410 t/h 循環(huán)流化床鍋爐高過(guò)包墻管爆管原因分析

孫成龍

（江蘇蘇鹽井神股份公司熱電分公司，江蘇淮安 223200）

0 引言

循環(huán)流化床（Circulating Fluidized Bed，CFB）中的流態(tài)性質(zhì)及流態(tài)化是固體（合適顆粒度的燃煤）與流體接觸的一種動(dòng)態(tài)過(guò)程。經(jīng)過(guò)破碎后的合適顆粒度燃煤在一定的氣速條件下流化，在爐膛內(nèi)燃燒流化，通過(guò)觀察床層的空隙率情況可以發(fā)現(xiàn):當(dāng)氣速低于Uc（初始快速流態(tài)化速度）時(shí)，飛灰循環(huán)量對(duì)床層空隙率影響不大；而當(dāng)氣速一旦超過(guò)Uc時(shí)，床層空隙率主要取決于飛灰循環(huán)量的大小。這里就CFB 鍋爐高過(guò)包墻管頻繁爆管的異?，F(xiàn)象給予簡(jiǎn)述并分析成因。

1 案例

2017年5月18日，濟(jì)南某熱電公司根據(jù)計(jì)劃對(duì)410 t/h CFB 鍋爐進(jìn)行停爐檢修。本次檢修主要是針對(duì)CFB 鍋爐熱效率下降、流量急速下降、無(wú)法維持汽包水位、高過(guò)包墻管頻繁爆管的原因進(jìn)行排查。

打開(kāi)人孔門(mén)，進(jìn)入高過(guò)包墻管發(fā)現(xiàn)，左側(cè)包墻管爆管16 根，其中有15 根包墻管的外壁被磨損變薄，經(jīng)測(cè)厚低于3 mm，同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)東側(cè)17 根包墻管外壁被磨損變薄，共更換48 根包墻管。左側(cè)包墻管割管后宏觀看內(nèi)部光滑無(wú)結(jié)垢、堵塞、腐蝕現(xiàn)象。外部管壁無(wú)蠕變、鼓包、脹粗等現(xiàn)象。東側(cè)包墻管外部管壁有明顯蠕變且孔洞大小不等、爆管口的外壁有明顯的大量蠕變裂紋，珠光體球化4 級(jí)，晶粒8 級(jí)，內(nèi)外壁有較厚的氧化皮等現(xiàn)象。

從CFB 鍋爐投入生產(chǎn)至今，高過(guò)包墻管頻繁爆管的問(wèn)題一直影響著生產(chǎn)的正常進(jìn)行。由于左側(cè)高過(guò)包墻管爆管，大量蒸汽進(jìn)入尾部煙道，最終形成爐膛正壓，導(dǎo)致主蒸汽流量急劇下降，水位降低，無(wú)法維持汽包水位，只能緊急停爐檢修，給公司帶來(lái)了巨大的人力、物力、財(cái)力的負(fù)擔(dān)，影響安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益。

2 高過(guò)包墻管爆管原因分析

2.1 CFB 鍋爐工作過(guò)程

一定顆粒度的燃煤（燃煤經(jīng)循環(huán)破碎機(jī)破碎至合適粒度后），由給煤機(jī)從CFB 流化床燃燒室布風(fēng)板上部給入與燃燒室內(nèi)熾熱的沸騰物料混合，被迅速加熱，燃料迅速著火燃燒，在較高氣流速度作用下，燃燒充滿(mǎn)整個(gè)爐膛，并有大量固體顆料物被攜帶出燃燒室，經(jīng)氣固旋風(fēng)分離器分離后，分離下來(lái)的物料通過(guò)返料風(fēng)機(jī)重新返回爐膛繼續(xù)參與燃燒，而經(jīng)旋風(fēng)分離器導(dǎo)出的高溫?zé)煔?，在尾部煙道與對(duì)流受熱面換熱后，由引風(fēng)機(jī)出口的煙氣從原煙氣進(jìn)口擋板門(mén)進(jìn)入煙氣脫硫系統(tǒng)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凈化后的煙氣在除霧器進(jìn)一步凈化，離開(kāi)除霧器后的凈煙氣經(jīng)凈煙氣擋板進(jìn)入煙囪而排向大氣。

2.2 過(guò)熱器爆管的一般原因

（1）過(guò)熱器被雜物堵塞。

（2）運(yùn)行中飛灰磨損，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，管子蠕脹變形。

（3）過(guò)熱器材質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，制造、安裝、焊接質(zhì)量不良，及吹灰操作不當(dāng)。

