某小型循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損泄漏分析

劉 璞 席 凈

（商丘市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所，河南 商丘 476000）

引言

隨著工業(yè)活動(dòng)的增加，環(huán)境正在逐漸變差，我國(guó)環(huán)保要求逐漸嚴(yán)格。但是燃煤鍋爐仍是工業(yè)鍋爐的主導(dǎo)產(chǎn)品。而中小型循環(huán)流化床鍋爐因具有高效潔凈燃燒各種劣質(zhì)煤的特點(diǎn)，這幾年在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用?？墒?，由于循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，受熱面磨損不可避免。本文對(duì)此進(jìn)行分析并提出解決辦法。

1 鍋爐基本情況

商丘市東震紙業(yè)有限公司的鍋爐為雙鍋筒橫置式循環(huán)流化床鍋爐（型號(hào)為SHX20-2.5-W），采用旋風(fēng)分離器組成循環(huán)燃燒系統(tǒng)，爐膛四周布置水冷壁管，旋風(fēng)分離器尾部設(shè)上下鍋筒對(duì)流管束、省煤器、空氣預(yù)熱器。鍋爐在運(yùn)行半年后，在鍋筒對(duì)流管束的水冷壁管發(fā)現(xiàn)有泄漏，造成被迫停爐檢修，由于生產(chǎn)緊迫，只對(duì)泄漏的水冷壁管進(jìn)行上下悶堵。2個(gè)星期后，又發(fā)生水冷壁管泄漏情況。嚴(yán)重影響生產(chǎn)，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 磨損機(jī)理

2.1 水冷壁管的磨損機(jī)理

2.1.1 沖擊磨損

當(dāng)固體顆粒沿垂直方向沖擊受熱面管子時(shí)，管子表面出現(xiàn)塑性變形或產(chǎn)生顯微裂紋。比如爐膛出口側(cè)水冷壁，引起物料撞擊方向與速度不一樣，其磨損程度沿前面方向和煙道上下高差分布不一樣，越接近出口磨損越嚴(yán)重，越靠近上不越嚴(yán)重，與出口煙道相齊位置最嚴(yán)重。當(dāng)煙氣從旋風(fēng)分離器出來(lái)進(jìn)入煙道時(shí)，上部煙速最高，攜帶的物料濃度最大，對(duì)一、二排水冷壁管上部磨損也最嚴(yán)重。

2.1.2 切削磨損

當(dāng)固體顆粒以與受熱面平行的方向，高速?zèng)_刷管子時(shí)，對(duì)管子表面產(chǎn)生刨削作用，使管壁變薄。比如水冷壁管連接的焊口、筋片，耐火材料接縫處的凹起凸起處。

2.1 3.接觸疲勞磨損

氣流橫向沖刷管子時(shí)，管子背面形成渦流，固體顆粒在渦流處對(duì)管子背面產(chǎn)生的磨損

2.2 耐火材料的磨損機(jī)理

2.2.1 熱應(yīng)力和熱沖擊造成的破壞

溫度循環(huán)波動(dòng)和熱沖擊以及機(jī)械應(yīng)力造成耐火材料產(chǎn)生裂縫和剝落，當(dāng)溫度循環(huán)波動(dòng)時(shí)，耐火材料骨料和粘合料之間熱膨脹系數(shù)不同而形成內(nèi)應(yīng)力從而破壞耐火材料層。溫度快速變化造成的熱沖擊可使耐火材料內(nèi)的應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度而剝落。

2.2.2.固體物料的沖刷造成的破壞

由于物料以一定的角度對(duì)耐火材料的沖刷而造成耐火材料的磨損，耐火材料的磨損隨沖擊角的增大而增大。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)耐火材料易磨損區(qū)域包括邊角去、旋風(fēng)分離器和固體物料回送管。

