循環(huán)流化床鍋爐鐘風(fēng)帽式風(fēng)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(chē)間，陜西 彬州 712000）

前言

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐是近30 年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型潔凈煤燃燒技術(shù)，因?yàn)樗梢苑€(wěn)定燃燒煤粉爐難以燃燒的各種劣質(zhì)燃料，具有良好的環(huán)保特性，具有廣泛的負(fù)載調(diào)整。這樣的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外得到了迅速的應(yīng)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(wèn)題。當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行一定周期后，鍋爐風(fēng)帽會(huì)磨損，嚴(yán)重時(shí)影響床料的流花及排渣，鍋爐將被迫停爐進(jìn)行維修。因此，處理風(fēng)帽磨損，確保鍋爐安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)行是急需解決的問(wèn)題。風(fēng)帽是空氣分配裝置中最容易磨損的部分。風(fēng)帽上的孔會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)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(jìn)的清潔物料燃燒新技術(shù)。鍋爐本體主要由燃燒系統(tǒng)、布風(fēng)系統(tǒng)、返料系統(tǒng)和氣固分離系統(tǒng)組成。一次風(fēng)通過(guò)布風(fēng)板上的風(fēng)帽均勻的輸送到爐膛，爐內(nèi)床料經(jīng)一次風(fēng)流態(tài)化后，以流體形式填充爐膛，二次風(fēng)在爐膛下側(cè)一定高度進(jìn)入爐膛，為分級(jí)燃燒提供充足的氧氣，固體顆粒在爐膛內(nèi)以氣態(tài)和固態(tài)流動(dòng)。爐內(nèi)的小顆粒在聚集和結(jié)塊的影響下會(huì)形成大顆粒的燃燒材料。在風(fēng)流的作用下，它們會(huì)變成反向向下運(yùn)動(dòng)，然后被快速上升的氣流分散并分解成細(xì)顆粒，在氣流的作用下會(huì)發(fā)生變化。向上移動(dòng)，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(shí)，鍋爐出口利用高溫?zé)煔鈳С黾?xì)小顆粒物，再通過(guò)返料裝置送回二次燃燒，使?fàn)t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(yùn)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(duì)鍋爐安裝過(guò)程中的部件磨損采取預(yù)防控制措施，科學(xué)合理地控制燃料煤的粒徑，將粒徑控制到一定范圍內(nèi)，即可以減少流化床鍋爐風(fēng)帽及受熱面的磨損，又能夠保證爐膛內(nèi)有足夠的床料參與流花，確保鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。流化床鍋爐部件的磨損還受到煤種、燃燒狀態(tài)調(diào)整等其他因素的影響。在安裝流化床鍋爐的過(guò)程中，首先要了解設(shè)備的原理，然后采取科學(xué)合理的抗磨措施。只有這樣才能提高設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

二、循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)帽蓋的結(jié)構(gòu)和工作原理

風(fēng)帽是循環(huán)流化床（CFB）鍋爐的關(guān)鍵部件，可實(shí)現(xiàn)均勻的空氣分布，保持爐膛和鍋爐內(nèi)合理的氣固兩相流動(dòng)，是爐內(nèi)高溫高磨損的易損件。風(fēng)帽質(zhì)量的好壞直接影響CFB 鍋爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行的保證。鍋爐運(yùn)行時(shí)，風(fēng)從風(fēng)帽的小孔進(jìn)入流化床吹動(dòng)物料，使流化床內(nèi)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(fēng)帽磨損問(wèn)題及分析

風(fēng)帽出現(xiàn)大面積磨損，有的風(fēng)管磨損嚴(yán)重，有的小孔變大，有的鐘罩頂部磨損。風(fēng)帽的磨損將會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)流化不好，引起漏渣到水冷風(fēng)室、局部結(jié)焦等問(wèn)題，造成鍋爐停爐檢修。根據(jù)風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)和功能、實(shí)際維修情況，結(jié)合工藝操作和風(fēng)帽備件的分析，影響風(fēng)帽磨損的主要因素是工藝、維修及備件質(zhì)量。

（一）工藝影響

鍋爐運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)機(jī)送出的一次風(fēng)送入水冷風(fēng)室，通過(guò)布風(fēng)板上的風(fēng)帽進(jìn)入流化床，形成兩股旋轉(zhuǎn)方向相反的旋流。爐底的氣動(dòng)流場(chǎng)是湍流的。風(fēng)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(fēng)帽。當(dāng)固體顆粒相對(duì)于風(fēng)帽表面的撞擊角很小，甚至接近平行時(shí)，固體顆粒垂直于風(fēng)帽表面的分速度使顆粒進(jìn)入風(fēng)帽表面，固體顆粒和風(fēng)帽表面的部分速度使其沿著風(fēng)帽表面滑動(dòng)，這兩個(gè)子速度的綜合作用，起到了一種“刨”的作用。如果風(fēng)帽的表面不能承受這種“刨”的效果，就會(huì)被切掉很小的一塊。即發(fā)生沖刷磨損。當(dāng)這種“刨”現(xiàn)象大量重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)風(fēng)帽表面就會(huì)有明顯的磨損。在大量固體顆粒的反復(fù)沖擊下，風(fēng)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(fēng)帽的磨損。如下圖所示：

