?循環流化床鍋爐床溫熱電偶磨損分析與技術改造
摘要:床層溫度元件位于高磨損、高溫區域,且受熱膨脹等因素容易發生彎曲現象,目前普遍存在使用壽命短,運行過程中更換難度大等困難;爐膛床溫的監視和調整對循環流化床鍋爐起著至關重要的作用,本文就床溫元件損壞的多方面因素進行分析,并提出相應的解決方法進行改造。
關鍵詞:循環流化床鍋爐;床溫元件;帶伸縮節保護套管
1 概述:
龍安熱電一期兩臺150t/h超高壓高溫循環流化床鍋爐,密向區為一個34797(高)×7680(寬)×4000(深)的燃燒室,設計床溫區間為830~930℃。床層測溫用的熱電偶型號為:WRNN2-436,長度為3000mm,分布在前墻、后墻各6支。床溫熱電偶經爐膛底部水冷風室向上直插進入爐膛,爐膛內部露出長度400mm。設計選用的熱電偶套管在高溫流化燃燒工況下中,使用不到半年均出現不同程度的損壞,對鍋爐燃燒溫度監測和控制造成很大的安全隱患,同時大量更換溫度元件也造成了很大的浪費。
2 原因分析
2.1爐膛內床溫元件的磨損
2017年底我廠停爐檢修期間,打開爐膛和水冷風室檢查,發現熱電偶伸入爐膛部分的保護套管已嚴重碳化、脆裂,而風室位置的熱電偶全部彎曲。分析原因,我廠鍋爐常年處于滿負荷運行狀態,床溫基本控制在900℃左右,高溫流化下的床料沖刷力很強,床溫熱電偶伸入爐膛內400mm,直接承受爐膛內流化狀態下顆粒的無規則沖刷、磨損。另外,發現部分鐘罩式風帽孔安裝時不注意直接對著熱電偶保護套管沖刷,加劇了熱電偶的磨損。而磨穿后的保護套管對熱電偶失去了保護作用,由于爐膛正壓的緣故,高溫火花通過磨穿的熱電偶套管溫度元件的接線盒處噴出,檢修人員無法在鍋爐運行中更換床溫熱電偶的內芯,往往只能等停爐后再處理。
2.2熱電偶套管在爐膛底板和水冷風室安裝方法不當
熱電偶的保護穿墻套管安裝方式為:分別在布風板鰭片和風室底部上焊接固定,因未考慮到熱膨脹因素,爐膛燃燒后風室受熱膨脹產生位移,熱電偶和保護套管承受較大的拉應力和彎曲應力,致使風室保護套管嚴重彎曲變形,有的套管出現焊接開裂,最終熱電偶元件損壞、彎曲、變形。開裂后的熱電偶和套管檢修時必須整組報廢更換。更換時難度很大,必須進爐膛和水冷風室對穿墻套管與底板焊接處進行切割分離,然后想方設法拆除,切除工作量較大,且重新安裝時焊接的工程量比原來更大。
2.3熱電偶套管選取的材質質量不過關
熱電偶套管選取的材質質量不過關,無法承受設計溫度要求和多煤種燃燒的環境需要。原先廠家熱電偶配置的套管材質為SUS321不銹鋼,這種材質在爐膛內耐腐蝕性不夠,另外爐膛稍有超溫就無法承受。以上種種因素影響是造成熱電偶及套管無法正常使用的主要原因;給我廠鍋爐的正常運行調整控制,帶來很大的安全隱患和威脅。
3 改進方案與實施
根據以上熱電偶及套管的損壞和破損因素,我們經過反復探討,決定采取多項措施改進,并在安裝和維修工藝中進行規范的分項處理。
3.1 我司采取對插入爐膛內的熱電偶部分,增加鐘罩式保護套管的防護方案,材質選用某廠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%),此材料的耐高溫、耐沖刷及高溫度下防腐蝕性能優越。保護套管尺寸:50mm×10mm,與穿墻套管進行焊接,熱電偶安裝時緊貼鐘罩式保護套管,杜絕了空氣的熱絕緣,安裝后點爐時查看升溫曲線與增加保護套管前一致,說明床溫的熱響應力并未受到影響,同時避免了熱電偶面對流化狀態下高溫床料的直接沖刷和接觸,因而熱電偶的材質只需考慮耐高溫性能,對耐磨性能的要求大大降低。
3.2 進入爐膛對床溫周圍的風帽逐一檢查,調整風帽的位置,確保風帽的出風孔沒有正對床溫熱電偶,鐘罩式蘑菇風帽的正確安裝朝向如下圖所示:
圖1 測量床溫熱電偶的安裝方法
3.3爐膛風室部分的防護
原華西能源鍋爐廠設計的穿墻保護套管采用整支3000mm焊接在爐膛底部和布風板鰭片上,在鍋爐受熱膨脹位移和其他因素作用下,無法消除拉應力和彎曲應力,造成嚴重彎曲變形,損壞熱電偶元器件。為防止熱膨脹造成的風室熱電偶彎曲現象,為消除膨脹產生的應力,我廠設計帶膨脹節的風室穿墻保護套管,材質選用合金剛GH3030,尺寸Φ50mm×10mm,將保護套管分2段分別焊接在風室上部和下部,中間部分留有150mm間隙,裁切一段長度200mm左右套管與其中一段焊接,另一端活動,這樣就基本消除了膨脹應力。具體改進如下圖:
圖2 爐膛熱電偶的安裝示意圖
同時考慮到點火和烘爐時溫度較高,又在風室保護套管上焊接V型抓丁,涂抹可塑料;經改造過的風室保護套管結構簡單、成本低、使用壽命長,改造后的穿墻保護套管基本可用終生,只需每次停爐時進入風室檢查澆注料磨損情況;改造后風室床溫如下圖4,左圖:帶伸縮節的穿墻保護套管焊接抓丁,右圖:涂抹可塑料后的形態。
經過更換套管材質、在爐膛內部分加設外套合金鋼管、控制風帽口安裝方向、水冷風室內套管增加伸縮節工藝等,消除了潛在的多處安全隱患和改進了不合理的安裝結構。
改進后運行近兩年時間,鍋爐床溫監測運行正常,床溫測點全年投入率達100%。改造后我廠幾次計劃停爐期間人員進入爐膛和風室檢查,所有熱電偶及套管均完好無損,只需對水冷風室套管局部脫落的可塑料稍微修補即可,熱電偶和保護套管均可實現長周期運行。
參考文獻:
[1] 華西能源熱工測點布置圖 圖號41ES-10
[2] 華西能源鍋爐說明書 編號:41ES-SM