循環流化床鍋爐爆管原因分析及解決措施

楊國鋒，李光輝

(新疆新業能源化工有限責任公司，新疆 五家渠 831300)

循環流化床是近年來國際上發展起來的一種改進型潔凈煤燃燒技術，因其燃燒效率高、燃料適應性廣、負荷調節范圍大等優點，在工業利用上有著廣闊的發展空間[1]。然而循環流化床鍋爐的耐磨損性問題嚴重限制了其持續發展。新疆某化工企業配備4臺型號為XD-260/9.81-M型中溫分離循環流化床鍋爐，設計燃燒準東煤。2016年投用以來爆管頻繁，每年因爆管造成的損失高達上億元。為解決這一問題，企業開展研究，取得了一些成果。

1 鍋爐設備簡介

鍋爐運行參數，見表1。

表1 鍋爐運行參數

鍋爐為緊身封閉布置，由前部和尾部兩個豎井煙道組成。前部豎井是爐膛，為懸吊結構，爐膛四周由膜式水冷壁組成。自下而上一次為一次風室、濃相床、懸浮段、一級蒸發管、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器、二級蒸發管及高溫省煤器。在爐膛的錐段部分的前后墻布置有二次風入口。尾部受熱面煙道豎井采用支撐結構，布置有低溫省煤器上段、SCR裝置、低溫省煤器，如圖1所示。

圖1 鍋爐換熱器結構布置

2 爆管情況

2016年～2020年7月，4臺鍋爐共發生爆管79次，見表2，絕大多數是由磨損和腐蝕引起的[2]。

表2 鍋爐爆管情況

3 爆管原因分析

3.1 設計原因

3.1.1 爐型選擇不理想。針對準東煤堿金屬含量高、灰熔點低、易結焦沾污的特點，設計選用了引進吸收德國巴高科的中溫分離爐型，將主要受熱面集中布置在爐膛內，利用燃燒過程中存在的大量固體循環物料不斷沖刷受熱面，以提高熱效率，降低床溫，避免床層結焦和水冷壁發生沾污。運行情況表明該爐型起到了上述作用。但此設計帶來的負面效應卻超出預期，集中表現為爐內蒸發管、過熱器等受熱面在物料沖刷下頻繁出現爆管[3，4]。

3.1.2 管排設計缺陷。一級蒸發管和三級過熱器節距為180mm，二級過熱器、一級過熱器、二級蒸發管、高溫省煤器節距為90mm。由于爐內受熱面節距變窄，導致后部受熱面煙氣流速升高；過熱器管排缺少夾馬固定；管排膨脹量計算不準確；穿墻管直接與水冷壁澆注在一起，膨脹力全部由水冷壁承擔，使得管束無法自由膨脹。

3.1.3 防磨設計缺陷。高溫省煤器上下段缺少煙氣擋板；二級蒸發管四角缺少防磨罩；水冷壁四角防磨效果差；防爆門、人孔門、測點設置過多，容易漏風；采用“V”型床，風帽數量多，風帽眼對吹磨損嚴重[5]。

3.1.4 制造安裝缺陷。個別密封鰭片與水冷壁焊接時咬邊過深；部分澆注料固定不牢；防爆門、人孔門變形，封閉不嚴；防磨瓦與管壁貼合不良；煙風道漏風，導流板沒有做澆筑料。

3.1.5 配套設施缺陷。爐膛吹灰器吹灰管受熱變形，被迫停用。長期不吹灰，細顆?；以谑軣崦婀鼙谏铣练e、堵塞，形成煙氣走廊，加劇其他部分的磨損，沉積引起灰下腐蝕[6]；SNCR噴槍槍頭霧化效果不好，噴氨量大，容易產生硫酸氫氨，在爐內的管壁上結塊、造成腐蝕；返料器密封不良，鍋爐啟動前期容易短路。

3.2 煤的影響

3.2.1 粒度影響。煤粒度由進廠煤粒度原始分布和篩分、破碎系統決定，該企業只有篩分系統,配套設施不完善，導致入爐煤粒度偏大。

入爐煤粒度大，流化效果差，煙氣帶入旋風分離器的物料少，不能維持正常的返料量，會造成床溫高,渣量大、燃燒不完全、鍋爐熱效率下降；粒度小，能被旋風分離器捕捉到的灰量少，床溫高，大量細灰離開鍋爐而影響燃盡度，導致除塵阻力增加，鍋爐效率下降[7]。適宜的入爐煤粒徑為0～10mm，其中：99%應小于8mm；50%應在3mm～5mm；30%應小于1mm。前期研究發現：入爐煤粒徑在12mm時，煙氣中固體顆粒直徑較大，進而加劇磨損；當入爐煤粒徑控制在8mm以下時，磨損量降低一半左右。

3.2.2 堿金屬影響。準東煤屬于高堿金屬煤，結渣及沾污傾向為嚴重[8]。對爐內檢查發現：二級過熱器頂部、一級過熱器底部沾污最嚴重，焦塊呈鐵紅色，較硬，腐蝕介質主要為硫酸鹽。沾污物引起鍋爐管壁腐蝕減薄，同時引起煙氣分布不均，形成煙氣走廊，加劇磨損。

3.2.3 一次風、二次風的影響。一二次風的分配比例對燃料在爐膛內不同高度區域的燃燒率和固體粒子沿爐高的分布情況有較大影響，對密相區和稀相區溫度的分布有調節作用，同時對NOx的生成也有影響。通過試驗發現：一次風量過剩，二次風量不足，是造成鍋爐床溫高、煙氣流速大的原因之一[9]。降低磨損首先要降低風速并選擇合適的風量配比。

3.2.4 運行及檢維修的不足。該企業產品鏈條延長，蒸汽不平衡問題日益突出，鍋爐長期高負荷運行，需要的大煤量和高風量，帶來磨損加快。爆管后強制降溫，搶修后快速提負荷等違規操作時有發生。檢查不到位、檢修倉促、檢修質量差難以避免。

4 解決的措施

4.1 針對設計、安裝缺陷的措施

增加煙氣擋板；人孔、熱工測點部位改為向爐外讓管并焊密集銷釘，澆注高耐磨澆注料，耐磨材料終結處附近的管子上堆焊；在水冷壁稀相區四角部用澆注料將直角改為切角；對返料器重新制作密封；穿墻管加套管后再用澆注料澆注，消除漏風，實施脫硝改造，減少噴氨量。

鍋爐換管大修，把V型床改為均壓床，風管、風帽全部換型；爐內受熱面管束更換并加防磨瓦。詳見表3。

表3 鍋爐具體檢修內容

4.2 針對煤、風的措施

加強原料供應管理，調整配煤，改善入爐煤粒徑和灰分，降低一次風量、每次停爐安排清理掛焦，緩解鍋爐沾污掛焦、減緩腐蝕和磨損。

4.3 運行及檢維修措施

控制鍋爐負荷在85%左右，鍋爐降溫，升溫、提負荷速度按規范執行；編制檢查表，明確檢查區域和內容、制定檢查標準，責任到人；專業人員跟蹤檢修過程；嚴格按照《火力發電廠焊接技術規程》DL/T869-2012規定進行檢驗；執行計劃性檢修。

5 產生的效果

2020年1月～7月，4臺鍋爐共發生5次爆管，與2020年以前相比，爆管頻次下降一半以上，鍋爐爆管情況得到明顯的緩解。