循環(huán)流化床鍋爐常見故障及預防策略

潘彬彬，王鵬輝

（1. 內蒙古電力工程技術研究院，內蒙古呼和浩特，010010；2. 華電電力科學研究院內蒙古分院，內蒙古呼和浩特，010020）

循環(huán)流化床鍋爐常見故障及預防策略

潘彬彬1，王鵬輝2

（1. 內蒙古電力工程技術研究院，內蒙古呼和浩特，010010；2. 華電電力科學研究院內蒙古分院，內蒙古呼和浩特，010020）

循環(huán)流化床鍋爐在具備高效、靈活、經濟、清潔等優(yōu)勢的同時，也易發(fā)生故障。結合循環(huán)流化床鍋爐結構，對其常見故障進行了深入研究，分析了預防策略。研究表明：耐火澆筑料損壞、排渣系統(tǒng)故障、物料循環(huán)系統(tǒng)故障、結焦和流化床磨損，是循環(huán)流化床鍋爐的五大常見故障。各種故障之間相互制約和影響，在檢查、維護時應高度重視，實施積極的預防策略，保障鍋爐安全運行。

循環(huán)流化床鍋爐；鍋爐故障；物料循環(huán)；排渣；磨損；結焦

引言

目前，循環(huán)流化床鍋爐以燃燒效率高、負荷調節(jié)能力強、燃料適用范圍廣、造價成本低、污染物排放少等諸多優(yōu)點備受各工業(yè)領域青睞，并作為一種清潔煤燃燒技術得到了廣泛推廣和應用。循環(huán)流化床鍋爐在運行實踐過程中，受到運行環(huán)境、設備質量、人員操作等諸多因素影響，不可避免地會出現(xiàn)各種故障問題，進而影響鍋爐安全、穩(wěn)定運行?；谘h(huán)流化床鍋爐在電力行業(yè)的廣泛應用，針對其常見故障，提出有效、可行的預防措施，具有重要意義。

1 循環(huán)流化床鍋爐結構

典型循環(huán)流化床鍋爐結構如圖1所示，主要由三部分組成——對流煙道、燃燒系統(tǒng)、氣固分離循環(huán)系統(tǒng)。

對流煙道與常規(guī)煤粉鍋爐類似，由過熱器、省煤器等設備組成；燃燒系統(tǒng)主要包括風室、燃燒室、爐膛、給煤系統(tǒng)等部分；氣固分離循環(huán)系統(tǒng)由物料分離裝置和返料裝置構成。燃料由給煤系統(tǒng)輸入爐膛，一、二次風分別從爐腔底部、側墻輸入爐膛。在一、二次風的作用下，燃料集中在爐膛完成燃燒。由氣固分離裝置將煙氣中附帶的固體物料分離出來，并通過返料裝置將物料返送至爐腔繼續(xù)燃燒。

這種循環(huán)式燃燒與常規(guī)鍋爐相比，可明顯提高脫硫效果及燃燒效率，并具備節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，進而奠定了其在發(fā)電領域的重要地位。

圖1 典型循環(huán)流化床鍋爐結構簡圖

2 循環(huán)流化床鍋爐常見故障及預防策略

隨著循環(huán)流化床鍋爐的大量使用，受到設計理念、制造工藝、運行環(huán)境、燃料特性等諸多因素的影響，逐漸暴露了一些普遍性的故障問題。有必要針對其提出有效預防策略，進而保證鍋爐安全和穩(wěn)定運行。本章主要結合實際工作經驗及相關實例進行分析。

2.1 耐火澆筑料

燃燒室、分離器、返料器及水平煙道中大量耐火澆筑料的使用主要是為了起到保護和存蓄熱量的作用。循環(huán)流化床鍋爐長期處于一個高溫的運行環(huán)境中，由于頻繁啟停及負荷變化，耐火澆筑料不可避免會受到反復熱沖擊，加上爐內大量高速運動固體物料的沖擊，易產生耐火澆筑料脫落故障。某電廠2#循環(huán)流化床鍋爐耐火澆筑料的破壞就是在這兩種沖擊的綜合作用下產生的，直接影響著該電廠該鍋爐的正常運行。2014年5月，澆筑料發(fā)生脫落，排渣口多次被堵死，雖然進行了人工疏通，但運行不久后再次被堵死，在一個月內連續(xù)出現(xiàn)了多次被迫停爐事故。停車后對爐膛進行了檢查，發(fā)現(xiàn)爐膛后墻澆筑料出現(xiàn)大面積脫落現(xiàn)象，分離器內有大量澆筑料塊，點火風道與風室的接合部位存在較大裂縫，局部性修補已無法解決問題。因此，在大修期間更換了爐內澆筑料，并進行了全面養(yǎng)護，此后再無澆筑料脫落事故發(fā)生。