3 鍋爐水冷壁管磨損、泄漏原因分析

鍋爐水冷壁管泄漏，停爐后，經(jīng)內(nèi)窺鏡檢驗(yàn)，兩次泄漏的水冷壁管均靠近旋風(fēng)分離器側(cè)。由于上下鍋筒對(duì)流管束密集，非常不易觀察泄漏具體位置。不得已進(jìn)行割管檢驗(yàn)。查看泄漏處發(fā)現(xiàn)是由于沖擊磨損造成的一處寬約8mm的缺口（如圖1）。高度大約在旋風(fēng)分離器頂部，靠近出口往下10cm處。在進(jìn)入對(duì)流管束口處用手順?biāo)浔诠芡旅s10cm處明顯感到分離器外部耐火材料有裂縫，約半指寬。裂縫對(duì)應(yīng)水冷壁管均有沖擊磨損凹槽，共約14根（其中兩個(gè)已經(jīng)泄漏，其一根已經(jīng)割管）。

具體分析并查閱相關(guān)資料，分析其原因如下:①分離器入口段，旋風(fēng)筒弧面與煙道平行相交部分是磨損的主要部分（圖2），在此部位煙氣發(fā)生旋轉(zhuǎn)，物料方向改變，速度高且粒度粗，密度大，因此過(guò)度的熱沖擊會(huì)對(duì)耐火材料造成損傷，產(chǎn)生裂縫。②分離器頂部是筒體澆筑處和出口澆筑處交匯處，在此次會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)直角，致使此處的耐火材料抗壓強(qiáng)度小，澆筑質(zhì)量不好，最終導(dǎo)致裂縫被沖擊透。③由于耐火材料裂縫已經(jīng)產(chǎn)生，導(dǎo)致進(jìn)入分離器的物料直接透過(guò)裂縫沖擊分離器外部的水冷壁管，由于物料與管束垂直撞擊，物料的粒度粗，密度大，溫度高，加之從縫隙中沖擊靠近旋風(fēng)分離器第一批水冷壁管，導(dǎo)致水冷壁管在短時(shí)間泄漏。

4 相關(guān)處理及措施

①拆除影響補(bǔ)焊水冷壁管的耐火材料，對(duì)水冷壁管進(jìn)行補(bǔ)焊;

圖1 水冷壁管磨損缺口

圖2 旋風(fēng)分離器易磨損區(qū)域

②在水冷壁管補(bǔ)焊處添加防磨蓋板;

③修補(bǔ)破壞的旋風(fēng)筒，重新澆筑耐火材料;

④對(duì)分離器頂部直角出做圓弧處理，減少物料的沖擊;

⑤嚴(yán)格控制給煤粒徑，減小給煤粒度，減小煤粒大對(duì)鍋爐的磨損;

⑥控制一次風(fēng)，二次風(fēng)的比例，在保證正常運(yùn)行的情況下，適當(dāng)降低一次風(fēng)量。

5運(yùn)行觀察

經(jīng)過(guò)修理后，在之后的一個(gè)月的運(yùn)行，再次進(jìn)入旋風(fēng)分離器頂部，未發(fā)現(xiàn)耐火材料產(chǎn)生裂縫，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有爆管現(xiàn)象。此次的綜合修理得到了體現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐由于其結(jié)構(gòu)特征其受熱面必然存在磨損，而小型循環(huán)流化床鍋爐由于其爐體較小導(dǎo)致煤在爐膛內(nèi)一次燃燒不夠充分，進(jìn)入旋風(fēng)分離器時(shí)煤粒粗、密度大，對(duì)分離器磨損尤其嚴(yán)重，這次事故就是由于分離器的裂縫導(dǎo)致外部水冷壁受沖擊磨損導(dǎo)致泄漏，在今后的檢驗(yàn)中，關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐的磨損問(wèn)題會(huì)越來(lái)越多，盡可能減少和避免磨損，延緩鍋爐運(yùn)行周期，減少非計(jì)劃停爐次數(shù)。如何在鍋爐安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行之間選擇最佳運(yùn)行工況，有待于在今后的鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，不斷進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高鍋爐水冷壁管磨損控制和預(yù)防水平，實(shí)現(xiàn)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]屈衛(wèi)東、楊建華、楊義波、唐昕。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及運(yùn)行[M]河南科學(xué)出版社，2002.6.

[2]薛曉壘，盧嘯風(fēng)，劉漢周，季炫宇。我國(guó)中小型循環(huán)流化床工業(yè)燃煤鍋爐存在的問(wèn)題及分析[J]，2010.1