CN207162523U - 一种cfb锅炉水冷壁管导流式防磨系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种火电厂CFB锅炉水冷壁管防磨技术。一种CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，1)采用耐热耐磨不锈钢板材制作竖向导流片，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于水冷壁管鳍片上；2)采用耐热耐磨不锈钢板材制作横向导流片，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于竖向导流片上端。本实用新型由竖向导流片和横向导流片组成导流式防磨系统，在竖向导流片上设计导流工作面，横向导流片全部设计为导流工作面。根据流体沿着导流工作面维持直线、惯性运动的原理，引导高速烟气流携带的飞灰颗粒沿着导流工作面方向抛入炉膛中部，消除飞灰颗粒对炉管的冲刷磨损，起到主动防磨的作用。

Description

一种CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统

技术领域

本实用新型一种火电厂CFB锅炉水冷壁管防磨技术，尤其是涉及一种适用于CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统。

背景技术

目前采用的CFB锅炉水冷壁管防磨技术大体分为：非金属防磨梁、金属防磨喷涂、金属熔敷、金属防磨格栅四大类型：

一.非金属防磨梁

非金属防磨梁是最早的防磨措施，在沿炉膛四周每隔一定高度布设一圈耐热浇注料做成的矩形、台阶式防磨梁，目的是阻挡沿水冷壁管垂直下落的飞灰颗粒流(简称贴壁流)对水冷壁管的冲刷。事实是这个台阶式的防磨梁引发了上升烟气流在梁的上部变向后形成涡流流束，这个涡流流束携带的飞灰颗粒对水冷壁管的局部位置造成集中、剧烈的横向环形冲刷，由此导致爆管事故，因此，此技术趋于淘汰。

二.金属喷涂防磨

金属喷涂是将耐热耐磨金属以液态形式喷涂在水冷壁管和其他炉管表面，金属喷涂防磨层厚度为0.5～0.6mm，只能在短期内起到防磨作用，不改变锅炉设计结构，不影响传热，属于被动防磨措施。

三.金属熔敷防磨

金属熔敷是将耐热耐磨金属以液态形式熔敷在水冷壁管表面，金属熔敷防磨层厚度为2.0～3.0mm，防磨效果较明显，工程费用昂贵，不改变锅炉设计结构，不影响传热，仍然属于被动防磨措施。

四.金属防磨格栅

金属防磨格栅是近几年兴起的防磨技术，目前，不同厂家提供的金属防磨格栅存在以下问题：

1.防磨格栅的布设沿用防磨梁的原理，极易造成局部涡流冲刷；

2.水平防磨格片上积灰严重，对锅炉的传热和出力有较大影响；

3.防磨格栅材质为铸造件，其金属成分不易控制，质量不稳定。

4.水平防磨片点焊在水冷壁管鳍片上，存在焊接不牢等问题。

非金属防磨梁存在着明显的结构性问题；金属喷涂和金属熔敷属于被动防磨措施，不能从根本上解决水冷壁管磨损问题；金属防磨格栅从原理上没有摆脱防磨梁的设计思路，防磨件由小型冲天炉铸造，其金属成分及热力学性能不稳定，防磨件与水冷壁管鳍片的材质、金属性能不同，防磨件采用点焊，存在焊接不牢的问题；防磨件布置后出现新的涡流而导致防磨效果差；水平防磨件上部积灰直接影响着锅炉的传热和锅炉出力。

可见，上述四种锅炉水冷壁管防磨方法都存在着一定的问题。

根据我国煤炭资源结构，国家鼓励火力发电厂选择燃用劣质煤的循环流化床锅炉，水冷壁管和其他炉管的磨损就必然发生。

目前，350MW火力发电机组配套的1000t/h级超临界循环流化床锅炉是国家重点推行的项目。然而，锅炉水冷壁管和其他炉管的磨损一直是困扰循环流化床锅炉大型化发展的难题。

