淺析循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損及防范

杜元亮

（內(nèi)蒙古西北能源化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010321）

循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)性好、投資和運行成本相對較低等優(yōu)點，因此為能源技術(shù)發(fā)展的三大方向之一。流化是由氣流以一定速度混合、裹挾物料顆粒呈流體狀態(tài)，若氣流對物料顆粒的頂托力與重力達到平衡，物料顆粒呈懸浮態(tài)。

循環(huán)燃燒技術(shù)是當(dāng)氣流速度增加，懸浮于床層上方的固體顆粒被高速氣流帶出，在“氣－固”分離裝置中被捕集下來，然后由回料系統(tǒng)送回流化床內(nèi)循環(huán)再燃燒。固體燃料經(jīng)多次循環(huán)，燃燒效率高，但固體顆粒在循環(huán)過程中對鍋爐水冷壁管磨損也較嚴重。本文以內(nèi)蒙古西北能源化工有限責(zé)任公司兩臺循環(huán)流化床鍋爐運行中出現(xiàn)的磨損問題進行分析，并提出解決措施。

1 兩臺130/9.81高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐簡介

公司兩臺130/9.81高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐為單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式。鍋爐由一個膜式水冷壁爐膛、一個汽冷式旋風(fēng)分離器和一個由汽冷包墻包覆的尾部豎井（HRA）組成。爐膛內(nèi)布置有兩片屏式過熱器和兩片水冷蒸發(fā)屏。鍋爐共設(shè)有兩臺給煤裝置和兩個石灰石給料口，均布置于爐膛前墻。爐膛底部是由水冷壁管彎制圍成的水冷風(fēng)室，其與兩臺風(fēng)道點火器相連，風(fēng)道點火器內(nèi)各布置有一個油槍點火燃燒器，爐膛底部分設(shè)置兩臺冷渣器。

爐膛與尾部豎井之間布置有一臺汽冷式旋風(fēng)分離器，其下部布置一臺“J”閥回料器。在尾部豎井中從上到下依次布置有高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器和臥式空氣預(yù)熱器。過熱器系統(tǒng)中設(shè)有兩級噴水減溫器。一次風(fēng)經(jīng)過風(fēng)室和布風(fēng)板進入爐膛，二次風(fēng)由前后墻穿入呈水平布置風(fēng)口，返料口在后墻正中，爐內(nèi)未燃帶高5.6 m。在東西側(cè)未燃帶正中上方60 cm處布置工藝廢氣燃燒器。爐內(nèi)水冷壁為φ51*5的光管，由徑板連接成膜片式。

自2015年4月兩臺鍋爐氣密性試驗后并投運，鍋爐一直運行良好。2018年4月，兩臺鍋爐在運行8個月后，按照公司大修計劃節(jié)點順利停爐。經(jīng)鍋爐降溫通風(fēng)、爐內(nèi)腳手架搭建完成后，對A/B鍋爐爐膛內(nèi)部檢查情況如下：

鐘罩式風(fēng)帽與T型風(fēng)帽部分磨損嚴重，落渣口澆注料脫落，落渣管與布風(fēng)板銜接處磨穿，給煤口鋼板變形，B爐給煤口內(nèi)部下排一次風(fēng)播煤熱風(fēng)管（φ15 mm）15根全部被原煤堵塞。二次風(fēng)口的澆注料炸裂脫落，A爐尾氣燃燒器口內(nèi)有大量床料煤粒，在前后墻水冷壁距未燃帶頂端的2.5～3.5 m的區(qū)域，呈現(xiàn)水冷壁磨損。特別是后墻水冷壁3 m處，距返料口偏東南上方磨損特別嚴重。A爐磨損12根，沖蝕需焊補5根，焊補徑板3根，其中刨蝕最深達3.6 mm；B爐磨損較輕，其中B爐過熱屏中間與水冷壁接口處也有兩處小的刨蝕。

2 原因分析

（1）沿四周水冷壁下流的固體物料與爐內(nèi)上升的固體物料做相反運行，因而在局部產(chǎn)生渦流，對水冷壁產(chǎn)生沖刷。

（2）煙氣流速的影響：煙氣流速越高，磨損越嚴重，磨損量與煙氣流速的三次方成正比；一次風(fēng)量越大，磨損量越大。另外二次風(fēng)量越大，對爐內(nèi)燃燒情況的擾動越劇烈，水冷壁磨損量會隨著擾動劇烈程度的增大而增大。

（3）在循環(huán)流化床中負荷越高，床層密度及床層壓差越大，說明物理濃度越大，磨損量越大，因為煙氣中的顆粒濃度大，對水冷壁刨蝕越強烈。

（4）爐內(nèi)動力場的影響：本鍋爐是單分離器，煙窗設(shè)計在爐膛左上側(cè)，爐膛內(nèi)煙氣流分布不均勻，四周的煙氣流速大于中間的煙氣流速。

（5）風(fēng)帽破損造成風(fēng)室積渣，為利于爐內(nèi)床料流化，迫使一次風(fēng)機的變頻增大。如此循環(huán)，加速風(fēng)帽與水冷壁的磨損。