（4）由于運(yùn)行工況和煤種的改變，而運(yùn)行調(diào)整不及時(shí)，致使過(guò)熱器管壁超溫。

（5）化學(xué)人員監(jiān)督不嚴(yán)，汽水分離器裝置結(jié)構(gòu)不良或存在缺陷，未及時(shí)消缺，致使蒸汽品質(zhì)不佳，在過(guò)熱器內(nèi)部結(jié)垢，檢修過(guò)程中檢修人員未能徹底清除結(jié)垢，引起高溫過(guò)熱器的壁管溫度升高而發(fā)生蠕變，導(dǎo)致高溫過(guò)熱器爆管損壞。

（6）點(diǎn)火升壓過(guò)程中或平時(shí)運(yùn)行調(diào)整時(shí)，調(diào)節(jié)或操作不當(dāng)不及時(shí)，過(guò)熱器通汽量不足或主蒸汽溫度過(guò)高，引起過(guò)熱后爆管。

2.3 高過(guò)包墻管爆管的原因

（1）冷渣機(jī)落渣管?chē)?yán)重堵塞，經(jīng)事故放渣管人工放渣49 h后無(wú)法明顯降低爐膛風(fēng)室壓力至允許值范圍內(nèi)（9～12 kPa)。

2017年5月11日17:20 至5月13日18:48，因該爐冷渣機(jī)落渣管?chē)?yán)重堵塞，風(fēng)室壓力高達(dá)13～15 kPa 運(yùn)行，導(dǎo)致床層厚度變厚、循環(huán)料量的增加，床料量加大導(dǎo)致旋風(fēng)分離器的分離效率下降或超過(guò)其最大分離量，分離器出口煙氣中攜帶的飛灰量成倍的上升，導(dǎo)致煙道部位磨損加大，致使管壁被煙氣中飛灰沖刷磨損而變薄，導(dǎo)致管道承受過(guò)大應(yīng)力，雖未爆管但埋下了爆管的隱患。

（2）點(diǎn)火升壓過(guò)程中或平時(shí)運(yùn)行時(shí)，操作不當(dāng)或調(diào)整不及時(shí)，致使過(guò)熱器管壁超溫。

管壁被煙氣中飛灰沖刷磨損變薄后，導(dǎo)致管道不能承受應(yīng)有壓力而產(chǎn)生爆破。運(yùn)行時(shí)風(fēng)室壓力維持較高（最高15 kPa），風(fēng)室壓力的升高必然導(dǎo)致床層厚度變厚物、循環(huán)料量的增加，為了保證床層的流化正常必然會(huì)使維持正常流化所需的一次風(fēng)量增加，床料量加大導(dǎo)致分離器的分離效率下降或超過(guò)其最大分離量，導(dǎo)致分離器出口煙氣中攜帶的飛灰量成倍的上升，對(duì)尾部包墻及高溫、低溫過(guò)熱器等管束的磨損成次方性的上升。該金屬受熱表面的磨損正比于飛灰顆粒的動(dòng)能和撞擊次數(shù)，飛灰顆粒的動(dòng)能同流化氣流速度的平方成正比，而撞擊速度同流化速度的一次方成正比，管子金屬的磨損同熱煙氣流速的三次方成正比。

從表1 數(shù)據(jù)可知，2017年5月份與4月份對(duì)比，該爐在運(yùn)行中一次風(fēng)量明顯增大，風(fēng)室壓力明顯偏高。而一次風(fēng)量大、風(fēng)室壓力高使旋風(fēng)分離器出口煙氣濃度增加、流速增大。