从根本上解决循环流化床锅炉水冷壁管和其他炉管的磨损问题，已成为制约循环流化床锅炉大型化发展的关键课题之一。

发明内容

本实用新型针对现有CFB锅炉水冷壁管防磨技术中存在的问题，提出了一种CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，根据锅炉结构、流体特性和燃烧特性设计耐热耐磨竖向导流片和横向导流片，由竖向导流片和横向导流片组成导流式防磨系统，在2^#和3^#竖向导流片上设计导流工作面，横向导流片全部设计为导流工作面，根据流体沿着导流工作面维持直线、惯性运动的原理，引导高速烟气流携带的飞灰颗粒沿着导流工作面方向抛入炉膛中部，消除飞灰颗粒对水冷壁管的冲刷磨损，起到主动防磨的作用。

本实用新型所采用的技术方案：

一种CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，含有竖向导流片(1)、横向导流片(2)，其中：1)竖向导流片(1)采用耐热耐磨不锈钢板材，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于水冷壁管鳍片上；

2)横向导流片(2)采用耐热耐磨不锈钢板材，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于竖向防磨片上端；

3)所述竖向导流片(1)、横向导流片(2)形成一个疏密不等、角度不同的金属防磨网络。

所述的CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，竖向导流片采用耐热度不小于1150℃、厚度δ₁＝4±1mm的不锈钢热轧板材加工制作，1^#竖向导流片形状为对角菱形，长度L₁按照现场需要加工，宽度B₁＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.74～0.8)Φ₁mm；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；菱形尖角α＝45±5°；

1^#竖向导流片依分段焊接的方式垂直焊接于鳍片中间，上下两块竖向导流片之间留出b₁＝10±1mm安装间隙；

2^#和3^#竖向导流片采用对角菱形不锈钢热轧板材加工制作成瓦楞板形状，长度L₂按照现场需要加工；宽度：B₂＝B₃＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.9～1.0)Φ₁mm(展开)；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；菱形尖角α＝45±5°；

将不锈钢板材剪切成2^#和3^#竖向导流片所需的菱形片，将此菱形片按一侧宽30～40mm沿长度方向加工成β＝135±5°瓦楞板，瓦楞板分左向和右向，左向和右向瓦楞板的折角方向相反；

2^#和3^#竖向导流片依分段焊接的方式垂直焊接于鳍片中间，上下两块竖向导流片之间留出b₁＝10±1mm安装间隙。

所述的CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，横向导流片形状为矩形，采用耐热度不小于1150℃、厚度δ₁＝4±1mm的不锈钢热轧板材加工制作而成，横向导流片长度：L₃＝750mm；宽度：B₄＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.55～0.6)Φ₁mm；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；横向导流片与水冷壁管垂直中心线呈45±5°上夹角；横向导流片下部50％宽度焊接于竖向导流片斜面之上，横向导流片与水冷壁管外壁留b₂＝2mm间隙，两横向导流片间自由搭接5±1mm，较长段横向导流片置于较短段横向导流片上部。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，根据锅炉结构和燃烧特性进行设计，利用耐热耐磨竖向导流片、横向导流片，按照流体特性焊接成导流式防磨网，引导烟气流中的飞灰颗粒沿着导流工作面方向抛入炉膛中部，消除飞灰颗粒对水冷壁管的冲刷磨损，达到主动防磨的目的。

2、本实用新型CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，1^#竖向导流片垂直于水冷壁管鳍片并与水冷壁管中心线平行布置。2^#和3^#竖向导流片下部垂直于水冷壁管鳍片并与水冷壁管中心线平行布置，2^#和3^#竖向导流片下部与上部呈135±5°角，倾角部分形成导流工作面，将水平运动烟气流携带的飞灰颗粒沿着导流工作面抛向烟气流中部，消除飞灰颗粒对水冷壁管的横向冲刷，起到主动防磨的作用。

3、本实用新型CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，横向导流片组装成45±5°的上夹角，从力学结构上决定了横向导流片上不会积灰。横向导流片将上升烟气流携带的飞灰颗粒沿着导流工作面抛向炉膛中部，消除飞灰颗粒对水冷壁管的涡流冲刷，起到主动防磨的作用。

4、本实用新型CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，横向导流片吸收的热量经竖向导流片和水冷壁管鳍片传递给水冷壁管，水冷壁管的传热不受影响，炉膛温度不会升高，锅炉出力就不受影响，同时避免了防磨片因过热而烧损，从根本上消除因磨损而导致的锅炉爆管事故，有效延长锅炉运行周期，全面提高发电设备的利用率。

