410 t/h 循環(huán)流化床鍋爐高過包墻管爆管原因分析

孫成龍

（江蘇蘇鹽井神股份公司熱電分公司，江蘇淮安 223200）

0 引言

循環(huán)流化床（Circulating Fluidized Bed，CFB）中的流態(tài)性質(zhì)及流態(tài)化是固體（合適顆粒度的燃煤）與流體接觸的一種動態(tài)過程。經(jīng)過破碎后的合適顆粒度燃煤在一定的氣速條件下流化，在爐膛內(nèi)燃燒流化，通過觀察床層的空隙率情況可以發(fā)現(xiàn):當氣速低于Uc（初始快速流態(tài)化速度）時，飛灰循環(huán)量對床層空隙率影響不大；而當氣速一旦超過Uc時，床層空隙率主要取決于飛灰循環(huán)量的大小。這里就CFB 鍋爐高過包墻管頻繁爆管的異常現(xiàn)象給予簡述并分析成因。

1 案例

2017年5月18日，濟南某熱電公司根據(jù)計劃對410 t/h CFB 鍋爐進行停爐檢修。本次檢修主要是針對CFB 鍋爐熱效率下降、流量急速下降、無法維持汽包水位、高過包墻管頻繁爆管的原因進行排查。

打開人孔門，進入高過包墻管發(fā)現(xiàn)，左側(cè)包墻管爆管16 根，其中有15 根包墻管的外壁被磨損變薄，經(jīng)測厚低于3 mm，同時檢查發(fā)現(xiàn)東側(cè)17 根包墻管外壁被磨損變薄，共更換48 根包墻管。左側(cè)包墻管割管后宏觀看內(nèi)部光滑無結(jié)垢、堵塞、腐蝕現(xiàn)象。外部管壁無蠕變、鼓包、脹粗等現(xiàn)象。東側(cè)包墻管外部管壁有明顯蠕變且孔洞大小不等、爆管口的外壁有明顯的大量蠕變裂紋，珠光體球化4 級，晶粒8 級，內(nèi)外壁有較厚的氧化皮等現(xiàn)象。

從CFB 鍋爐投入生產(chǎn)至今，高過包墻管頻繁爆管的問題一直影響著生產(chǎn)的正常進行。由于左側(cè)高過包墻管爆管，大量蒸汽進入尾部煙道，最終形成爐膛正壓，導(dǎo)致主蒸汽流量急劇下降，水位降低，無法維持汽包水位，只能緊急停爐檢修，給公司帶來了巨大的人力、物力、財力的負擔，影響安全生產(chǎn)與經(jīng)濟效益。

2 高過包墻管爆管原因分析

2.1 CFB 鍋爐工作過程

一定顆粒度的燃煤（燃煤經(jīng)循環(huán)破碎機破碎至合適粒度后），由給煤機從CFB 流化床燃燒室布風板上部給入與燃燒室內(nèi)熾熱的沸騰物料混合，被迅速加熱，燃料迅速著火燃燒，在較高氣流速度作用下，燃燒充滿整個爐膛，并有大量固體顆料物被攜帶出燃燒室，經(jīng)氣固旋風分離器分離后，分離下來的物料通過返料風機重新返回爐膛繼續(xù)參與燃燒，而經(jīng)旋風分離器導(dǎo)出的高溫煙氣，在尾部煙道與對流受熱面換熱后，由引風機出口的煙氣從原煙氣進口擋板門進入煙氣脫硫系統(tǒng)中發(fā)生化學反應(yīng)，凈化后的煙氣在除霧器進一步凈化，離開除霧器后的凈煙氣經(jīng)凈煙氣擋板進入煙囪而排向大氣。

2.2 過熱器爆管的一般原因

（1）過熱器被雜物堵塞。

（2）運行中飛灰磨損，運行時間長，管子蠕脹變形。

（3）過熱器材質(zhì)不符合標準，制造、安裝、焊接質(zhì)量不良，及吹灰操作不當。

（4）由于運行工況和煤種的改變，而運行調(diào)整不及時，致使過熱器管壁超溫。

（5）化學人員監(jiān)督不嚴，汽水分離器裝置結(jié)構(gòu)不良或存在缺陷，未及時消缺，致使蒸汽品質(zhì)不佳，在過熱器內(nèi)部結(jié)垢，檢修過程中檢修人員未能徹底清除結(jié)垢，引起高溫過熱器的壁管溫度升高而發(fā)生蠕變，導(dǎo)致高溫過熱器爆管損壞。

