循環(huán)流化床鍋爐鐘風帽式風帽磨損及漏渣成因研究

田群偉 楊正

（陜西渭河彬州化工有限公司水汽車間，陜西 彬州 712000）

前言

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐是近30 年來發(fā)展起來的一種新型潔凈煤燃燒技術，因為它可以穩(wěn)定燃燒煤粉爐難以燃燒的各種劣質燃料，具有良好的環(huán)保特性，具有廣泛的負載調整。這樣的技術優(yōu)勢在國內外得到了迅速的應用和發(fā)展。隨著循環(huán)流化床鍋爐的快速發(fā)展，也暴露出一些問題。當循環(huán)流化床鍋爐運行一定周期后，鍋爐風帽會磨損，嚴重時影響床料的流花及排渣，鍋爐將被迫停爐進行維修。因此，處理風帽磨損，確保鍋爐安全、穩(wěn)定、長期運行是急需解決的問題。風帽是空氣分配裝置中最容易磨損的部分。風帽上的孔會隨著使用時間的延長而磨損。

一、循環(huán)流化床鍋爐的工作原理

它與普通鍋爐有很大不同。流化床鍋爐物料的燃燒是基于氣相和固相流體的理論，是一種先進的清潔物料燃燒新技術。鍋爐本體主要由燃燒系統(tǒng)、布風系統(tǒng)、返料系統(tǒng)和氣固分離系統(tǒng)組成。一次風通過布風板上的風帽均勻的輸送到爐膛，爐內床料經一次風流態(tài)化后，以流體形式填充爐膛，二次風在爐膛下側一定高度進入爐膛，為分級燃燒提供充足的氧氣，固體顆粒在爐膛內以氣態(tài)和固態(tài)流動。爐內的小顆粒在聚集和結塊的影響下會形成大顆粒的燃燒材料。在風流的作用下，它們會變成反向向下運動，然后被快速上升的氣流分散并分解成細顆粒，在氣流的作用下會發(fā)生變化。向上移動，燃燒的小顆粒將循環(huán)下沉、吹出和上升，并以這種循環(huán)方式繼續(xù)燃燒。同時，鍋爐出口利用高溫煙氣帶出細小顆粒物，再通過返料裝置送回二次燃燒，使爐膛循環(huán)燃燒，保證爐膛熱量和燃料平衡，使流化床鍋爐能正常運行。從以上原理不難發(fā)現(xiàn)，流化床工作面磨損的影響主要由燃料顆粒的直徑和速度決定。要對鍋爐安裝過程中的部件磨損采取預防控制措施，科學合理地控制燃料煤的粒徑，將粒徑控制到一定范圍內，即可以減少流化床鍋爐風帽及受熱面的磨損，又能夠保證爐膛內有足夠的床料參與流花，確保鍋爐的穩(wěn)定運行。流化床鍋爐部件的磨損還受到煤種、燃燒狀態(tài)調整等其他因素的影響。在安裝流化床鍋爐的過程中，首先要了解設備的原理，然后采取科學合理的抗磨措施。只有這樣才能提高設備的安全性和穩(wěn)定性。

二、循環(huán)流化床鍋爐風帽蓋的結構和工作原理

風帽是循環(huán)流化床（CFB）鍋爐的關鍵部件，可實現(xiàn)均勻的空氣分布，保持爐膛和鍋爐內合理的氣固兩相流動，是爐內高溫高磨損的易損件。風帽質量的好壞直接影響CFB 鍋爐的長周期穩(wěn)定運行。良好的流化和燃燒穩(wěn)定性是循環(huán)流化床鍋爐安全運行的保證。鍋爐運行時，風從風帽的小孔進入流化床吹動物料，使流化床內的物料均勻流化燃燒，其作用是形成均勻的阻力，保證流化空氣的均勻性。

三、風帽磨損問題及分析

風帽出現(xiàn)大面積磨損，有的風管磨損嚴重，有的小孔變大，有的鐘罩頂部磨損。風帽的磨損將會導致爐膛內流化不好，引起漏渣到水冷風室、局部結焦等問題，造成鍋爐停爐檢修。根據(jù)風帽的結構和功能、實際維修情況，結合工藝操作和風帽備件的分析，影響風帽磨損的主要因素是工藝、維修及備件質量。

（一）工藝影響

鍋爐運行時，一次風機送出的一次風送入水冷風室，通過布風板上的風帽進入流化床，形成兩股旋轉方向相反的旋流。爐底的氣動流場是湍流的。風帽上部形成渦流區(qū)。在流化床中上下翻滾的物料不斷撞擊和沖刷風帽。當固體顆粒相對于風帽表面的撞擊角很小，甚至接近平行時，固體顆粒垂直于風帽表面的分速度使顆粒進入風帽表面，固體顆粒和風帽表面的部分速度使其沿著風帽表面滑動，這兩個子速度的綜合作用，起到了一種“刨”的作用。如果風帽的表面不能承受這種“刨”的效果，就會被切掉很小的一塊。即發(fā)生沖刷磨損。當這種“刨”現(xiàn)象大量重復出現(xiàn)時，發(fā)動風帽表面就會有明顯的磨損。在大量固體顆粒的反復沖擊下，風帽的塑性變形層逐漸脫落磨損。而且，由于流化床溫度高，也加劇了風帽的磨損。如下圖所示：

