1、 0XX煤制分公司热电生产中心煤制分公司热电生产中心CFB锅炉防磨综合治理锅炉防磨综合治理及优化提效及优化提效CFB锅炉行业简介 1循环流化床锅炉是目前工业化程度最高的洁净煤燃烧技术。它的流态化燃烧设计及循环回炉等特性，使它能完成对难燃固体燃料（如煤矸石、油页岩、城市垃圾、淤泥和其他废弃物等）的充分燃烧，从而实现能源的节能环保利用并得以大量应用。我国CFB发电机组分布情况23CFB锅炉行业简介 然而循环流化床锅炉在实际应用中，由于燃烧特性的原因，炉内磨损问题非常突出，尤其是锅炉燃用劣质燃料（煤矸石、垃圾等掺烧比例大、灰分高）时磨损问题更加严重，造成锅炉频繁非停，设备运行周期短，极大的影响了其安2、全性与经济性。4目 录 Contents01设备概况02磨损原因分析03防磨新技术选择04防磨技术创新应用501第一部分 设备概况6 XX煤制油分公司热电生产中心担负着向化工区供应蒸汽和电力的重要任务，锅炉运行可靠性显得尤为突出。三台440t/h锅炉是无锡华光锅炉厂与中科院合作设计制造的单锅筒，横置式，自然循环，全悬吊结构，全钢架型布置，绝热型高温高压循环流化床锅炉。自2007年投运以来，锅炉水冷壁爆管频频发生，锅炉连续运行周期不足60天。热电生产中心通过调研、探索，采取了一系列的防磨治理措施，如受热面局部喷涂、加装防磨梁、加装防侧磨鳍片及炉顶碳化硅覆盖等措施，收到了一定的效果，但仍不能满足煤3、化工长周期稳定生产要求。7超音速电弧喷涂运行周期延长至120天防磨梁技术运行周期延长至90天8防侧磨挡板运行周期延长至150天902磨损原因分析10水冷壁管的磨损机理为显微切削磨损机理，水冷壁管在受到煤块、飞灰颗粒、矸石颗粒的撞击时，煤块、飞灰颗粒、矸石颗粒会倾入水冷壁管材，在水冷壁上留下一个微小的切削痕，切痕类似犁地形成的犁沟，被切削掉的金属会在犁沟前端堆积，随后堆积物会被下一个颗粒或碾压、撞击、剥落成屑。如此反复，水冷壁管逐渐减薄。其作用的表现形式如下：11有部分专家学者在此基于此微观模型基础上一步深入分析磨料颗粒特性与磨损之间的关系，提出了有关电厂金属管道磨损量的经验计算公式:式中 E磨4、损量 C比例系数，与磨料硬度有关，硬度越大此值越大 颗粒在受热面的撞击率 颗粒浓度 V 烟气速度 时间该经验公式可以看出，磨损量与磨料的硬度成正比，与颗粒浓度成正比，与磨料撞击速度成3次方关系。12灰渣灰渣XRD测试图谱局部放大分析测试图谱局部放大分析主要矿物组成成分有三种：1 SiO22 Ca2Fe2O53 BaCrO3其主要矿物表现为石英炉膛灰渣石英的莫氏硬度为：7相当于维氏硬度 HV510而锅炉水冷壁管的维氏硬度为 HV175 HV510如右图，明显可见：炉渣颗粒表面呈凹凸不平放大200倍13循环流化床锅炉的水冷壁管磨损治理应以水冷壁管磨损机理为基础，结合磨损量的经验公有针对性的进行，即5、降低、降低炉内颗粒物浓度、降低炉内颗粒物硬度、，共四个方面。炉内颗粒物速度一般随锅炉设计定型后就很难改变，通过技术改造：如增加受热面，可降低床温，减低风量、风速。但降低幅度有限，投入不能有效形成经济效益，一般改造周期在3个月左右。炉内颗粒物浓度和硬度与锅炉燃用燃料有极大关系，该锅炉掺烧约30%煤矸石，煤矸石硬度较燃煤高出数倍，由于当时主要考虑汽车进煤情况。设计一级破碎系统放在三个原煤筒仓前。但投入运行后，原煤直接经洗煤厂皮带送至三个原煤筒仓，掺入的煤矸石无法经过一级粗碎系统，直接进入筒仓后的二级破碎系统和筛分系统，导致煤矸石破碎不彻底，无法满足入炉煤要求。显然，增加矸石破碎系统，将矸石充分破碎6、，对锅炉防磨有积极意义。但受场地制约，矸石破碎系统无法布置。只剩两方面降低炉内颗粒物速度提高水冷壁管表面硬度1403防磨新技术选择15降低炉内颗粒物速度提高水冷壁管表面硬度导热型格栅防磨技术水冷壁表面熔敷技术16导热型格栅防磨技术是在水冷壁表面沿水平方向和垂直方向，装设合金格栅板形成网格式格栅，阻断高速贴壁流的形成，优化水冷壁表面流场，消除局部涡流，降低气固两相流贴壁运动速度，减小物料颗粒对水冷壁的切削力，从而有效控制水冷壁磨损问题的一种主动防磨技术。