據筆者對諸多循環(huán)流化床鍋爐的運行實踐調查表明，當爐內出現(xiàn)大面積澆筑料脫落時，50%以上的鍋爐會出現(xiàn)排渣口堵塞問題，特別是采用底部排渣的鍋爐更容易堵塞排渣口。另外，床上澆筑料的沉積會制約床料的流化，導致床內產生局部死區(qū)，而局部溫度過高極易造成結焦事故?？梢姡突饾仓蠐p壞不僅會對鍋爐的正常運行產生影響，還可能導致一些運行事故的發(fā)生，需重點預防。

預防策略：為了預防耐火澆筑料損壞，首先應選擇性能良好的耐火材料，綜合考慮熱膨脹率、耐壓強度、抗折強度、熱震穩(wěn)定性等參數，并保證施工質量，這也是防止耐火澆筑料損壞最直接、有效的方法。另外，在循環(huán)流化床鍋爐的啟停過程中，要注意鍋爐整體溫度升降速度的控制，避免由于過大熱應力的產生而對澆筑料內部產生沖擊。從圖2某鍋爐成功開車過程床料升溫曲線可看出，通過對風室溫度及床料溫度升降速度的合理控制，鍋爐運行至平穩(wěn)點后，二者曲線平穩(wěn)，工況穩(wěn)定，不會因溫度波動較大而產生較大熱應力，避免了對耐火澆筑料造成的破壞。

圖2 床料升溫曲線

2.2 排渣系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐的排渣系統(tǒng)由冷渣器、給料機、輸渣機、提升機等設備組成。以某鍋爐的排渣系統(tǒng)為例，據運行實踐過程中的故障統(tǒng)計表明，刮板輸渣機和鏈斗式提升機的故障率較高，主要問題為刮板鏈斷裂以及提升機鏈條掉道等。另外，由于采用的是滾筒冷渣器，與風冷或風水混合冷渣器相比，冷渣器結焦現(xiàn)象較少，總體運行較為穩(wěn)定，只是入口時常會發(fā)生泄漏問題，且易受燃料粒徑和灰量影響：若燃料粒徑較大，給料機會頻繁卡死；而若灰量較大，會導致刮板變形，影響排渣系統(tǒng)的總體運轉效率。

雖然排渣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時少有停爐事故，可通過人工排渣——如冷渣器的修復、輸渣系統(tǒng)的更新等順利加以解決，但仍會影響余熱回收系統(tǒng)正常運行，燃料熱損失較為嚴重。由于排渣系統(tǒng)所涉及的設備眾多，任何一個環(huán)節(jié)的問題都會影響排渣系統(tǒng)的正常運行。

預防策略：為了降低排渣系統(tǒng)故障率，運行環(huán)節(jié)的減少、設備的一體化、設備的更新?lián)Q代等都是非常有效的手段，例如，基于輸送距離縮短考慮，可簡化灰渣輸送設備。

2.3 物料循環(huán)系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐與常規(guī)鍋爐相比，一個重要優(yōu)勢就是循環(huán)式的物料燃燒系統(tǒng)。在鍋爐的循環(huán)流化過程中，任一環(huán)節(jié)或設備故障的發(fā)生，都會影響整個過程。因此，保證物料循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定是鍋爐滿負荷平穩(wěn)運行的基本前提，據筆者調查發(fā)現(xiàn)，分離器是物流循環(huán)系統(tǒng)中故障的多發(fā)環(huán)節(jié)。

同樣以某電廠鍋爐為例，分離器內套筒發(fā)生脫落現(xiàn)象，導致分離器無法正常發(fā)揮慣性分離作用，煙氣排出時附有部分細灰，返料量和返料溫度降低，返料風配比經過調整后，仍然無法提高返料溫度，加上爐膛內細灰量的減少，布風板上大顆粒床料的沉積，形成了近似泡床的狀態(tài)。另外，由于煙氣帶走了大量小顆粒飛灰，降低了鍋爐稀相區(qū)物料濃度，傳熱量不夠，增大了爐內溫度梯度，爐內傳熱功能失效。

預防策略：對分離器內套筒修復安裝，上述現(xiàn)象消失，表明若物料循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)相應故障，應首先考慮是否是分離器出現(xiàn)了問題，同時為了有效避免分離器相關故障的發(fā)生，應在每次停爐后對該部位進行檢查，查看套筒是否存在脫落、變形、損壞等現(xiàn)象，而且要確保分離效率達到設計值。

