CFB鍋爐機組返料腿膨脹節耐火材料脫落的原因分析與解決方案

摘要：分析了CFB鍋爐機組返料腿膨脹節耐火材料頻繁脫落的原因，并提出了有效的解決方案，對于提高鍋爐機組運行的可靠性具有重要意義。

關鍵詞：鍋爐機組;返料腿;耐火材料;錨固件

0 引言

某電廠CFB鍋爐為超高壓再熱、單汽包自然循環、島式布置、全鋼架懸吊式循環流化床鍋爐，采用高溫絕熱旋風分離器進行氣固分離，布置有3臺蝸殼式絕熱鋼板旋風分離器，旋風分離器筒體采用10 mm碳鋼鋼板制成，在煙氣側敷設了耐磨層，鋼板和耐磨層中間敷設了保溫材料，在旋風分離器的圓柱體和錐體結合處設置了環形支座，并擱置在鋼架橫梁上。旋風分離器下部各布置一臺非機械的“U”型回料器，物料流化經返料腿返回爐膛。返料腿與返料器采用非金屬膨脹節進行連接，鍋爐返料腿對機組的安全穩定可靠運行起著至關重要的作用。如果鍋爐返料腿燒紅且耐火材料進入落渣管造成返料腿堵塞，輕則降低鍋爐正常出力，影響機組負荷，重則導致鍋爐機組非停。

1 鍋爐返料腿存在的問題

鍋爐返料腿膨脹節處的筒體材質選用不當、預留膨脹間隙不足、結構形式不合理、錨固件形式單一等，導致耐火材料的缺陷率較高，損壞頻繁，甚至造成返料腿筒體燒紅，材質碳化失效等現象，嚴重影響機組安全運行，降低機組的運行可靠性，直接影響鍋爐的經濟運行。

（1）原膨脹節內筒材質為16Mn鋼，使用溫度為-20～475 ℃，返料腿運行溫度為800～900 ℃，高出16Mn鋼使用溫度，無法適應工況，長期超溫運行材料會最終碳化失效。

（2）內筒與外筒預留的膨脹間隙不足，膨脹受限使膨脹節產生局部變形，導致耐火材料脫落。

（3）原耐火材料由環形托架支撐，環形托架熱膨脹時受內筒拘束向下變形，耐火材料得不到有效支撐，最終脫落。

（4）原錨固件為Y銷釘，每隔150 mm交錯布置，銷釘端部沒有鋼筋網格，使耐火材料無法形成整體，個別銷釘失效后會使局部耐火材料松動，相鄰耐火材料之間沒有可靠聯系，最終脫落。

2 鍋爐返料腿膨脹節耐火耐磨材料脫落的解決方案

2.1 ? ?方案設計及實施

鍋爐返料腿運行溫度為800～900 ℃，16Mn鋼無法滿足使用工況，是返料腿筒體損壞的主要原因;內外筒預留間隙不夠，膨脹受限產生較大應力，使內筒壁局部變形，是耐火材料脫落的主要原因;耐火材料托架、錨固件設計不合理是耐火材料脫落的次要原因。

針對上述分析，本文制定的解決方案如下：

（1）將膨脹節內筒材質更換為1Cr18Ni9Ti，預留50 mm膨脹余量，焊接耐火材料托架。鋼板對接焊縫開30°坡口，選用型號為A302、直徑3.2 mm的焊條，焊接電流為90～110 A，保證材料厚度方向全部焊透。耐火材料托架由環形改為150 mm×200 mm×12 mm的鋼板分散支撐布置，鋼板材質為1Cr18Ni9Ti，并用同材質三角板進行加固，既避免環形板熱膨脹產生較大的應力變形，又可以有效支撐耐火材料;托架角焊縫全部滿焊，焊腳高度10 mm。焊接筒體及托架如圖1所示。

（2）錨固件材質為310S，制作？準10 mm×300 mm銷釘，每隔100 mm交錯布置，根部滿焊，端部焊接100 mm×100 mm的鋼筋網格，每隔500 mm預留3 mm迷宮型膨脹縫，滿足耐火材料膨脹需求。焊條選用A402型號，焊接電流為90～110 A，焊縫方向焊滿，錨固件焊接必須牢固，應無裂紋和夾渣現象，且與護板垂直，表面涂刷1～2 mm厚瀝青漆，保溫澆注料施工前，靠護板粘貼2層20 mm硅酸鋁纖維板，層與層之間錯縫粘貼。絕熱澆注料施工時，采用人工敷設方式，施工時必須一次性達到148 mm厚，不要分層施工，用專用工具拍打密實后壓光（銷釘周圍嚴禁有空氣流通現象），周邊施工縫拍打密實。焊接？準6 mm、0Cr25Ni20材質的100 mm×100 mm鋼筋網格，以增強對耐磨澆注料的固定度。所有抓釘均應在可塑料施工前涂刷瀝青漆。

焊接銷釘如圖2所示，焊接鋼筋網如圖3所示。

（3）耐磨可塑料施工。可塑料敷設在施工構件上后，用木錘或橡皮錘搗打密實。塊與塊之間的接縫也應搗打密實，使接縫嚴密，將表面壓光、壓平。所施工部位與原來墻體接縫處應確保平滑過渡，不得凹進或凸出。用磷酸鋁溶液浸泡硅酸鋁纖維板封堵膨脹縫，避免鍋爐運行過程中出現竄風現象，導致非金屬補償器燒損。耐磨可塑料施工完畢后的膨脹縫封堵如圖4所示。

2.2 ? ?方案特點

（1）采用上述解決方案后，在鍋爐機組啟動后測量膨脹節處溫度，沒有超溫現象，機組停機后檢查無脫落跡象，達到預期目標。鍋爐機組累計運行2年后，返料腿膨脹節耐火耐磨材料未見脫落、開裂、變形等缺陷，如圖5所示。

（2）采用上述方案成功改造其中1臺鍋爐后，在其他3臺鍋爐進行了同樣的改造，效果良好，至今返料腿膨脹節處耐火材料情況良好，未發生筒體超溫、耐火材料脫落現象。

（3）通過改造治理，有效提高了返料腿的可靠性，保證了機組的安全穩定運行;減少了爐膛檢修交叉作業，降低了檢修安全風險;減少了檢修項目，降低了維護費用，縮短了檢修工期。

3 結語

本文通過對CFB鍋爐機組返料腿膨脹節的耐火材料部位進行相應的優化治理，避免了因材質等級低、膨脹間隙不足、錨固件強度低等引起的耐火材料脫落問題，提高了返料腿的可靠性，保證了機組的安全穩定運行，減少了爐膛檢修交叉作業項目，同時降低了檢修安全風險。

[參考文獻]

[1] 岑可法，倪明紅，嚴建華，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1998.

收稿日期：2020-08-27

作者簡介：吳浪（1983—），男，陜西子洲人，工程師，研究方向：循環流化床鍋爐設備可靠性及運行優化。