新型工程陶瓷材料在锅炉燃烧器上的应用
刘苏锐
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刘苏锐,. 新型工程陶瓷材料在锅炉燃烧器上的应用[J]. 材料科学研究,2021.3. DOI:10.12721/ccn.2021.157028.
摘要: 大型电站锅炉燃烧器在使用过程中大都存在磨损的问题.燃烧器磨损引起锅炉配风变化,导致燃烧调整困难,造成一次风率升高,使烟气NOx浓度增加。电厂锅炉燃烧器在使用过程中大都存在磨损的问题。燃烧器的磨损导致每次检修时频繁修补或更罚换,浪费大量的人力物力,而且磨损后煤粉不能按正常设计要求分布,影响燃烧效率,通过分析锅炉燃烧器磨损原因,使用不同材质的燃烧器磨损程度和使用周期进行对比,发现采用重结晶碳化硅研制的新型丁程陶瓷作为燃烧器的防磨材料能有效解决燃烧器的磨损问题,具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、质黛小、安装方便等优点,具有很好的应用前景。
关键词: 锅炉燃烧器;磨损;工程陶瓷
DOI:10.12721/ccn.2021.157028
基金资助:

国内300MW以内的大型煤粉锅炉煤粉燃烧器均采用了煤粉局部浓缩技术,直流燃烧器多采用百叶窗煤粉浓缩装置,旋流燃烧器多采用锥流体煤粉浓缩器。煤粉局部浓缩可以强化煤粉气流着火及燃烧过程,提高锅炉燃烧的稳定性和燃烧效率,但同时也加剧丁燃烧器部分零部件的磨损,缩短燃烧器的寿命周期,直流燃烧器磨损的主要部位为浓缩器后的浓粉流侧管道、中间隔板、浓粉流侧喷口及唢口波纹钝体:旋流燃烧器磨损的主要部位为锥型煤粉浓缩器、油枪套管及锥型煤粉浓缩器支撑筋板,,锅炉燃烧器的损坏不仅会增加检修费用和检修T作鼠,而且对锅炉的安全运行构成严蕈威胁,破坏了炉内燃烧工况,也易带来水冷壁结焦和高温腐蚀等,使锅炉运行的安全性和经济性受到影响。

1燃烧器均流体磨损实例

某电厂B&WB670T/H锅炉采用前后墙对冲布置旋流燃烧器,燃烧器一次风筒内部加装均流体,因受煤粉的冲刷,均流体容易发生局部磨损。其特征是:均流体内部蘑菇头及其支撑筋板磨损严重,造成蘑菇头局部磨损,支撑筋板磨损后导致蘑菇头脱落,使进入燃烧器的煤粉得不到均流,影响火焰的燃烧,在锅炉负荷较低或煤质较差时,可能引起锅炉的灭火,甚至造成停炉停机事故,这不仅会给企业造成损失同时也会影响电网。

燃烧器一次风筒规格D426mmxl0mm,均流体局部磨损发生在蘑菇头局部磨损,或支撑筋板磨损造成均流体脱落。由于入口弯头的离心作用。通常含粉量多的气流在弯头的外侧,造成蘑菇头上部及上支撑筋板先磨损,磨损严重时,仅两三个月就能造成蘑菇头磨损或脱落,必须停炉进行更换。

2磨损原因翻

2.1炉膛温度偏高

炉膛火焰中心温度偏高,炉膛高温烟气对燃烧器的辐射换热增强。导致燃烧器喷口壁面温度增高。这是导致燃烧器烧损的一个原因。

2.2炉膛火焰中心偏斜

燃烧器热态试验结果表明:从四角测得的炉膛温度和燃烧器喷口的温度分布明硅不均,炉膛火焰中心偏斜,也会导致燃烧器烧损。从一次风管风速测量结果看,同层四角燃烧器的一次风喷口风速明显不均,各层喷口一次风速均低于设计值,,同层一次风喷口风速偏差大,是造成炉膛火焰中心偏斜的一个原因。一次风速偏差大及一次风速偏低都会导致燃烧器喷口的损坏。

2.3运行控制

(1)煤粉着火距离太近。一次风速太小会造成煤粉着火距离太近。在运行中,一次风总风压太低,可能造成着火距离太近,从而引起燃烧器喷口的过热变形直至损坏,二次风风速太低也会造成着火距离太近,造成燃烧器喷口的损坏。