（6）長期在高床壓下運行，正常運行床壓在7.5～8.5 kPa，相對靜止床料高度在650～750 mm，播煤口下沿距布風(fēng)板730 mm，而實際70%運行床壓在7.9～9.5 kPa，相對靜止床料高度在700～850 mm，這也可以解釋為什么播煤口采用的1Gr18Ni9Ti不銹鋼為什么被燒變形了（1Gr18Ni9Ti耐高溫700℃，最高750℃，爐內(nèi)溫度850℃，但播煤機口有一次熱風(fēng)做冷卻風(fēng)，所以不會被燒壞，但在長期高床壓運行下，播煤機出口通道受阻，在高溫作用下變形），也造成給煤口下方的鐘罩式風(fēng)帽頂磨損嚴重。

（7）兩爐2017年8月開爐運行流化風(fēng)量是3W8，因床壓高，實際運行風(fēng)量一直保持在4W2～4W5，導(dǎo)致一次風(fēng)量、風(fēng)壓過大，二次風(fēng)量、風(fēng)壓又不輕易調(diào)整，使密相區(qū)整體抬高上移，導(dǎo)致兩爐二次風(fēng)口處的澆注料外熱內(nèi)冷，爆裂脫落，摻燒尾氣的燃燒器內(nèi)有床料。

（8）磨損嚴重的水冷壁為什么集中在后墻東南側(cè)？因為密相區(qū)受高床壓，高一次風(fēng)量、風(fēng)壓的作用，整體上移，使密相區(qū)超過二次風(fēng)口進入稀相區(qū)。由于爐膛物料濃度增高，返料量增大，加上破損的風(fēng)帽多集中在返料口與落渣口附近（此二者靠近后墻），使一次風(fēng)大量泄漏，返料口的物料被大量揚析到后墻水冷壁。當(dāng)揚析的物料走到未燃帶上方時，又被在水冷壁中間尾氣燃燒器噴出的尾氣與燃燒器冷卻風(fēng)（二次風(fēng)）輕輕的助力加速了爐內(nèi)氣場的失衡。然后在鍋爐大負荷工況的運行下受引風(fēng)機的牽引力（負壓基本在-50～-100 Pa）再加上兩爐煙窗均布置在后墻的東南角，使煙氣在東南角加劇流速對后墻水冷壁進行刨蝕，這也證明了為什么后墻磨損區(qū)域集中在返料口上方偏東南處了。

3 解決方案

（1）在二次風(fēng)管路上增加手動蝶閥，以控制二次風(fēng)利于爐內(nèi)物料燃燒工況。

（2）在未燃帶上方水冷壁2.5～3.5 m區(qū)域增大噴涂厚度以防磨損。

（3）在未燃帶上方水冷壁4 m區(qū)域內(nèi)特別是水冷壁管接口處增設(shè)金屬防磨隔柵（田字形），以減弱回壁流對水冷壁的刨蝕。

（4）保持合理的運行床壓與一、二次風(fēng)量、風(fēng)壓的配比，避免高床壓、高風(fēng)壓、高風(fēng)量運行。高床壓、高風(fēng)壓、高風(fēng)量運行是磨損的主要因素。

（5）尾氣摻燒最好兩爐同時投入，雖然尾氣總流量在6 000 m3/h，分管在3 400 m3/h，總管壓力在14～15 kPa，分管壓力在3～4 kPa，對鍋爐燃燒動力氣場影響不大，但是兩爐同時投入減輕單爐投入對爐膛內(nèi)動力氣場的影響。

（6）可以把尾氣摻燒改到二次風(fēng)支管上，并斜插進入二次風(fēng)管，讓二次風(fēng)夾裹著尾氣進入爐膛，以改善稀相區(qū)氣場工況。

（7）保持爐膛出口負壓在-30～-50 Pa運行，以減弱煙氣流速，使偏東南側(cè)區(qū)域的水冷壁磨損減弱。

（8）播煤口原1Gr18Ni9Ti不銹鋼更換成310S不銹鋼（耐高溫1 200℃），焊料A402。

4 結(jié)束語

綜上所述，循環(huán)流化床鍋爐在燃燒調(diào)節(jié)、風(fēng)量配比、總風(fēng)量、控制、床壓與靜態(tài)床料高度的控制上能夠減輕爐膛內(nèi)水冷壁等受熱面的磨損，利于循環(huán)流化床鍋爐長期安全、穩(wěn)定地經(jīng)濟運行，為同行提供了借鑒和參考。