附图说明

图1中(1)、(2)分别是1#竖向导流片的主视图和侧视图；

图2中(1)、(2)、(3)分别是2#、3#竖向导流片的主视图和侧视图；

图3是竖向导流片分段焊接方式示意图；

图4是两横向导流片自由搭接结构示意图；

图5是水平运动的流体流动特性示意图；

图6是向上运动的流体流动特性示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1-图6。本实用新型CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，由竖向导流片1、横向导流片2组成；竖向导流片1采用耐热耐磨不锈钢板材，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于水冷壁管鳍片3上；

横向导流片2采用耐热耐磨不锈钢板材，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于竖向导流片1上端；

所述竖向导流片1的形状为对角菱形，横向导流片2的形状为矩形；

采用布片工艺，针对不同的炉型、不同的管径、不同的流体区域，设计出与之匹配的竖向导流片尺寸、角度、间隔和横向导流片尺寸、角度、间隔，将其连接成一个疏密不等、角度不同的金属防磨网络。

实施例2

本实施例的CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，与实施例1的不同之处在于：

竖向防磨片1采用耐热度不小于1150℃、厚度δ₁＝4±1mm的不锈钢热轧板材加工制作，1^#竖向导流片形状为对角菱形，长度L₁按照现场需要加工，宽度B₁＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.74～0.8)Φ₁mm；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；菱形尖角α＝45±5°；1^#竖向导流片形状如图1(1)、图1(2)所示；

1^#竖向导流片依分段焊接的方式垂直焊接于鳍片中间，上下两块竖向防磨片之间留出b₁＝10±1mm安装间隙(见图3)；

2^#和3^#竖向导流片采用对角菱形不锈钢热轧板材加工制作成瓦楞板形状，对角菱形不锈钢热轧板材长度L₂按照现场需要加工；宽度：B₂＝B₃＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.9～ 1.0)Φ₁mm(展开)；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；菱形尖角α＝45 ±5°；

将不锈钢板材剪切成2^#和3^#竖向导流片所需的菱形片，菱形片按一侧宽30～40mm沿长度方向加工成β＝135±5°瓦楞板，瓦楞板分左向和右向，左向和右向瓦楞板的折角方向相反，2^#和3^#竖向导流片的形状如见图2(1)、图2(2)、图2(3)所示；

2^#和3^#竖向导流片依分段焊接的方式垂直焊接于鳍片中间，上下两块竖向导流片之间留出b₁＝10±1mm安装间隙，见图3。

实施例3

参见图1～图5，本实施例的CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，与实施例1或实施例2不同的是：横向导流片形状为矩形，采用耐热度不小于1150℃、厚度δ₁＝4 ±1mm的不锈钢热轧板材加工制作而成，所述横向导流片长度：L₃＝750mm；宽度：B₄＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.55～0.6)Φ₁mm；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；横向导流片与水冷壁管垂直中心线呈45±5°上夹角；横向导流片下部50％宽度焊接于竖向防磨片斜面之上，横向导流片与水冷壁管外壁留b₂＝2mm间隙，两横向导流片间自由搭接5±1mm，较长段横向导流片置于较短段横向导流片上部，见图4。

本实用新型CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，竖向导流片为承重件，承载着横向导流片的重量。2^#和3^#竖向导流片的导流工作面与烟气流动方向呈45±5°角，将水平运动烟气流携带的飞灰颗粒沿着导流工作面抛向炉膛中部，消除飞灰颗粒对水冷壁管的横向冲刷磨损(见图5)。竖向导流片焊接于水冷壁管鳍片中心线上，保证焊接的牢固性，同时形成导热通道。