2.4 結焦

結焦對于循環(huán)流化床鍋爐運行所產生的危害是非常明顯的，是普遍性故障之一?；诮Y焦產生的主要原因，可以通過以下措施加以預防，預防策略是：

（1）一次風量的合理控制。一次風量要高于最小流化風量，否則會降低床料流化水平，破壞爐膛溫度場，當通過增大給煤量提高負荷時，會導致床溫超溫，產生結焦故障；

（2）燃料顆粒粒徑的合理篩選。燃料顆粒粒徑過大會影響流化效果，而過小又會加速燃燒，瞬間產生高溫。某電廠曾在鍋爐啟動試驗過程中采用粒徑＜4 mm的床料，結果因為結焦而宣告啟動失敗；

（3）煤種的合理選擇。雖然流化床鍋爐具有煤種適用范圍廣泛的優(yōu)點，但也并不是任何煤種都適合燃燒?；曳诌^大會增加排渣系統(tǒng)負擔，而灰分過小，在滿負荷運行時又容易產生結焦問題。

預防策略：某電廠流化床鍋爐在燃燒低灰分燃料時，摻入了一定比例的沙子，保證了鍋爐滿負荷穩(wěn)定運行，充分說明了合理的煤種灰分對于保證鍋爐可靠運行的重要性。

2.5 流化床

流化床磨損也是非常普遍的故障，主要包括受熱面磨損和耐火澆筑料磨損兩種類型，且都是由沖刷、沖擊、振動而造成的。試驗表明，金屬壁面的磨損速率與顆粒速度的立方成正比，且與顆粒直徑的平方成正比，即

其中，δ為磨損速率；k為修正系數；up為顆粒速度；d為顆粒直徑。可見，物料流動速度對磨損速率的影響更為直接。

預防策略：通過風速實現(xiàn)物料運動速度的控制，可以有效減緩磨損。除此之外，還可采用改變換熱管束結構、熱噴涂、加裝擋板、升級耐火澆筑料等方法。對于已投產的設備，若難以改變換熱管束結構，可采用噴涂和加裝輔助部件等手段。運行實踐表明，防磨蓋板的添加和優(yōu)良耐火澆筑料的選擇是最有效的防磨措施，可優(yōu)先采用這兩種方式。

3 結語

分析表明，循環(huán)流化床鍋爐故障是由多種因素導致的，而且各種故障之間也會相互制約和影響。完全杜絕循環(huán)流化床鍋爐故障雖然是不可能的，但加強預防、注重日常檢查和維護，可以降低故障率，削弱故障對鍋爐運行的影響。

本文提出的預防策略可供同行參考。

[1]楊靜濤, 宮立志. YG-160/9.81-M循環(huán)流化床鍋爐常見故障分析[J]. 設備管理與維修, 2014(7):31-32.

[2]王勇. SG-440/13.7-M562型循環(huán)流化床鍋爐的運行優(yōu)化及故障分析[D].北京: 華北電力大學, 2012.

[3]賀悅科, 田曉蘭, 鄒包產, 等. 260t/h焦煤混燒CFB鍋爐燃燒控制策略優(yōu)化[J]. 發(fā)電設備, 2014, 28(1): 23-26.

[4]李愛蓮. 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒控制[J]. 自動化應用, 2015(2): 30-31.

[5]邵澤強. 循環(huán)流化床鍋爐常見故障及原因探析[J]. 中國高新技術企業(yè), 2014(22): 57-58.

Common Faults of Circulating Fluidized Bed Boiler and Prevention Strategies

PAN Bin-bin1, WANG Peng-hui2

(1. Inner Mongolia Electric Power Engineering Technology Research Institute, Hohhot, Inner Mongolia,010010, China; 2. Huadian Electric Power Research Institute Inner Mongolia Branch, Hohhot, Inner Mongolia,010020, China)

The circulating fluidized bed boiler has the advantages of high efficiency, flexibility, economy, cleanliness and so on. Combined with its structure, the common faults and their prevention strategies are studied. Research shows that, the refractory material damage, deslagging system failure, material circulation system failure, coking, and wear of fluidized bed, are the five most common faults of the circulating fluidized bed boiler. The mutual restrictions and influences among these faults should be paid great attention to in the procedure of prevention, inspection and maintenance, to reduce the failure rate and ensure the safety and stability of the boiler.

Circulating Fluidized Bed Boiler; Boiler Fault; Material Circulation; Deslagging; Wear; Coking

TK229

A

2095-8412 (2016) 06-1201-04

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.040

潘彬彬(1982-)，女，碩士研究生，工程師。主要從事大型火力發(fā)電廠熱控系統(tǒng)調試、技術監(jiān)督等方面的工作，Email: pubu_31@163.com。

王鵬輝(1982-)，男，內蒙古呼和浩特人，碩士研究生，工程師。主要從事熱能動力工程方面的研究。