表1 蒸發(fā)量為230～240 t/h 時(shí)一次風(fēng)量和風(fēng)室壓力

（3）經(jīng)宏觀檢驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，高溫過(guò)熱器東側(cè)包墻管爆管管道的宏觀外形有明顯的長(zhǎng)時(shí)間超溫運(yùn)行的特征，內(nèi)外壁都有一定厚度的氧化皮，說(shuō)明該處高溫過(guò)熱器爆管管道在超溫情況下運(yùn)行，運(yùn)行監(jiān)盤(pán)人員未及時(shí)調(diào)整減溫水，導(dǎo)致該處金屬管道氧化嚴(yán)重。后經(jīng)金相檢驗(yàn)后得知，爆管的組織均是鐵素體加碳化合物，管道壁厚處都有蠕變孔洞，爆管管道口的外壁有許多的蠕變裂紋，精測(cè)珠光體球化達(dá)4 級(jí)，晶粒8 級(jí)，內(nèi)外壁有較厚的氧化皮等現(xiàn)象。經(jīng)測(cè)點(diǎn)數(shù)值上進(jìn)一步說(shuō)明了高溫過(guò)熱器的爆管管道長(zhǎng)期超溫運(yùn)行，造成高溫過(guò)熱器爆管口外壁的珠光體區(qū)域形態(tài)大量消失，使碳化物粒子在鐵素體晶界上分布，致使球化組織大大的降低了金屬的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度等性能，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，而爆管管道外壁的運(yùn)行環(huán)境更惡劣，使得蠕變孔洞更容易形成為蠕變裂紋，在熱應(yīng)力的作用下導(dǎo)致高溫過(guò)熱器東側(cè)17 根包墻管爆管損壞。

3 對(duì)策

（1）長(zhǎng)期?；騻溆玫腻仩t設(shè)備，必須按鍋爐《規(guī)程規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行保養(yǎng)和防腐保護(hù)。停爐以及停爐后的冷卻過(guò)程中的主要操作和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，記錄在班長(zhǎng)記錄本上，嚴(yán)格執(zhí)行《運(yùn)行規(guī)程》和《設(shè)備安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，升爐或運(yùn)行時(shí)確保進(jìn)入鍋爐中的給水水質(zhì)合格，以及鍋爐運(yùn)行中的汽、水品質(zhì)均達(dá)標(biāo)合格。當(dāng)汽水品質(zhì)惡化危及設(shè)備安全運(yùn)行時(shí)，要立即匯報(bào)領(lǐng)導(dǎo)并采取緊急措施，防止發(fā)生設(shè)備事故擴(kuò)大和人身安全事故。

（2）鍋爐啟停應(yīng)嚴(yán)格按《運(yùn)行規(guī)程》的相關(guān)啟停曲線進(jìn)行，首先確保一次風(fēng)量不得低于臨界流化風(fēng)量，密切監(jiān)視床溫變化情況，鍋爐各運(yùn)行參數(shù)和各受熱面的管壁溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并嚴(yán)密監(jiān)視，及時(shí)采取相應(yīng)措施作出調(diào)整，防止鍋爐各參數(shù)波動(dòng)大。啟停過(guò)程中應(yīng)檢查和記錄各聯(lián)箱、中心筒、水冷壁上下聯(lián)箱等的膨脹指示器的指示、及時(shí)分析是否正常。

（3）鍋爐運(yùn)行時(shí)要控制好一、二次風(fēng)量及返料風(fēng)量，嚴(yán)禁低于臨界流化風(fēng)量，避免風(fēng)量過(guò)大或過(guò)小導(dǎo)致缺氧燃燒，防止出現(xiàn)過(guò)熱器超溫或鍋爐尾部煙道再燃燒現(xiàn)象發(fā)生。及時(shí)控制好床壓，避免煙氣濃度增加，加劇磨損。特別是風(fēng)量調(diào)整，一次風(fēng)量確保流化正常，二次風(fēng)量按額定氧量控制。

（4）進(jìn)一步規(guī)范鍋爐定、連排工作，防止雜質(zhì)影響管壁傳熱，導(dǎo)致過(guò)熱。定排時(shí)，要嚴(yán)格控制好時(shí)間，每次按順序間隔5 s 全開(kāi)3～4 個(gè)定排電動(dòng)門(mén)（全開(kāi)后立即關(guān)閉），防止破壞水循環(huán)，造成管道過(guò)熱。

（5）運(yùn)行監(jiān)盤(pán)人員認(rèn)真監(jiān)盤(pán)，嚴(yán)禁發(fā)生超溫運(yùn)行，并注意監(jiān)視鍋爐蒸汽參數(shù)、流量及汽包水位，杜絕超溫超壓、滿(mǎn)水或缺水事故發(fā)生；進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)各過(guò)熱器、再熱器管壁溫度的監(jiān)測(cè)，及時(shí)做好記錄，發(fā)現(xiàn)超溫及時(shí)分析原因，優(yōu)先通過(guò)采取運(yùn)行調(diào)整的手段解決超溫問(wèn)題，防止發(fā)生因長(zhǎng)期超溫運(yùn)行而導(dǎo)致過(guò)熱器爆管損壞。