17理论：据研究测算，气流遇阻后，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.理论上，在同等工7、况下，通过格栅防磨技术改造后，水冷壁管的寿命最大可延长277倍。如图，通过合理铺设格栅网络则可以彻底控制水冷壁表面的物料流速，如图，通过合理铺设格栅网络则可以彻底控制水冷壁表面的物料流速，将其维持在理想范围内，实现稳流效果。将其维持在理想范围内，实现稳流效果。181.理念新颖、防磨彻底该技术通过优化水冷壁表面流场，消除局部涡流及高速贴壁流，实现有效防磨。技术方案根据不同锅炉运行及磨损特点一炉一设计，对循环流化床锅炉磨损标本兼治。保证锅炉在高负荷下长周期运行，并增加锅炉的燃料适应性（如加大矸石等掺烧比例）。2.格栅使用寿命长防磨格栅板由我司研发的新型稀土合金材料精密铸造而成：有抗高温磨损，抗高温8、氧化，抗高温蠕变，焊接指数高等特点。焊接能达到与母材的等强匹配，1250高温下依旧稳固可靠，抗拉强度560MP。3.导热性能良好防磨格栅板是金属合金材料，直接焊接在水冷壁表面，具有良好的吸热和导热性能，有利于炉内热交换。4.施工周期短、工作面友好我司施工技术人员均经过专业技能培训，熟练掌握施工工艺，能高效的完成施工（如240T/H锅炉全炉膛施工最快仅需3天）。炉内施工作业面友好，施工过程中无噪音和粉尘污染，可交叉施工，可结合锅炉临修、小修进行。19熔敷技术：利用熔敷热源将具有特别熔敷技术：利用熔敷热源将具有特别性能的材料熔敷在金属基体表面上性能的材料熔敷在金属基体表面上原理：原理：熔敷工件为阳9、极熔敷工件为阳极 金属熔丝为阴极金属熔丝为阴极 等离子弧作为热源融化金属熔丝等离子弧作为热源融化金属熔丝熔敷机器人将熔融的金属熔滴甩附在被熔敷工件上熔敷机器人将熔融的金属熔滴甩附在被熔敷工件上20电电源源作作用用下下产产生等离子弧生等离子弧 等等离离子子弧弧作作用用下产生熔滴下产生熔滴 甩甩附附机机构构推推动动熔熔丝丝和和熔滴接近工件表面熔滴接近工件表面熔熔滴滴接接触触工工件件后后熔丝快速反向熔丝快速反向熔熔丝丝反反向向后后熔熔滴滴脱脱离并附着于工件离并附着于工件熔熔丝丝反反向向至至正正常常位位第第二个熔滴射流开始二个熔滴射流开始21熔敷后表面图 熔敷后截面剖视图1 区：熔敷层区：熔敷层2 区10、：结合层区：结合层3 区：热影响区区：热影响区4 区：基材区：基材1234水冷壁熔敷后磨光图222304防磨技术创新应用24 通过近年来的试验和应用，热电中心对熔敷防磨和网格防磨从经济性、使用位置、施工工期等多方面进行了总结和对比，响应公司降本增效活动，提出了熔敷+网格相结合的防磨治理办法，并推广应用。所谓防磨综合应用分两种模式、一个提效。251、分区域单一使用一种防磨模式通过对受热面磨损情况分析，整体磨损量0.05mm/月的区域可使用网格栅防磨，多在水冷屏、过热屏中部及上部。整体磨损量0.05mm/月的区域可使用熔敷防磨，多在炉膛出口烟窗附近，炉膛中下部区域的前墙、后墙、侧墙部分区域。20111、7年8月-9月，#1锅炉A级检修期间，应用了熔敷网格防磨技术，总面积993。锅炉水冷受热面采用熔敷和网格防磨技术治理后，锅炉负荷、床温、炉膛出口烟温和排烟温度均无明显变化，锅炉热效率略有提升。截止2018年6月3日计划停炉检修，#1锅炉连续运行260天，刷新了#0锅炉创造的223天历史最高运行纪录，再创新高。26#2锅炉使用网格栅防磨效果明显，使用前磨损严重的后墙、两侧墙及#4水冷屏磨损得到了有效控制，#4水冷屏上甚至积存大量油灰渣燃烧产生的油焦附着物，左、右侧墙靠近前墙的5根管子磨损得到治理，以前每次停炉这里的补焊量非常大，每次大修均需换管，使用网格后完全可以不换管，不补焊。