充矿国泰化工的CFB锅炉型号为UG-260/9.8-M2,是无锡华光锅炉股份有限公司制造生产的高温高压循环流化床锅炉。它是一种采用先进燃烧技术的环保型锅炉,与其他类型锅炉相比,其具有燃料适应性广、炉内脱硫成本低、污染物排放少、燃烧效率高、负荷调节比大、灰渣综合利用等独特的优势,成为实用化进程最为成功的洁净燃烧技术。燃用的燃料中涵盖了从几乎无灰分的石油焦到极高灰分的油页岩、煤矸石,从以挥发分为主的秸秆等生物质到很低挥发分的贫煤、无烟煤。该锅炉于2006年11月施工建设,2007年9月试运行。自运行以来,每运行80 d便需进行计划停炉,对水冷壁磨损情况进行检查,对壁厚<3.5 mm的管道进行更换,减薄量大的部分进行喷涂处理,以保证该锅炉在下个运行周期内的安全运行。
但由于CFB锅炉的结构、燃烧方式、物料流动的特点,使得高温、高浓度物料在炉内进行强烈返混,造成了大量物料对炉膛受热面的冲刷,使炉膛受热面受到严重磨损。炉膛受热面磨损严重,集中表现为炉膛水冷壁密相区的管子磨损。从全国来看,锅炉由于水冷壁磨损泄漏引起非计划停炉的比例约占到40%,因此解决水冷壁防磨问题是循环流化床锅炉安全、经济、稳定运行的关键。
通过对水冷壁磨损原因的分析后,2010年10月我厂的锅炉利用系统大修的机会进行了防磨梁改造,在炉膛内部从水冷壁过渡去至炉顶共加防磨梁6道上边为水平敷设水冷壁、下边为倾斜敷设水冷壁,水平敷设的宽度为140 mm)。水冷壁加装防磨梁,前后贴壁灰流有所不同:根据大量的试验研究,在循环流化床内,固体颗粒浓度具有环形流特征(即沿床层截面可分为2个区域,边壁附近的高浓度颗粒主体下行区——边壁环形区和中心区域的低浓度颗粒主体上升区——中心核心区形成典型的环-核两区流动)。CFB锅炉采用了水冷壁多阶防磨梁技术后,可多层主动阻挡贴壁灰流,逐级降低贴壁灰流速度和浓度,从而大大降低了贴壁灰流对管壁的磨损,延长了水冷壁的检修周期,提高了锅炉的安全经济运行系数。
在对锅炉进行了防磨改造后,对比改造前后的运行数据发现,炉膛温度有一定的上升(由改造前的940~947 ℃升至改造后的953~957 ℃),同时一次送风量也加大(左边由52290~55407 m3/h升至59727~61696 m3/h,右边由52293~55475 m3/h升至60547~63455 m3/h),导致烟气含氧量上升了2%,排烟温度反而下降约20 ℃,分析原因这是由于排烟量的增加所致。所以说防磨梁的改造对该炉造成的直接影响是炉膛的温度上升10 ℃左右和风量的增加,对其他附属设备的工况影响不大,但增加防磨梁后单炉运行的能耗稍有升高。
运行了80 d对该炉进行了停炉检查,定点测量了50%,防磨梁无磨损;对照改造前后监测数据,没有发现管道有明显的减薄现象;水冷壁的磨损情况也有所减轻。改造前,每次停炉检查根据磨损情况需喷涂面积平均约50 m2;改造后,第1次检查未进行喷涂。
该炉进行了防磨梁改造后,虽然吨蒸汽的煤耗有了增加(吨蒸汽耗煤增加了0.0028 t),但水冷壁的减薄速率明显减小,防磨效果是明显的,达到了预期的目的,可大大延长该炉的运行周期,减小检修的工作量,减少维修费用。