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

（二）維修質(zhì)量的影響

CFB 鍋爐運(yùn)行后，風(fēng)帽、中心風(fēng)管、布風(fēng)板整體焊接在一起。當(dāng)需要更換風(fēng)帽時(shí)，必須將磨損的風(fēng)帽與布風(fēng)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(fēng)帽整體更換，然后重新澆注料；并且在切割磨損的風(fēng)帽和焊接新風(fēng)帽時(shí)，由于氣割和焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量較大，容易造成布?xì)獍搴惋L(fēng)帽的熱變形產(chǎn)生焊接應(yīng)力，無(wú)法保證風(fēng)帽的安裝質(zhì)量，也會(huì)增加風(fēng)帽的磨損，對(duì)周?chē)乃浔诠芤矔?huì)產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)，砸澆注料的過(guò)程中，可能會(huì)損傷周?chē)乃浔诠?，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)對(duì)后期運(yùn)行產(chǎn)生隱患，水冷壁隨時(shí)可能會(huì)泄露。重新澆注料時(shí)，一定要精心，避免將個(gè)別風(fēng)帽眼打到澆注料內(nèi)部的情況，引起流化不均勻，再一次磨損風(fēng)帽。對(duì)新澆筑的澆注料，還要進(jìn)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(qiáng)度不夠，正常運(yùn)行后將對(duì)澆注料產(chǎn)生沖刷，當(dāng)澆注料沖刷掉以后，進(jìn)一步?jīng)_刷風(fēng)帽及水冷壁管，影響鍋爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）備件質(zhì)量的影響

CFB 鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)帽一直處于高溫高沖刷區(qū)域，所以對(duì)風(fēng)帽本身的性能也提出了更高的要求，風(fēng)帽的材質(zhì)本身要具有耐高溫、耐沖刷的性能。若風(fēng)帽材質(zhì)本身存在缺陷不具有耐高溫、耐沖刷的性能，那無(wú)論工藝如果調(diào)整、控制，維修質(zhì)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(diǎn)停爐操作步驟

眾所周知，無(wú)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(diǎn)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(dǎo)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，按照規(guī)定的升溫升壓/降溫降壓曲線(xiàn)進(jìn)行，避免因受熱不均勻，導(dǎo)致鍋爐整體膨脹出現(xiàn)問(wèn)題，影響鍋爐的使用壽命。

（二）控制日常運(yùn)行工藝參數(shù)

做好鍋爐風(fēng)量的控制，因?yàn)镃FB 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(lái)進(jìn)行懸浮燃燒。風(fēng)量的大小對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行產(chǎn)生的磨損有較大的影響。應(yīng)控制爐內(nèi)風(fēng)量略超過(guò)最小流化量，這樣可以最大程度地減小爐內(nèi)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(fēng)量越大，風(fēng)量越大，物料濃度越大，對(duì)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(yùn)行中要平衡磨損和效率之間的關(guān)系，不同的鍋爐所需的物料循環(huán)量也不同。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，找到一個(gè)平衡點(diǎn)，既能滿(mǎn)足降低磨損的需求，又能滿(mǎn)足鍋爐的運(yùn)行效率。

（三）控制進(jìn)爐燃料

對(duì)符合流化床燃燒要求的燃料進(jìn)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(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用，燃料顆粒的差異會(huì)比較大。均勻分布在爐膛內(nèi)，受熱面磨損會(huì)更嚴(yán)重。入爐煤的質(zhì)量要嚴(yán)格控制，使燃料顆粒的直徑控制在0～10mm，這樣可以減少爐內(nèi)各部件的磨損。

結(jié)語(yǔ)

循環(huán)流化床（CFB）具有污染控制成本低、燃料適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)。在生物質(zhì)混燃、生物質(zhì)直燃、垃圾焚燒發(fā)電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。是目前低熱值燃料利用領(lǐng)域最有前途的技術(shù)之一。風(fēng)帽固定在煙道內(nèi)，由高溫?zé)煔庵苯記_洗。在非吹掃操作階段，風(fēng)帽壁溫度與煙氣溫度相同，約為1000～1100℃?？梢?jiàn)，風(fēng)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(fēng)帽運(yùn)行一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋，不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致受熱面管效率下降。由于風(fēng)帽工作環(huán)境惡劣，需要定期檢查和維護(hù)。每次檢修吹灰風(fēng)帽時(shí)，必須在爐外搭建腳手架，并在爐內(nèi)一一檢查風(fēng)帽的裂紋，并定期更換風(fēng)帽，維護(hù)工作量大，維護(hù)周期長(zhǎng)。要深入了解鍋爐風(fēng)帽的工作原理，分析安裝維護(hù)對(duì)鍋爐風(fēng)帽磨損的影響，采取有效的抗磨措施，保證鍋爐的正常運(yùn)行。