此次次停炉后与上12、次的测厚记录进行了对比，共计有效数据81个点，经81个测厚记录点分析磨损速率为0.0167mm，共运行164天，约为5.5月，则速率0.003mm/月，改造前磨损速率为0.1mm/月。272、熔敷网格叠加防磨模式 2018年6月#1锅炉停炉检修中发现，后墙烟窗下1.2m4.4m区域内少部分熔敷后的水冷壁管熔覆层磨损较大，有两点（约12mm72mm）露出母材，原因为早年换管时水冷壁管不平整，部分管子突出于管排，导致磨损严重，磨损量超过0.1mm/月。针对此问题，锅炉专业提出了在熔敷防磨的基础上叠加使用网格栅防磨新模式，并克服了熔敷层表面与网格栅防磨板焊接问题，在此区域试验性实施了约2。2820113、9年再次检查，防磨效果明显，试验证明使用叠加模式防磨效果更为明显，可有效延长熔敷层使用寿命约2-3年。2019年大检修期间对叠加模式进行推广使用，对炉膛出口烟窗附近磨损极其严重的左右侧墙、后墙，使用叠加模式进行综合治理，三台炉共计总面积275.9。后后墙墙烟窗口熔敷烟窗口熔敷+网格治理网格治理293、叠加模式基础上的受热面优化提效 2012年因磨损严重，对炉膛出口烟窗后墙31根管，两侧墙31根管进行了浇筑料覆盖防磨，单台炉总面积达到约50，牺牲了锅炉的吸热换取长周期运行。2019年检修期间，锅炉专业根据熔敷+网格叠加模式防磨的良好效果，提出了将这些覆盖的浇注料拆除，使用熔敷+网格叠加模式进行防14、磨的受热面优化提效方案，对三台后墙烟窗口、两侧墙烟窗口原覆盖的浇注料进行了拆除，使用熔敷+网格的方式进行综合治理，总面积142，即起到了防磨治理的目的，又释放受热面，一举两得，实现了受热面优化提效。30熔敷+网格叠加模式受热面优化提效31 采用熔敷和网格技术近3年，熔敷和网格防磨区域内未发生受热面磨损导致的泄漏，锅炉停运检修次数优于改造前，连续运行时间明显增加，提高了经济效益。改造前后锅炉运行时间统计表 单位（小时）锅炉编号2015年2016年2017年2018年2019年1#0锅炉566461447632763274642#1锅炉672068647512789676563#2锅炉62887115、04806477287416平均-6224670477367752751232经济效益分析 以2017年为例，全年完成发电10.5亿度，创造了热电中心自成立以来的历史最高纪录，纪录背后与锅炉长周期运行有着紧密的联系。2017年通过防磨治理，三台锅炉平均利用小时数达到了7736小时，远超历史同期水平，与2016年相比，减少停运次数3次，减少停运天数34天。按每天影响发电量168万度计算，全年多发电5712万度，按每度电购电成本0.29元计算，为公司节约费用1656.48万元。除去新技术防磨改造费用仍可为公司节约282.58万元，经济效益突出。且实施新技术防磨的区域今后2-3年内不需要更换水冷壁管16、，可节约检修费用和检修时间。33 熔敷和网格防磨技术共有发明专利4项，实用新型1项。专利明细表专利明细表专利类型专利号专利名称申请人发明专利2014103000484CFB锅炉膜式壁网格化防磨合金板武汉永平科技有限公司实用新型2014203507672CFB锅炉膜式壁网格化金属防磨梁及其使用的防磨合金板武汉永平科技有限公司发明专利2010106145909利用MIG、药芯焊丝焊堆焊水冷壁耐磨层的装置及方法哈尔滨科能熔敷科技有限公司发明专利2013102161427一种用于循环流化床锅炉水冷壁的熔敷装置哈尔滨科能熔敷科技有限公司发明专利2013102161431用于流化床锅炉水冷壁的熔敷机器人及其熔敷方法哈尔滨科能熔敷科技有限公司推广应用推广应用34 熔敷+网格综合防磨及优化提效，是CFB锅炉受热面防磨治理的有效办法，尤其对受热面磨损严重的锅炉，具有推广意义。同类型机组完全可以参照、借鉴。受热面优化提效潜力巨大，周所周知，锅炉炉膛内有大面积耐火材料覆盖的水冷壁管、水冷排管等受热面，若将这部分受热面利用起来，对锅炉节能降耗，尤其是CFB锅炉降低床温有重要的意义。