330MW循環(huán)流化床鍋爐排渣系統(tǒng)改造

李 鵬

作者通聯(lián)：江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司 江蘇徐州市 221000

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一、概述

江蘇徐礦發(fā)電公司一期建設(shè)2×300MW循環(huán)流化床機(jī)組（東方鍋爐廠生產(chǎn)），為DG1065/17.5-II19型亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐是引進(jìn)吸收阿爾斯通技術(shù)后自主研發(fā)，單爐膛、單布風(fēng)板、不帶外置床，3個(gè)汽冷型旋風(fēng)分離器，采用管式空預(yù)器。1#機(jī)組于2009年10月29日順利通過了168h試運(yùn)，2#機(jī)組于2010年2月5日順利通過了168h試運(yùn)。運(yùn)行至今，排渣系統(tǒng)故障率較高，易損設(shè)備更換頻繁，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大威脅，并嚴(yán)重影響了鍋爐高負(fù)荷、長周期運(yùn)行能力。為此對(duì)排渣系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，采取針對(duì)性改造措施，獲得較好效果。

單臺(tái)鍋爐配備6臺(tái)滾筒冷渣機(jī)（青島電力環(huán)保設(shè)備有限公司制造），布置在爐后標(biāo)高6m平臺(tái)上，為典型的爐后側(cè)排渣方式。冷渣機(jī)冷卻方式以水冷為主，風(fēng)冷為輔，冷卻水取自汽輪機(jī)凝結(jié)水，經(jīng)過由冷渣機(jī)殼體夾層和筒內(nèi)回水管共同組成的循環(huán)管路，起到冷卻筒體內(nèi)熱渣的目的；風(fēng)冷系統(tǒng)的主輔吸風(fēng)口接在負(fù)壓支管上，6臺(tái)冷渣機(jī)負(fù)壓支管由一根母管引到后豎井，推動(dòng)冷渣機(jī)筒體內(nèi)的冷卻風(fēng)流動(dòng)，同時(shí)形成負(fù)壓環(huán)境，減少灰塵外逸污染環(huán)境。在鍋爐B-MCR工況下，燃用校核煤種時(shí)，設(shè)計(jì)有100%的備用裕量，無論定期或連續(xù)排渣，保證排渣溫度在150℃以下并能長期運(yùn)行。

冷渣機(jī)的排渣由兩個(gè)分支管路分別落入兩臺(tái)輸渣機(jī)的進(jìn)渣口，再經(jīng)過鏈斗輸送至斗提機(jī)入口，最后由斗提機(jī)提升入渣倉暫存，定期由汽車送至灰場和綜合利用用戶。鏈斗輸送機(jī)及斗提機(jī)單臺(tái)設(shè)計(jì)出力為120t/h。

二、存在問題及分析

1.膨脹節(jié)漏渣嚴(yán)重

冷渣機(jī)進(jìn)渣管膨脹節(jié)在進(jìn)渣管啟停爐時(shí)起著豎直方向、爐膛中心線方向、鍋爐中心線方向三維膨脹位移作用。鍋爐啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)渣管隨著水冷壁一起向下膨脹，膨脹節(jié)內(nèi)填充的耐火纖維毯沿軸向壓實(shí)，起到密封作用。在實(shí)際運(yùn)行中，大量紅渣從膨脹節(jié)活動(dòng)部分的縫隙中噴出，造成巨大的安全隱患。分析故障原因如下。

（1）鍋爐為爐側(cè)排渣，排渣口位于布風(fēng)板上部28.7mm處，為爐膛壓力最高點(diǎn)（表壓8.5kPa左右），由連通管原理可知，進(jìn)入冷渣機(jī)進(jìn)渣管的渣流壓力較高，密封不嚴(yán)，容易造成泄漏，并且一旦泄漏，高速渣流具有很強(qiáng)的磨損破壞力，造成創(chuàng)面擴(kuò)大。

（2）冷渣機(jī)膨脹節(jié)的密封結(jié)構(gòu)為擠壓式迷宮密封，密封填料為耐火纖維毯，雖然此種材料的耐火性能較好，可以達(dá)到1000℃的耐火溫度，但耐沖擊性能較差，容易被正壓渣流沖散失效。

（3）冷渣機(jī)進(jìn)渣管為三維膨脹，鍋爐中心線方向、爐膛中心線方向的膨脹容易造成迷宮機(jī)構(gòu)出現(xiàn)較大縫隙，成為密封的薄弱環(huán)節(jié)，高速渣流沖破耐火纖維毯形成直通結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致大量紅渣泄漏。