（6）點火升壓過程中或平時運行調(diào)整時，調(diào)節(jié)或操作不當不及時，過熱器通汽量不足或主蒸汽溫度過高，引起過熱后爆管。

2.3 高過包墻管爆管的原因

（1）冷渣機落渣管嚴重堵塞，經(jīng)事故放渣管人工放渣49 h后無法明顯降低爐膛風室壓力至允許值范圍內(nèi)（9～12 kPa)。

2017年5月11日17:20 至5月13日18:48，因該爐冷渣機落渣管嚴重堵塞，風室壓力高達13～15 kPa 運行，導(dǎo)致床層厚度變厚、循環(huán)料量的增加，床料量加大導(dǎo)致旋風分離器的分離效率下降或超過其最大分離量，分離器出口煙氣中攜帶的飛灰量成倍的上升，導(dǎo)致煙道部位磨損加大，致使管壁被煙氣中飛灰沖刷磨損而變薄，導(dǎo)致管道承受過大應(yīng)力，雖未爆管但埋下了爆管的隱患。

（2）點火升壓過程中或平時運行時，操作不當或調(diào)整不及時，致使過熱器管壁超溫。

管壁被煙氣中飛灰沖刷磨損變薄后，導(dǎo)致管道不能承受應(yīng)有壓力而產(chǎn)生爆破。運行時風室壓力維持較高（最高15 kPa），風室壓力的升高必然導(dǎo)致床層厚度變厚物、循環(huán)料量的增加，為了保證床層的流化正常必然會使維持正常流化所需的一次風量增加，床料量加大導(dǎo)致分離器的分離效率下降或超過其最大分離量，導(dǎo)致分離器出口煙氣中攜帶的飛灰量成倍的上升，對尾部包墻及高溫、低溫過熱器等管束的磨損成次方性的上升。該金屬受熱表面的磨損正比于飛灰顆粒的動能和撞擊次數(shù)，飛灰顆粒的動能同流化氣流速度的平方成正比，而撞擊速度同流化速度的一次方成正比，管子金屬的磨損同熱煙氣流速的三次方成正比。

從表1 數(shù)據(jù)可知，2017年5月份與4月份對比，該爐在運行中一次風量明顯增大，風室壓力明顯偏高。而一次風量大、風室壓力高使旋風分離器出口煙氣濃度增加、流速增大。

表1 蒸發(fā)量為230～240 t/h 時一次風量和風室壓力

（3）經(jīng)宏觀檢驗數(shù)據(jù)可知，高溫過熱器東側(cè)包墻管爆管管道的宏觀外形有明顯的長時間超溫運行的特征，內(nèi)外壁都有一定厚度的氧化皮，說明該處高溫過熱器爆管管道在超溫情況下運行，運行監(jiān)盤人員未及時調(diào)整減溫水，導(dǎo)致該處金屬管道氧化嚴重。后經(jīng)金相檢驗后得知，爆管的組織均是鐵素體加碳化合物，管道壁厚處都有蠕變孔洞，爆管管道口的外壁有許多的蠕變裂紋，精測珠光體球化達4 級，晶粒8 級，內(nèi)外壁有較厚的氧化皮等現(xiàn)象。經(jīng)測點數(shù)值上進一步說明了高溫過熱器的爆管管道長期超溫運行，造成高溫過熱器爆管口外壁的珠光體區(qū)域形態(tài)大量消失，使碳化物粒子在鐵素體晶界上分布，致使球化組織大大的降低了金屬的持久強度、蠕變強度等性能，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，而爆管管道外壁的運行環(huán)境更惡劣，使得蠕變孔洞更容易形成為蠕變裂紋，在熱應(yīng)力的作用下導(dǎo)致高溫過熱器東側(cè)17 根包墻管爆管損壞。

3 對策

（1）長期停或備用的鍋爐設(shè)備，必須按鍋爐《規(guī)程規(guī)程》規(guī)定進行保養(yǎng)和防腐保護。停爐以及停爐后的冷卻過程中的主要操作和發(fā)現(xiàn)的問題，記錄在班長記錄本上，嚴格執(zhí)行《運行規(guī)程》和《設(shè)備安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，升爐或運行時確保進入鍋爐中的給水水質(zhì)合格，以及鍋爐運行中的汽、水品質(zhì)均達標合格。當汽水品質(zhì)惡化危及設(shè)備安全運行時，要立即匯報領(lǐng)導(dǎo)并采取緊急措施，防止發(fā)生設(shè)備事故擴大和人身安全事故。

（2）鍋爐啟停應(yīng)嚴格按《運行規(guī)程》的相關(guān)啟停曲線進行，首先確保一次風量不得低于臨界流化風量，密切監(jiān)視床溫變化情況，鍋爐各運行參數(shù)和各受熱面的管壁溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并嚴密監(jiān)視，及時采取相應(yīng)措施作出調(diào)整，防止鍋爐各參數(shù)波動大。啟停過程中應(yīng)檢查和記錄各聯(lián)箱、中心筒、水冷壁上下聯(lián)箱等的膨脹指示器的指示、及時分析是否正常。

（3）鍋爐運行時要控制好一、二次風量及返料風量，嚴禁低于臨界流化風量，避免風量過大或過小導(dǎo)致缺氧燃燒，防止出現(xiàn)過熱器超溫或鍋爐尾部煙道再燃燒現(xiàn)象發(fā)生。及時控制好床壓，避免煙氣濃度增加，加劇磨損。特別是風量調(diào)整，一次風量確保流化正常，二次風量按額定氧量控制。

