某小型循環流化床鍋爐水冷壁管磨損泄漏分析

劉 璞 席 凈

（商丘市鍋爐壓力容器檢驗所，河南 商丘 476000）

引言

隨著工業活動的增加，環境正在逐漸變差，我國環保要求逐漸嚴格。但是燃煤鍋爐仍是工業鍋爐的主導產品。而中小型循環流化床鍋爐因具有高效潔凈燃燒各種劣質煤的特點，這幾年在我國得到了廣泛的應用。可是，由于循環流化床結構特點，受熱面磨損不可避免。本文對此進行分析并提出解決辦法。

1 鍋爐基本情況

商丘市東震紙業有限公司的鍋爐為雙鍋筒橫置式循環流化床鍋爐（型號為SHX20-2.5-W），采用旋風分離器組成循環燃燒系統，爐膛四周布置水冷壁管，旋風分離器尾部設上下鍋筒對流管束、省煤器、空氣預熱器。鍋爐在運行半年后，在鍋筒對流管束的水冷壁管發現有泄漏，造成被迫停爐檢修，由于生產緊迫，只對泄漏的水冷壁管進行上下悶堵。2個星期后，又發生水冷壁管泄漏情況。嚴重影響生產，造成了重大的經濟損失。

2 磨損機理

2.1 水冷壁管的磨損機理

2.1.1 沖擊磨損

當固體顆粒沿垂直方向沖擊受熱面管子時，管子表面出現塑性變形或產生顯微裂紋。比如爐膛出口側水冷壁，引起物料撞擊方向與速度不一樣，其磨損程度沿前面方向和煙道上下高差分布不一樣，越接近出口磨損越嚴重，越靠近上不越嚴重，與出口煙道相齊位置最嚴重。當煙氣從旋風分離器出來進入煙道時，上部煙速最高，攜帶的物料濃度最大，對一、二排水冷壁管上部磨損也最嚴重。

2.1.2 切削磨損

當固體顆粒以與受熱面平行的方向，高速沖刷管子時，對管子表面產生刨削作用，使管壁變薄。比如水冷壁管連接的焊口、筋片，耐火材料接縫處的凹起凸起處。

2.1 3.接觸疲勞磨損

氣流橫向沖刷管子時，管子背面形成渦流，固體顆粒在渦流處對管子背面產生的磨損

2.2 耐火材料的磨損機理

2.2.1 熱應力和熱沖擊造成的破壞

溫度循環波動和熱沖擊以及機械應力造成耐火材料產生裂縫和剝落，當溫度循環波動時，耐火材料骨料和粘合料之間熱膨脹系數不同而形成內應力從而破壞耐火材料層。溫度快速變化造成的熱沖擊可使耐火材料內的應力超過抗拉強度而剝落。

2.2.2.固體物料的沖刷造成的破壞

由于物料以一定的角度對耐火材料的沖刷而造成耐火材料的磨損，耐火材料的磨損隨沖擊角的增大而增大。循環流化床鍋爐內耐火材料易磨損區域包括邊角去、旋風分離器和固體物料回送管。

3 鍋爐水冷壁管磨損、泄漏原因分析

鍋爐水冷壁管泄漏，停爐后，經內窺鏡檢驗，兩次泄漏的水冷壁管均靠近旋風分離器側。由于上下鍋筒對流管束密集，非常不易觀察泄漏具體位置。不得已進行割管檢驗。查看泄漏處發現是由于沖擊磨損造成的一處寬約8mm的缺口（如圖1）。高度大約在旋風分離器頂部，靠近出口往下10cm處。在進入對流管束口處用手順水冷壁管往下摸，約10cm處明顯感到分離器外部耐火材料有裂縫，約半指寬。裂縫對應水冷壁管均有沖擊磨損凹槽，共約14根（其中兩個已經泄漏，其一根已經割管）。

具體分析并查閱相關資料，分析其原因如下:①分離器入口段，旋風筒弧面與煙道平行相交部分是磨損的主要部分（圖2），在此部位煙氣發生旋轉，物料方向改變，速度高且粒度粗，密度大，因此過度的熱沖擊會對耐火材料造成損傷，產生裂縫。②分離器頂部是筒體澆筑處和出口澆筑處交匯處，在此次會產生不連續直角，致使此處的耐火材料抗壓強度小，澆筑質量不好，最終導致裂縫被沖擊透。③由于耐火材料裂縫已經產生，導致進入分離器的物料直接透過裂縫沖擊分離器外部的水冷壁管，由于物料與管束垂直撞擊，物料的粒度粗，密度大，溫度高，加之從縫隙中沖擊靠近旋風分離器第一批水冷壁管，導致水冷壁管在短時間泄漏。

4 相關處理及措施

①拆除影響補焊水冷壁管的耐火材料，對水冷壁管進行補焊;

圖1 水冷壁管磨損缺口

圖2 旋風分離器易磨損區域

②在水冷壁管補焊處添加防磨蓋板;

③修補破壞的旋風筒，重新澆筑耐火材料;

④對分離器頂部直角出做圓弧處理，減少物料的沖擊;

⑤嚴格控制給煤粒徑，減小給煤粒度，減小煤粒大對鍋爐的磨損;

⑥控制一次風，二次風的比例，在保證正常運行的情況下，適當降低一次風量。

5運行觀察

經過修理后，在之后的一個月的運行，再次進入旋風分離器頂部，未發現耐火材料產生裂縫，也沒有發現有爆管現象。此次的綜合修理得到了體現。

結語

循環流化床鍋爐由于其結構特征其受熱面必然存在磨損，而小型循環流化床鍋爐由于其爐體較小導致煤在爐膛內一次燃燒不夠充分，進入旋風分離器時煤粒粗、密度大，對分離器磨損尤其嚴重，這次事故就是由于分離器的裂縫導致外部水冷壁受沖擊磨損導致泄漏，在今后的檢驗中，關于循環流化床鍋爐的磨損問題會越來越多，盡可能減少和避免磨損，延緩鍋爐運行周期，減少非計劃停爐次數。如何在鍋爐安全與經濟運行之間選擇最佳運行工況，有待于在今后的鍋爐運行過程中，不斷進行分析，總結經驗，提高鍋爐水冷壁管磨損控制和預防水平，實現鍋爐安全、經濟運行。

[1]屈衛東、楊建華、楊義波、唐昕。循環流化床鍋爐設備及運行[M]河南科學出版社，2002.6.

[2]薛曉壘，盧嘯風，劉漢周，季炫宇。我國中小型循環流化床工業燃煤鍋爐存在的問題及分析[J]，2010.1