（4）進(jìn)渣管內(nèi)部渣流溫度較高，可達(dá)到900℃左右，膨脹節(jié)內(nèi)部的迷宮壓板為12mm不銹鋼板，在高溫渣流的沖刷下變形嚴(yán)重，擠壓密封作用大大降低。

2.進(jìn)渣管與爐膛連接處管面頻繁開裂。

膨脹節(jié)改造前，管面即存在頻繁開裂現(xiàn)象，根本原因在于膨脹量的設(shè)計(jì)值往往小于實(shí)際值，導(dǎo)致進(jìn)渣管在膨脹受阻的情況下，根部出現(xiàn)應(yīng)力裂紋。改為金屬波紋補(bǔ)償器后，雖然保證了較大的膨脹裕量，但并沒有消除裂紋的產(chǎn)生。

進(jìn)渣管材料為0Gr25Ni20,管子外徑219mm,厚度10mm。機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，進(jìn)渣管隨水冷壁發(fā)生三維位移，膨脹節(jié)處于被壓縮狀態(tài)，波節(jié)壓縮產(chǎn)生的反作用力直接作用于進(jìn)渣管。另外，在正常排渣狀態(tài)下，進(jìn)渣管處平均溫度為600℃左右，此種材料的蠕變溫度下限為540℃，因此在應(yīng)力集中點(diǎn)附近發(fā)生蠕變斷裂。

3.排渣系統(tǒng)連接管路磨損嚴(yán)重

主要的易磨損部位有：①冷渣機(jī)進(jìn)渣管上彎頭、下彎頭；②冷渣機(jī)進(jìn)渣管膨脹節(jié)下部大小頭；③冷渣機(jī)排渣人字管同型側(cè)；④輸渣機(jī)至斗提機(jī)連接段；⑤斗提機(jī)至渣倉連接段。

這些部位都處于渣流迎鋒面，形成一個(gè)特殊的區(qū)域，稱為靶面區(qū)，此處渣流沖擊角度較大，接近90°，渣流密度高、流動(dòng)速度快，因此靶區(qū)管壁存在較為嚴(yán)重的沖擊、沖刷磨損，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，10mm厚的不銹鋼管的磨損破壞周期約為6個(gè)月左右。

進(jìn)渣管插入膨脹節(jié)中，與大小頭底部存在一定的膨脹間隙，并且在鍋爐冷態(tài)時(shí)，插入管與大小頭的軸線同軸。當(dāng)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，水冷壁三維膨脹位移，進(jìn)渣管插入段將偏離大小頭軸線，渣流順著進(jìn)渣管進(jìn)入大小頭時(shí)，沖擊、沖刷大小頭側(cè)壁，導(dǎo)致磨損。由于渣流為正壓輸送，因此流速較快，磨損速度快，大小頭的更換周期縮短，影響冷渣機(jī)長周期運(yùn)行。

三、技改措施

1.膨脹節(jié)漏渣解決

綜合考慮冷渣機(jī)進(jìn)渣管膨脹節(jié)在三維膨脹、密封、高溫高速渣流等方面的要求，取消原膨脹節(jié)，采用自主改進(jìn)型的圓形金屬波紋補(bǔ)償膨脹節(jié)（圖1）。該膨脹節(jié)由不銹鋼波節(jié)、耐火纖維毯、插入管、活動(dòng)擋板、大小頭組成，整個(gè)膨脹節(jié)采用滿焊處理，沒有與外界相通的活動(dòng)縫隙，不銹鋼波節(jié)可以吸收膨脹或者壓縮應(yīng)力，另外還起到高溫環(huán)境下的密封作用。內(nèi)部耐火纖維毯在壓縮狀態(tài)下，形成密封結(jié)構(gòu)，防止正壓灰渣竄入到膨脹節(jié)內(nèi)部，造成波節(jié)超溫，影響使用壽命?；顒?dòng)擋板與插入管保持一定的的間隙，搭接在膨脹節(jié)下部封板上，下封板的開孔略大于插入管管徑，這樣就滿足了插入管的三維位移要求。改造后的膨脹節(jié)已使用近三年，徹底解決了進(jìn)渣管的漏灰問題。

圖1 冷渣機(jī)進(jìn)渣管膨脹節(jié)

2.進(jìn)渣管與爐膛連接處管面頻繁開裂解決

一定溫度下，金屬受持續(xù)應(yīng)力的作用而產(chǎn)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象稱為金屬的蠕變。在這種持續(xù)應(yīng)力作用下，蠕變變形逐漸增加，最終可導(dǎo)致斷裂，這種斷裂稱蠕變斷裂。在工程上把蠕變斷裂應(yīng)力稱為蠕變斷裂強(qiáng)度，又稱持久強(qiáng)度。