(2)煤种变化的影响。煤质变好,挥发份提高后,一次风喷口的煤粉着火距离变近,运行人员如果未能及时调整好一次风和二次风的风压就会导致燃烧器喷口温度过高。

(3)煤粉太细。从2个月的煤质分析报告看,电厂运行煤种的可燃基挥发份在15%~23%,灰分在25%左右,对应控制煤粉细度尺。应为14.5%~2l%。而运行控制的煤粉细度为12%左右,造成一次风喷口的煤粉着火距离太近,从而引起燃烧器喷口的过热变形直至损坏。

(4)低负荷运行时上层一次风喷口冷却不够。在低负荷运行时,未投用的一次风喷嘴,几乎处于干烧状态,得不到足够冷却,从而造成燃烧器的过热、变形直至损坏。

2.4燃烧器设计

(1)材质方面,燃烧器选用的合金钢材料。不能满足锅炉正常运行时燃烧器耐磨损、耐高温的要求。

(2)结构方面。煤粉浓缩、预热燃烧器喷口结构设计不够完善,在喷口处产生强烈的热回流造成喷口温度过高,使喷口过热变形、损坏。

3均流体结构及材质

图1为喷燃器均流体示意,均流体为流线型,前部有锥形蘑菇头,内部有支撑的筋板。均流体布置在燃烧器一次风简内部,煤粉进入燃烧器弯头后,经过弯头的离心及一次风筒入口的导向挡板的共同作用下,将进入的浓粉导流到均流体内部,快速流动的煤粉使均流体蘑菇头及支撑筋板受到强烈的磨损。1739163389360.jpg

图1燃烧器均流体结构

均流体为铸造加工,材质为40CrNiMnMoSiRe,硬度为HRC42。实践证明,均流体磨损严重,最短周期两三个月就需停炉进行更换处理,试探性地将铸件材质40CrNiMnMoSiRe改进为低合金铸件,材质为40Cr6Mo,硬度可达56-58HRC,、但仍达不到满足1个小修周期的目的。

图2为前部(磨损严重区域)采用普通工业陶瓷、后部采用耐磨铸钢的均流体损坏后的照片。陶瓷与耐磨铸件连接采用螺栓形式,均流体的筋板迎风侧粘贴耐磨陶瓷片,陶瓷片之间不应留有间隙,防止煤粉冲刷。经使用,发现由于蘑菇头采用铁螺栓固定,铁螺栓体积较大,受热后膨胀。造成陶瓷受力产生裂纹甚至碎掉。 1739163412032.jpg

图4陶瓷均流体损坏

4新型工程陶瓷

4,1新型工程陶瓷的特点

工程陶瓷以碳化硅为主要原料,添加微量元素在2500℃高温下再次结晶。具有良好的高温强度,并随温度的提高而增大,同时具有良好的导热性、抗热震稳定性、抗氧化性和抗酸碱腐蚀性,具有高硬度、超耐磨等特点。因而这种材料可根据不同用途制成各种几何形状的产品,特别适用于高温条件。主要技术参数:体积质量大于2.65gcm3;气孔率小于14.8%、20℃时抗折强度大于108MPa:1400℃时抗折强度大于120MPa;最高使用温度1600℃、热膨胀系数4.3*106(20-l000℃)。

4.2新型工程陶瓷的应用

采用一体铸造的工程陶瓷材质的均流体,这种材料的使用大大提高均流体耐磨性,从2010年开始使用以来,在每年的榆修中,经过枪查几乎没有磨损。几年来。逐步将均流体伞部更换为工程陶瓷材质制造,使均流体磨损问题得到了彻底解决。

5结语

锅炉燃烧器均流体磨损将严重影响锅炉燃烧,均流体磨损可造成煤粉不能均流,发生偏斜,严重时造成锅炉灭火。原设计材质不能满足使用要求,新型工程陶瓷材料的使用既经济又有效地解决了均流体磨损的问题。该工程陶瓷适用于不承受冲击,但磨损严重的区域。具有很好的推广和应用价值。

参考文献:

[1]方现银, 杨继彬, 苏建林,等. 新型工程陶瓷材料在锅炉燃烧器上的应用[J]. 中国电力, 2011, 44(1):70-72.

[2]李志刚, 王磊. 碳化硅陶瓷在锅炉旋流燃烧器上的应用分析[J]. 华电技术, 2017, 39(004):32-33.

[3]谢军, 薛晋安, 王丽林. 新型高效能陶瓷燃烧器在热风炉上的应用[J]. 机械工程与自动化, 2000.

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