這是風帽上部出現(xiàn)了偏磨，如果不能提前更換，再運行一段時間后，風帽將會磨穿，導致局部流化不好，床料泄漏至水冷風室，水冷風室的床料再次隨著一次風進入其他風帽，將加劇其他風帽中心風管及風帽眼的磨損，形成惡性循環(huán)。局部的不良流化將導致局部超溫引起高溫結焦，根據(jù)結焦位置的不同，對CFB 鍋爐的穩(wěn)定運行產生的影響也不同。若排渣口附近出現(xiàn)結焦，排渣口區(qū)域流化不好，引起排渣困難，可能造成鍋爐無法排渣被迫停爐；若結焦在其他區(qū)域，隨著運行時間的增加，結焦區(qū)域可能會進一步擴大，最終因流化不好，導致鍋爐被迫停爐。

（二）維修質量的影響

CFB 鍋爐運行后，風帽、中心風管、布風板整體焊接在一起。當需要更換風帽時，必須將磨損的風帽與布風板整體切割更換。這就需要將流化床底部的澆注料砸掉，將磨損的風帽整體更換，然后重新澆注料；并且在切割磨損的風帽和焊接新風帽時，由于氣割和焊接時產生的熱量較大，容易造成布氣板和風帽的熱變形產生焊接應力，無法保證風帽的安裝質量，也會增加風帽的磨損，對周圍的水冷壁管也會產生一定的影響。同時，砸澆注料的過程中，可能會損傷周圍的水冷壁管，若不能及時發(fā)現(xiàn)，將會對后期運行產生隱患，水冷壁隨時可能會泄露。重新澆注料時，一定要精心，避免將個別風帽眼打到澆注料內部的情況，引起流化不均勻，再一次磨損風帽。對新澆筑的澆注料，還要進行烘爐，提高澆注料的硬度，若烘爐工作不到位，造成澆注料的強度不夠，正常運行后將對澆注料產生沖刷，當澆注料沖刷掉以后，進一步沖刷風帽及水冷壁管，影響鍋爐的長周期穩(wěn)定運行。

（三）備件質量的影響

CFB 鍋爐正常運行時，風帽一直處于高溫高沖刷區(qū)域，所以對風帽本身的性能也提出了更高的要求，風帽的材質本身要具有耐高溫、耐沖刷的性能。若風帽材質本身存在缺陷不具有耐高溫、耐沖刷的性能，那無論工藝如果調整、控制，維修質量再高也不起作用。

四、減少循環(huán)流化床鍋爐部件磨損的措施

（一）規(guī)范點停爐操作步驟

眾所周知，無論鍋爐的受熱面還是澆注料都有一定的熱膨脹系數(shù)，所以點停爐期間的操作，一定按照澆注料廠家和鍋爐廠家的操作指導說明書進行，按照規(guī)定的升溫升壓/降溫降壓曲線進行，避免因受熱不均勻，導致鍋爐整體膨脹出現(xiàn)問題，影響鍋爐的使用壽命。

（二）控制日常運行工藝參數(shù)

做好鍋爐風量的控制，因為CFB 鍋爐的燃燒方式是將密相區(qū)的床料及燃料煤顆粒吹起來進行懸浮燃燒。風量的大小對鍋爐的正常運行產生的磨損有較大的影響。應控制爐內風量略超過最小流化量，這樣可以最大程度地減小爐內各部件的磨損。

控制一定的床層厚度。我們知道，床層厚度越大，所需的最小流化風量越大，風量越大，物料濃度越大，對鍋爐各部件的磨損也就越大，反之則越小。但是增加床層厚度有助于提高CFB 鍋爐的燃燒效率，所以，在正常運行中要平衡磨損和效率之間的關系，不同的鍋爐所需的物料循環(huán)量也不同。根據(jù)運行經驗，找到一個平衡點，既能滿足降低磨損的需求，又能滿足鍋爐的運行效率。

（三）控制進爐燃料

對符合流化床燃燒要求的燃料進行篩分和粉碎是減輕流化床磨損的有效保證。如果燃料篩分和破碎處理系統(tǒng)沒有發(fā)揮應有的作用，燃料顆粒的差異會比較大。均勻分布在爐膛內，受熱面磨損會更嚴重。入爐煤的質量要嚴格控制，使燃料顆粒的直徑控制在0～10mm，這樣可以減少爐內各部件的磨損。

結語

循環(huán)流化床（CFB）具有污染控制成本低、燃料適應范圍廣的特點。在生物質混燃、生物質直燃、垃圾焚燒發(fā)電等領域有著廣泛的應用。是目前低熱值燃料利用領域最有前途的技術之一。風帽固定在煙道內，由高溫煙氣直接沖洗。在非吹掃操作階段，風帽壁溫度與煙氣溫度相同，約為1000～1100℃?？梢?，風帽工作環(huán)境較為惡劣，處于周期性溫度疲勞失效狀態(tài)。風帽運行一定時間后，會出現(xiàn)疲勞裂紋，不易及時發(fā)現(xiàn)，導致受熱面管效率下降。由于風帽工作環(huán)境惡劣，需要定期檢查和維護。每次檢修吹灰風帽時，必須在爐外搭建腳手架，并在爐內一一檢查風帽的裂紋，并定期更換風帽，維護工作量大，維護周期長。要深入了解鍋爐風帽的工作原理，分析安裝維護對鍋爐風帽磨損的影響，采取有效的抗磨措施，保證鍋爐的正常運行。