循環(huán)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(yè)能源化工有限責任公司，新疆 五家渠 831300)

循環(huán)流化床是近年來國際上發(fā)展起來的一種改進型潔凈煤燃燒技術(shù)，因其燃燒效率高、燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點，在工業(yè)利用上有著廣闊的發(fā)展空間[1]。然而循環(huán)流化床鍋爐的耐磨損性問題嚴重限制了其持續(xù)發(fā)展。新疆某化工企業(yè)配備4臺型號為XD-260/9.81-M型中溫分離循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)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(yè)開展研究，取得了一些成果。

1 鍋爐設(shè)備簡介

鍋爐運行參數(shù)，見表1。

表1 鍋爐運行參數(shù)

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(jié)構(gòu)，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(fā)管、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器、二級蒸發(fā)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)布置

2 爆管情況

2016年～2020年7月，4臺鍋爐共發(fā)生爆管79次，見表2，絕大多數(shù)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(shè)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(jié)焦沾污的特點，設(shè)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(nèi)，利用燃燒過程中存在的大量固體循環(huán)物料不斷沖刷受熱面，以提高熱效率，降低床溫，避免床層結(jié)焦和水冷壁發(fā)生沾污。運行情況表明該爐型起到了上述作用。但此設(shè)計帶來的負面效應(yīng)卻超出預(yù)期，集中表現(xiàn)為爐內(nèi)蒸發(fā)管、過熱器等受熱面在物料沖刷下頻繁出現(xiàn)爆管[3，4]。

3.1.2 管排設(shè)計缺陷。一級蒸發(fā)管和三級過熱器節(jié)距為180mm，二級過熱器、一級過熱器、二級蒸發(fā)管、高溫省煤器節(jié)距為90mm。由于爐內(nèi)受熱面節(jié)距變窄，導(dǎo)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(shè)計缺陷。高溫省煤器上下段缺少煙氣擋板；二級蒸發(fā)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(shè)置過多，容易漏風；采用“V”型床，風帽數(shù)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(dǎo)流板沒有做澆筑料。

3.1.5 配套設(shè)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(chǎn)生硫酸氫氨，在爐內(nèi)的管壁上結(jié)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(tǒng)決定，該企業(yè)只有篩分系統(tǒng),配套設(shè)施不完善，導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)小于8mm；50%應(yīng)在3mm～5mm；30%應(yīng)小于1mm。前期研究發(fā)現(xiàn)：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(jié)渣及沾污傾向為嚴重[8]。對爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)：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(zhì)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(nèi)不同高度區(qū)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(qū)和稀相區(qū)溫度的分布有調(diào)節(jié)作用，同時對NOx的生成也有影響。通過試驗發(fā)現(xiàn)：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(yè)產(chǎn)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(guī)操作時有發(fā)生。檢查不到位、檢修倉促、檢修質(zhì)量差難以避免。

4 解決的措施

4.1 針對設(shè)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(jié)處附近的管子上堆焊；在水冷壁稀相區(qū)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(nèi)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(nèi)容

4.2 針對煤、風的措施

加強原料供應(yīng)管理，調(diào)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(guī)范執(zhí)行；編制檢查表，明確檢查區(qū)域和內(nèi)容、制定檢查標準，責任到人；專業(yè)人員跟蹤檢修過程；嚴格按照《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》DL/T869-2012規(guī)定進行檢驗；執(zhí)行計劃性檢修。

5 產(chǎn)生的效果

2020年1月～7月，4臺鍋爐共發(fā)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。