孔板进行二次汽水分离，最后蒸汽引出管到过热器系统。

为防止大口径下降管入口产生漩涡和造成下降管带汽，在下降管入口处装有栅格及十字板。

为保证蒸汽品质在锅筒内还装有加药管和连排管；为防止锅筒满水还装有紧急放水管。

锅筒上设有上下壁温的测量点，在锅筒点火启动升压过程中，锅筒上下壁温差允许最大不得超过40℃。

同样，启动前锅炉上水时为避免产生较大的热应力，进水温度不得超过90℃，并且上水速度不能太快，尤其在进水初期更应缓慢。

锅筒采用两个U型吊架，悬吊在顶板梁下，吊点对称布置在锅筒两端，相距7010mm2)水冷系统炉膛横截面为7010×4850m㎡，炉膛四周由管子和扁钢焊成全密封膜式水冷壁。

前后及两侧水冷壁分别各有87－φ60×5与60－φ60×5根管子。

前后水冷壁下部密相区处的管子与垂直线成一夹角，构成上大下小的锥体。

錐体底部是水冷布风板，布风板下面有水冷壁管片向前弯与二侧墙组成水冷风室。

布风板至炉膛顶部高度约29米，炉膛烟气截面流速约为4.5m/s。

后水冷壁上部两侧管子在炉膛出口处向分离器侧外突出形成导流加速段，下部锥体处部分管子对称让出二只返料口。

前水冷壁下方有三只下煤口，侧水冷壁下部设置有供检修用的专用人孔，炉膛密相区前、后侧水冷壁还布置一排二次风喷口。

前、后、侧水冷壁分成4个循环回路，由锅筒底部水空间引出2根φ377×16集中下降管，通过8根φ133×6和4根φ159×8的分配下降管向炉膛水冷壁供水。

其中两侧水冷壁下集箱分别由2根φ159×8的分配下降管引入，前后墙水冷壁下集箱分别由4根φ133×6的分配下降管引入.两侧水冷壁上集箱相应各有3根φ159×8连接管引至锅筒，前后墙水冷壁上集箱有12根φ133×6引出。

水冷壁系统的集箱除前后上集箱合并成φ273的集箱外，其余均为φ219×20 水冷壁、集箱、连接管的材料均为20G/GB5310。

整个水冷壁重量由水冷壁上集箱的吊杆装置悬吊在顶板上，锅炉运行时水冷壁向下热膨胀，最大膨胀量110mm。