（4）進一步規(guī)范鍋爐定、連排工作，防止雜質(zhì)影響管壁傳熱，導(dǎo)致過熱。定排時，要嚴格控制好時間，每次按順序間隔5 s 全開3～4 個定排電動門（全開后立即關(guān)閉），防止破壞水循環(huán)，造成管道過熱。

（5）運行監(jiān)盤人員認真監(jiān)盤，嚴禁發(fā)生超溫運行，并注意監(jiān)視鍋爐蒸汽參數(shù)、流量及汽包水位，杜絕超溫超壓、滿水或缺水事故發(fā)生；進一步加強對各過熱器、再熱器管壁溫度的監(jiān)測，及時做好記錄，發(fā)現(xiàn)超溫及時分析原因，優(yōu)先通過采取運行調(diào)整的手段解決超溫問題，防止發(fā)生因長期超溫運行而導(dǎo)致過熱器爆管損壞。

（6）加強吹灰管理，吹灰時必須保證鍋爐的負壓環(huán)境（防止吹灰時爐膛出口壓力突升至+2500 Pa 發(fā)生MFT（Main Fuel Trip，主燃燒跳閘）動作），根據(jù)積灰程度和觀察排煙溫度上升情況及通過試驗和觀察確定鍋爐受熱面吹灰的周期、次數(shù)（正常運行時交接班時各吹灰一次，中途再吹灰一次），采取這種定期吹灰方法有效保證吹灰效果，吹灰時應(yīng)注意減壓閥乙炔壓力變化情況（0.08～0.15 MPa)，壓縮空氣的壓力控制在0.3～0.6 MPa，防止吹灰器漏汽、漏水或吹損受熱面。

（7）進一步提高完善精細化管理水平，強化責任，落實考核。對鍋爐的一、二次風風量、風室壓力、爐膛出口煙溫、過熱器進口溫度等參數(shù)加大控制力度，確保符合規(guī)定要求。對于升、停爐嚴格按規(guī)程升、停爐曲線執(zhí)行，及細化升、停爐操作典票，確保執(zhí)行到位。加強對鍋爐負荷調(diào)整操作的管理力度，加負荷時先加風后增煤，嚴格執(zhí)行每10 min 增加1 Hz 的規(guī)定要求。加強對鍋爐參數(shù)的分析，將班組的及時分析、專業(yè)的周分析、月分析有效結(jié)合，提高對鍋爐的整體把控能力。

（8）提高運行人員監(jiān)盤質(zhì)量，密切注意監(jiān)視運行鍋爐的過熱蒸汽溫度，當發(fā)現(xiàn)過熱蒸汽溫度突然或大幅度變化時，立即認真檢查鍋爐蒸發(fā)量、爐膛負荷及負壓、煙氣溫度、排煙溫度、一二次風量、爐膛出口溫度和I、II 級減溫水量等，通過數(shù)據(jù)對比分析后盡快采取有效措施并作出相應(yīng)調(diào)整，避免過熱蒸汽溫度超出540 ℃（控制在530～540 ℃）。

（9）鍋爐在升爐或運行中，注意檢查減溫器進水手動隔離門應(yīng)開啟，減溫水調(diào)整門正常，確保足夠的減溫水在減溫器和管道內(nèi)流動，避免因減溫水中斷或減溫水調(diào)整門出現(xiàn)頻率不跟蹤、調(diào)整門時開時關(guān)等異常現(xiàn)象的發(fā)生，注意調(diào)節(jié)汽溫時以一級減溫器粗調(diào)，二級減溫器微調(diào)為原則，同時注意先調(diào)整高過右側(cè)減溫器調(diào)門，確保高溫過熱器出口集箱溫度低于過熱器出口蒸汽溫度（控制在530～540 ℃），在調(diào)節(jié)汽溫時應(yīng)考慮到過熱蒸汽出口溫度的變化滯后增減減溫水量的變化，應(yīng)適當提前調(diào)節(jié)汽溫，從源頭預(yù)防和避免或消除過熱器爆管問題，保證鍋爐正常安全運行。

4 結(jié)束語

CFB 鍋爐是發(fā)電企業(yè)的能源中心，而過熱器是CFB 鍋爐重要的受熱面之一，其安全可靠運行直接關(guān)系到鍋爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性，CFB 鍋爐高過爆管不僅僅影響電廠的經(jīng)濟效益，還會對電廠機組設(shè)備的安全運行造成嚴重的影響，輕者被迫停機停爐，重者發(fā)生安全事故，給企業(yè)帶來不可估量的損失，本文針對CFB 鍋爐爆管分析，制定預(yù)防措施、完善運行調(diào)整和進一步加強管理等措施，避免了頻繁爆管的事故發(fā)生，確保了CFB 鍋爐及機組長周期安全、穩(wěn)定、高效、環(huán)保、經(jīng)濟運行。