横向导流片为非承重件，横向导流片焊接于竖向导流片斜面之上，保证焊接的牢固性，同时形成导热通道，横向导流片与水冷壁管垂直中心线呈45±5°角，形成导流工作面：

1)从力学结构分析，45±5°角布置的横向导流片上不会积灰，从设计结构上消除了因防磨系统积灰对锅炉传热的影响(见图6)；

2)从传热原理分析，足够的导热通道，使横向导流片吸收的热量经竖向导流片和水冷壁管鳍片传递给水冷壁管(见图6)；

3)从流体特性分析，横向导流片形成的导流工作面将上升烟气流携带的飞灰颗粒沿着导流工作面抛向炉膛中部，消除飞灰颗粒对水冷壁管的环形冲刷磨损，起到主动防磨的作用(见图6)。

下表为导流式防磨与其他四种防磨技术比较表：

本技术的工程实施例

2016年3月，对某公司520t/h循环流化床锅炉烟气流速较高的烟道入口侧凸起的水冷壁管进行局部防磨，取得明显效果。

2016年8月，再对该公司520t/h循环流化床锅炉进行全面防磨，运行168天，停炉检查未发现明显的磨损，至今安全运行已达一年。

2017年5月，再对该公司520t/h循环流化床锅炉旋风分离器烟气入口处弧形水冷壁管进行局部防磨，安全运行至今。

综上所述，竖向导流片和横向导流片组成的防磨系统，在导流工作面的作用下，能够有效防止高速烟气流携带的飞灰颗粒对水冷壁管的冲刷磨损，能起到主动防磨的作用。

防磨系统设计合理、焊接牢靠，导热通道设计合理，导流式防磨系统不会积灰，防磨片不会因过热而烧损，炉膛内设计温度分布不受影响，锅炉的传热不受影响，锅炉的出力不受影响；从根本上消除因磨损而导致的锅炉水冷壁管爆管事故，有效延长锅炉运行周期，全面提高发电设备利用率。

Claims (3)

1.一种CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，含有竖向导流片(1)、横向导流片(2)，其特征在于：

1)竖向导流片(1)采用耐热耐磨不锈钢板材，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于水冷壁管鳍片上；

2)横向导流片(2)采用耐热耐磨不锈钢板材，根据烟气流向与流速，设计成不同的尺寸、角度、间隔，焊接于竖向防磨片上端；

3)所述竖向导流片(1)、横向导流片(2)形成一个疏密不等、角度不同的金属防磨网络。

2.根据权利要求1所述的CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，其特征在于：

竖向导流片采用耐热度不小于1150℃、厚度δ₁＝4±1mm的不锈钢热轧板材加工制作，1^#竖向导流片形状为对角菱形，长度L₁按照现场需要加工，宽度B₁＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.74～0.8)Φ₁mm；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；菱形尖角α＝45±5°；

1^#竖向导流片依分段焊接的方式垂直焊接于鳍片中间，上下两块竖向导流片之间留出b₁＝10±1mm安装间隙；

2^#和3^#竖向导流片采用对角菱形不锈钢热轧板材加工制作成瓦楞板形状，长度L₂按照现场需要加工；宽度：B₂＝B₃＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.9～1.0)Φ₁mm(展开)；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；菱形尖角α＝45±5°；

将不锈钢板材剪切成2^#和3^#竖向导流片所需的菱形片，将此菱形片按一侧宽30～40mm沿长度方向加工成β＝135±5°瓦楞板，瓦楞板分左向和右向，左向和右向瓦楞板的折角方向相反；

2^#和3^#竖向导流片依分段焊接的方式垂直焊接于鳍片中间，上下两块竖向导流片之间留出b₁＝10±1mm安装间隙。

3.根据权利要求1或2所述的CFB锅炉水冷壁管导流式防磨系统，其特征在于：横向导流片形状为矩形，采用耐热度不小于1150℃、厚度δ₁＝4±1mm的不锈钢热轧板材加工制作而成，横向导流片长度：L₃＝750mm；宽度：B₄＝0.5(Φ₁-δ₂)mm+(0.55～0.6)Φ₁mm；其中：Φ₁——水冷壁管直径，δ₂——鳍片厚；横向导流片与水冷壁管垂直中心线呈45±5°上夹角；横向导流片下部50％宽度焊接于竖向导流片斜面之上，横向导流片与水冷壁管外壁留b₂＝2mm间隙，两横向导流片间自由搭接5±1mm，较长段横向导流片置于较短段横向导流片上部。