循環流化床鍋爐爐膛風帽大面積脫落原因分析及應對措施

姜新雷

滄州旭陽化工有限公司

0 循環流化床鍋爐介紹

某公司一臺220 t/h 循環流化床鍋爐為國內某鍋爐廠制造，于2016年6月投入運行。鍋爐為高溫高壓，采用5 000 kcal動力燃煤、床下風室內天然氣點火方式，啟動初期由床下兩臺天然氣點火槍加熱預裝床料，當床溫高至480 ℃時開始投煤［1-2］。具體設計及實際運行參數見表1。

表1 鍋爐設計及運行數據表

1 風帽設計情況

鍋爐爐膛風帽由鍋爐廠設計，為小型鐘罩式風帽。風帽與風帽管通過4點點焊形式連接，共計785套。風帽管固定于布風板上，尺寸φ51×5 mm，風帽盤尺寸φ114 mm，風帽鐘罩處厚度12 mm。風帽上均勻布置8 個13.5 mm 的孔，風帽孔沿水平線向下傾斜10°。 風帽和風帽管材質為ZG60Cr26Ni7MnSiNRe，風帽管底部部分埋在高溫耐火澆注料內，澆注料厚度130 mm，在保護風帽管不被燒壞的同時還防止床料磨損風帽管。風帽及風帽管尺寸及連接形式見圖1。

圖1 風帽及風帽管尺寸及連接形式

2 風帽運行過程中存在的問題

該鍋爐于 2016 年 6 月投產，2017 年 12 月出現風帽脫落情況，當月鍋爐平均負荷170 t/h、床溫950 ℃。2018 年4 月，風帽開始大量脫落，此時鍋爐平均負荷達210 t/h、床溫最高時1 010 ℃，

除風帽大量脫落外，還出現鍋爐局部結焦情況，以至于嚴重時導致了非計劃停車［3-5］。為此，每次檢修時都需對風帽進行批量更換，拆除的風帽見圖2，可見風帽管有斷裂現象。

圖2 風帽管斷裂

風帽脫落將嚴重影響鍋爐的安全運行，風帽管脫落會引起鍋爐布風板局部出現流化風短路現象，導致床料整體流化不良，進而導致更多風帽損壞；風帽脫落和床溫升高會形成惡性循環，導致鍋爐局部結焦，嚴重時需停爐檢修。到2021年，因風帽問題造成非計劃停爐2 次，給生產造成了很大影響。鍋爐床溫情況見圖3。

圖3 鍋爐床溫情況

3 原因分析

1)材質選型不合理

原風帽及風帽管設計材質為ZG60Cr26Ni7Mn-SiNRe，經查詢該材質使用的最高環境溫度為1 100 ℃，且抗磨性能一般。實際運行過程中，由于床溫測點布置在水冷壁和澆注料處，此處溫度偏低，顯示只有1 010 ℃，但實際爐膛溫度超過1 100 ℃，已達材料極限溫度，故材質選型不合理［6］。此外，風帽由于床料的反復沖刷造成損壞也是風帽脫落的原因。

2)風帽管澆注料施工質量不合格

多次停爐檢查發現風帽管澆注料處施工質量不合格，風帽管斷裂位置多位于風帽盤底部風帽管裸露部分，這是由于澆注料的脫落，風帽管失去了保護，與流化床料直接接觸產生摩擦，進而造成風帽管變薄直至斷裂。

3)風帽及風帽管安裝質量不合格

根據鍋爐廠施工要求，風帽及風帽盤管要嚴密接合，要求縫隙≯0.5 mm，但實際施工過程中，由于風帽間間隙非常小，只有155 mm，很難保證風帽與風帽盤管的嚴密接合，如此流化風在風帽盤處直接短路，造成漏風，而漏風又使其它風帽的風量減小，進而使整個爐膛出現流化不均、床溫偏高現象，造成風帽脫落的加?。?］。

4)床溫偏高

通過對表1中床溫設計溫度與實際運行溫度的對比，可發現實際運行溫度高出設計值50 ℃，嚴重偏離了設計值，此外，風帽實際運行環境溫度也超過了風帽材質限制的最高溫度1 100 ℃，導致風帽發生變形最后斷裂。

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5)風帽及風帽管連接形式不合理

根據鍋爐廠提供的設計說明，風帽及風帽盤是通過4 點點焊形式連接的，此種連接方式存在如下問題：由于電焊點的施工環境溫度為20 ℃，故在950 ℃的運行溫度下會由于熱態膨脹導致拉裂；點焊處風帽管和風帽接觸面積太小，微小的拉裂裂紋也會導致風帽脫落［8］。

4 應對措施

鑒于鍋爐爐膛風帽脫落嚴重問題，公司技術團隊與國內鍋爐廠家進行了多次溝通，認為如需徹底解決該問題需更換風帽材質，并對風帽進行重新布置。由于風帽、布風板的拆除及重新布置工程量和投資都較大，為此，結合公司實際情況，從以下幾方面開展工作［9］：

1)提高風帽和風帽管材質

經與專業廠家溝通，風帽和風帽管的材料選取更為耐高溫、抗磨的ZGCr25Ni20MoW。

2)嚴控爐膛澆注料處施工質量

將風帽管處澆注料的驗收定為A 級質量控制點，以杜絕澆注料脫落情況。

3)嚴控風帽安裝質量

增加風帽管安裝到位驗收環節，在風帽管安裝到位且澆注料驗收合格后再開展風帽安裝工作；對原4 點電焊在高溫情況下極易開焊情況，將電焊改成段焊，增加焊縫長度，確保焊口適應高溫環境。

4)降低鍋爐床溫

聯合設計單位對旋風分離器進口進行了收口及中心筒改造，提高旋風分離器分離效率，提高鍋爐返料量，達到降低鍋爐床溫的目的。

5)改造風帽和風帽管的連接形式

將電焊連接改為旋鈕卡扣式連接（見圖4），并增加卡扣后再點焊步驟，以解決電焊連接接合不牢固問題。

圖4 風帽及風帽管連接圖

2021年10月，通過公司技術團隊的共同努力，對鍋爐進行了上述全面提升改造，鍋爐爐膛風帽脫落得到徹底解決，從根本上杜絕了非計劃停車的可能性。

改造后不僅解決了風帽脫落問題，還提高了分離器分離效率，鍋爐床溫降低約50 ℃，NOx排放量由原來的300 mg/Nm3降到了150 mg/Nm3，脫硝氨水耗量降低85 L/min，相當于節省氨水費用14.8萬元/月，節能效果顯著。

5 結語

流化床鍋爐爐膛風帽為鍋爐的重要部件，出現問題將導致運行異常，因此需選擇合適的風帽，鍋爐廠應根據用戶實際情況，不斷修改、完善風帽型式、材質及安裝要求，確保鍋爐的正常運行。