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          循环流化床锅炉床温热电偶磨损分析与技术改造

          来源: 福建省福能龙安热电有限公司 作者:林敏琳 发布日期:2020-05-20

           摘要:床层温度元件位于高磨损、高温区域,且受热膨胀等因素影响容易发生弯曲现象,目前普遍存在使用寿命短,运行过程中更换难度大等困难;炉膛床温的监视和调整对循环流化床锅炉起着至关重要的作用。就床温元件损坏的多方面因素进行分析,并提出相应的解决方法进行改造。

           
                龙安热电一期2台150t/h超高压高温循环流化床锅炉,密向区为一个34797(高)×7680(宽)×4000(深)的燃烧室,设计床温区间为830~930℃。床层测温用的热电偶型号为:WRNN2-436,长度为3000mm,分布在前墙、后墙各6支。床温热电偶经炉膛底部水冷风室向上直插进入炉膛,炉膛内部露出长度400mm。设计选用的热电偶套管在高温流化燃烧工况下,使用不到半年均出现不同程度的损坏,对锅炉燃烧温度监测和控制造成很大的安全隐患,同时大量更换温度元件也造成了很大的浪费。
           
          1床温元件大量损坏原因分析
                (1)炉膛内床温元件的磨损。2017年底我厂停炉检修期间,打开炉膛和水冷风室检查,发现热电偶伸入炉膛部分的保护套管已严重碳化、脆裂,而风室位置的热电偶全部弯曲。分析原因,我厂锅炉常年处于满负荷运行状态,床温基本控制在900℃左右,高温流化下的床料冲刷力很强,床温热电偶伸入炉膛内400mm,直接承受炉膛内流化状态下颗粒的无规则冲刷、磨损。另外,发现部分钟罩式风帽孔安装时不注意,直接对着热电偶保护套管冲刷,加剧了热电偶的磨损。而磨穿后的保护套管对热电偶失去了保护作用,由于炉膛正压的缘故,高温火花通过磨穿的热电偶套管温度元件的接线盒处喷出,检修人员无法在锅炉运行中更换床温热电偶的内芯,往往只能等停炉后再处理。
           
                (2)热电偶套管在炉膛底板和水冷风室的安装方法不当。热电偶的保护穿墙套管安装方式为:分别在布风板鳍片和风室底部上焊接固定,因未考虑到热膨胀因素,炉膛燃烧后风室受热膨胀产生位移,热电偶和保护套管承受较大的拉应力和弯曲应力,致使风室保护套管严重弯曲变形,有的套管出现焊接开裂,非常终热电偶元件损坏、弯曲、变形。开裂后的热电偶和套管检修时必须整组报废更换。更换难度很大,必须进炉膛和水冷风室对穿墙套管与底板焊接处进行切割分离,然后想方设法拆除,切除工作量较大,且重新安装时焊接的工程量比原来更大。
           
                (3)热电偶套管选取的材质质量不过关。热电偶套管选取的材质质量不过关,无法承受设计温度要求和多煤种燃烧的环境需要。原先厂家热电偶配置的套管材质为SUS321不锈钢,这种材质在炉膛内耐腐蚀性不够,另外炉膛稍有超温就无法承受。
           
          以上种种因素影响是造成热电偶及套管无法正常使用的主要原因,给我厂锅炉的正常运行调整控制,带来很大的安全隐患和威胁。
           
          2改进方案与实施
                根据以上耐磨热电偶及套管的损坏和破损因素,经过反复探讨,决定采取多项措施改进,并在安装和维修工艺中进行规范的分项处理。
           
                (1)我司采取对插入炉膛内的热电偶部分,增加钟罩式保护套管的防护方案。材质选用某厂GM1型合金(成分:Cr26~28.5%、Mn2.5~3.5%、Fe余量、Ni16~18.5%、Mo2~3%、W3.5~5.0%、Co4~6%、Cu0.5~1.5%),此材料耐高温、耐冲刷及高温下防腐蚀性能优越。保护套管尺寸:50mm×10mm,与穿墙套管进行焊接,热电偶安装时紧贴钟罩式保护套管,杜绝了空气的热绝缘,安装后点炉时查看升温曲线与增加保护套管前一致,说明床温的热响应力未受到影响,同时避免了热电偶面对流化状态下高温床料的直接冲刷和接触,因而热电偶的材质只需考虑耐高温性能,对耐磨性能的要求大大降低。
           
                (2)进入炉膛对床温周围的风帽逐一检查,调整风帽的位置,确保风帽的出风孔没有正对床温热电偶,钟罩式蘑菇风帽的正确安装朝向如图1所示。
          测量床温热电偶的安装方法
                (3)炉膛风室部分的防护。原华西能源锅炉厂设计的穿墙保护套管采用整支3000mm焊接在炉膛底部和布风板鳍片上,在锅炉受热膨胀位移和其他因素作用下,无法消除拉应力和弯曲应力,造成严重弯曲变形,损坏热电偶元器件。为防止热膨胀造成的风室热电偶弯曲现象,消除膨胀产生的应力,我厂设计带膨胀节的风室穿墙保护套管,材质选用合金刚GH3030,尺寸Φ50mm×10mm,将保护套管分2段分别焊接在风室上部和下部,中间部分留有150mm间隙,裁切1段长度200mm左右套管与其中1段焊接,另一端活动,这样就基本消除了膨胀应力。具体改
          进见图2。
          炉膛热电偶的安装示意图
                同时考虑到点火和烘炉时温度较高,又在风室保护套管上焊接V型抓丁,涂抹可塑料;经改造过的风室保护套管结构简单、成本低、使用寿命长,改造后的穿墙保护套管基本可用终生,只需每次停炉时进入风室检查浇注料磨损情况;改造后风室床温见图3,左图:带伸缩节的穿墙保护套管焊接抓丁,右图:涂抹可塑料后的形态。
          改造后的温室床温
                经过更换套管材质、在炉膛内部分加设外套合金钢管、控制风帽口安装方向、水冷风室内套管增加伸缩节工艺等,消除了潜在的多处安全隐患并改进了不合理的安装结构。
           
                改进后运行近2年时间,锅炉床温监测运行正常,床温测点全年投入率达100%。改造后我厂几次计划停炉期间人员进入炉膛和风室检查,所有热电偶及套管均完好无损,只需对水冷风室套管局部脱落的可塑料稍微修补即可,热电偶和保护套管均可实现长周期运行。
           
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