（6）加強(qiáng)吹灰管理，吹灰時(shí)必須保證鍋爐的負(fù)壓環(huán)境（防止吹灰時(shí)爐膛出口壓力突升至+2500 Pa 發(fā)生MFT（Main Fuel Trip，主燃燒跳閘）動(dòng)作），根據(jù)積灰程度和觀察排煙溫度上升情況及通過(guò)試驗(yàn)和觀察確定鍋爐受熱面吹灰的周期、次數(shù)（正常運(yùn)行時(shí)交接班時(shí)各吹灰一次，中途再吹灰一次），采取這種定期吹灰方法有效保證吹灰效果，吹灰時(shí)應(yīng)注意減壓閥乙炔壓力變化情況（0.08～0.15 MPa)，壓縮空氣的壓力控制在0.3～0.6 MPa，防止吹灰器漏汽、漏水或吹損受熱面。

（7）進(jìn)一步提高完善精細(xì)化管理水平，強(qiáng)化責(zé)任，落實(shí)考核。對(duì)鍋爐的一、二次風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)室壓力、爐膛出口煙溫、過(guò)熱器進(jìn)口溫度等參數(shù)加大控制力度，確保符合規(guī)定要求。對(duì)于升、停爐嚴(yán)格按規(guī)程升、停爐曲線執(zhí)行，及細(xì)化升、停爐操作典票，確保執(zhí)行到位。加強(qiáng)對(duì)鍋爐負(fù)荷調(diào)整操作的管理力度，加負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)后增煤，嚴(yán)格執(zhí)行每10 min 增加1 Hz 的規(guī)定要求。加強(qiáng)對(duì)鍋爐參數(shù)的分析，將班組的及時(shí)分析、專(zhuān)業(yè)的周分析、月分析有效結(jié)合，提高對(duì)鍋爐的整體把控能力。

（8）提高運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)質(zhì)量，密切注意監(jiān)視運(yùn)行鍋爐的過(guò)熱蒸汽溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)過(guò)熱蒸汽溫度突然或大幅度變化時(shí)，立即認(rèn)真檢查鍋爐蒸發(fā)量、爐膛負(fù)荷及負(fù)壓、煙氣溫度、排煙溫度、一二次風(fēng)量、爐膛出口溫度和I、II 級(jí)減溫水量等，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析后盡快采取有效措施并作出相應(yīng)調(diào)整，避免過(guò)熱蒸汽溫度超出540 ℃（控制在530～540 ℃）。

（9）鍋爐在升爐或運(yùn)行中，注意檢查減溫器進(jìn)水手動(dòng)隔離門(mén)應(yīng)開(kāi)啟，減溫水調(diào)整門(mén)正常，確保足夠的減溫水在減溫器和管道內(nèi)流動(dòng)，避免因減溫水中斷或減溫水調(diào)整門(mén)出現(xiàn)頻率不跟蹤、調(diào)整門(mén)時(shí)開(kāi)時(shí)關(guān)等異?，F(xiàn)象的發(fā)生，注意調(diào)節(jié)汽溫時(shí)以一級(jí)減溫器粗調(diào)，二級(jí)減溫器微調(diào)為原則，同時(shí)注意先調(diào)整高過(guò)右側(cè)減溫器調(diào)門(mén)，確保高溫過(guò)熱器出口集箱溫度低于過(guò)熱器出口蒸汽溫度（控制在530～540 ℃），在調(diào)節(jié)汽溫時(shí)應(yīng)考慮到過(guò)熱蒸汽出口溫度的變化滯后增減減溫水量的變化，應(yīng)適當(dāng)提前調(diào)節(jié)汽溫，從源頭預(yù)防和避免或消除過(guò)熱器爆管問(wèn)題，保證鍋爐正常安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

CFB 鍋爐是發(fā)電企業(yè)的能源中心，而過(guò)熱器是CFB 鍋爐重要的受熱面之一，其安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到鍋爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性，CFB 鍋爐高過(guò)爆管不僅僅影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)對(duì)電廠機(jī)組設(shè)備的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，輕者被迫停機(jī)停爐，重者發(fā)生安全事故，給企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失，本文針對(duì)CFB 鍋爐爆管分析，制定預(yù)防措施、完善運(yùn)行調(diào)整和進(jìn)一步加強(qiáng)管理等措施，避免了頻繁爆管的事故發(fā)生，確保了CFB 鍋爐及機(jī)組長(zhǎng)周期安全、穩(wěn)定、高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。