蠕變現(xiàn)象的發(fā)生是溫度和應(yīng)力共同作用的結(jié)果。因此，構(gòu)成金屬材料蠕變裂紋產(chǎn)生的必要條件為溫度、應(yīng)力、時(shí)間。降低應(yīng)力集中截面處的溫度以及減小最大正應(yīng)力值是延長蠕變裂紋出現(xiàn)周期的有效途徑。

根據(jù)現(xiàn)場情況研究設(shè)計(jì)一種支護(hù)結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)有效地降低了肋片處的溫度（t1<400℃），并且通過下襯板與肋片結(jié)構(gòu)的支護(hù)作用，將引力集中截面向作用力側(cè)移動(dòng)，減小了危險(xiǎn)點(diǎn)的最大彎矩及溫度（t2<500℃），從而起到延長蠕變裂紋出現(xiàn)周期作用。如圖2所示，冷渣機(jī)進(jìn)渣管受到壓縮與彎曲的組合作用，危險(xiǎn)截面為N—N截面，危險(xiǎn)點(diǎn)在N—N截面的下邊緣。對(duì)進(jìn)渣管爐膛側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算（1）（過程略）得出x>1.04m時(shí)，蠕變裂紋出現(xiàn)周期＞10000h。

圖2 進(jìn)渣管加支護(hù)結(jié)構(gòu)

加裝支護(hù)結(jié)構(gòu)后，進(jìn)渣管管面裂紋得以控制，蠕變裂紋出現(xiàn)周期從30天延長至1年半，延長了進(jìn)渣管的使用壽命。

3.排渣系統(tǒng)防磨

（1）進(jìn)渣管膨脹節(jié)下大小頭防磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?；诒粍?dòng)防磨機(jī)理，在大小頭下部用外徑219mm,厚度5mm，高度100mm的鋼管與法蘭內(nèi)邊拼接，在大小頭內(nèi)壁焊接抓釘，上端呈一定坡度，砌筑防磨可塑料內(nèi)襯（圖3）。此內(nèi)襯結(jié)構(gòu)在高溫時(shí)，防磨可塑料內(nèi)襯成型后硬度很大，可以吸收渣流的大部分沖擊力，另外抓釘可以有效地保持內(nèi)襯整體結(jié)構(gòu)，防止內(nèi)部裂紋延伸貫穿至根部，導(dǎo)致大面積脫落。防磨內(nèi)襯有效地保護(hù)了大小頭內(nèi)壁，延長了使用壽命。

圖3 進(jìn)渣管膨脹節(jié)大小頭防磨內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

在安裝膨脹節(jié)時(shí)，要考慮機(jī)組啟動(dòng)時(shí)進(jìn)渣管的三維膨脹，為保證膨脹節(jié)插入管在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下與膨脹節(jié)下口接管的同軸度，起到減少對(duì)側(cè)壁磨損的目的，需要對(duì)膨脹節(jié)的插入管進(jìn)行預(yù)拉。

（2）進(jìn)渣管上下彎頭處防磨盒設(shè)計(jì)。在上、下彎頭處加裝防磨澆注料盒，為了保持局部磨損后應(yīng)力結(jié)構(gòu)不失效，使用厚度為5mm的碳鋼板作為加工材料，全部焊縫滿焊，半圓形側(cè)板內(nèi)側(cè)焊接抓釘，保持內(nèi)襯整體防磨剛度（圖4）。

圖4 進(jìn)渣管上下彎頭處磨損及防磨結(jié)構(gòu)

（3）其他部位的防磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。考慮到冷渣機(jī)排渣人字管同型側(cè)、輸渣機(jī)至斗提機(jī)連接段、斗提機(jī)至渣倉連接段的流通面積較大，渣流只是沿靶面區(qū)分布，當(dāng)焊接10mm長的直銷釘并敷設(shè)耐磨層，對(duì)渣流的流量幾乎不造成影響，因此對(duì)于這些部位的防磨結(jié)構(gòu)采取如下方法：切割靶面區(qū)、焊接銷釘、敷設(shè)耐磨可塑料、焊接還原結(jié)構(gòu)，這樣既不破壞原有的流道結(jié)構(gòu)，又可以起到很好的防磨效果，并且防磨層的壽命較長，一般為2～3年，可以定期對(duì)靶面區(qū)進(jìn)行更換。

（4）注意事項(xiàng)：①進(jìn)渣管膨脹節(jié)的易損件為連接法蘭、插入管，每兩年需進(jìn)行更換。②大小頭防磨結(jié)構(gòu)更換周期延長為兩年，上下彎頭防磨盒更換周期為兩年。③排渣人字管同型側(cè)、輸渣機(jī)至斗提機(jī)連接段、斗提機(jī)至渣倉連接段的防磨內(nèi)襯更換周期為兩年。