大型循環(huán)流化床鍋爐長周期運行磨損分析及防治措施

連云港虹洋熱電有限公司 李 建 張杜峰

在當(dāng)前環(huán)保壓力及雙碳排放大背景下，作為一種高能效、低污染、煤種適應(yīng)性強的鍋爐，各地大型循環(huán)流化床鍋爐正迅速崛起。但循環(huán)流化床鍋爐磨損大、運行周期短的缺點也成為當(dāng)前亟須解決的普遍問題。本文以某公司6×800t/h 循環(huán)流化床鍋爐在日常運行與歷次檢修中發(fā)現(xiàn)的問題為例，從不同角度總結(jié)分析影響長期運行的各項因素及預(yù)防措施，旨在分享經(jīng)驗，減少磨損量，延長循環(huán)流化床鍋爐的運行周期[1]。

1 基建質(zhì)量把控

循環(huán)流化床鍋爐基建階段的施工質(zhì)量控制直接影響著鍋爐后期的長期安全穩(wěn)定運行，尤其在施工質(zhì)量驗收階段，要對以下幾個關(guān)鍵點進行重點監(jiān)督。

1.1 旋風(fēng)分離器中心筒安裝垂直度和入口水平煙道角度控制

這兩個位置尺寸直接影響旋風(fēng)分離器的分離效率，甚至?xí)?dǎo)致鍋爐返料中斷引起非停。因此在過程監(jiān)督及最終的驗收環(huán)節(jié)，對這兩個關(guān)鍵尺寸的復(fù)核必須嚴(yán)格、細(xì)致、慎重：中心筒應(yīng)由分離器中心直接吊入，且垂直度偏差控制在3mm 以內(nèi)；分離器入口水平煙道角度偏差控制在0.5度以內(nèi)。

1.2 耐火耐磨材料的選型及施工質(zhì)量的把控

爐膛密相區(qū)、旋風(fēng)分離器、回料器這三個部位的耐火耐磨材料尤為重要，出現(xiàn)問題將直接導(dǎo)致鍋爐受熱面磨損或返料中斷從而引起鍋爐非停。某公司5#、6#鍋爐多次出現(xiàn)回料器內(nèi)部耐火耐磨材料脫落致耐火材料與外護板中間保溫層大面積燒損中空，造成回料器外護板燒紅、內(nèi)部串風(fēng)、返料不暢等問題引起鍋爐停爐，如圖1所示。5#鍋爐出現(xiàn)塑料與澆注料連接縫不合格導(dǎo)致脹裂露管磨損泄漏，8#鍋爐連續(xù)兩次出現(xiàn)旋風(fēng)分離器內(nèi)部澆注料磨損露管問題，如圖2所示。

圖1 內(nèi)部耐火材料脫落致中間保溫層燒損中空

圖2 接縫不合格導(dǎo)致脹裂露管磨損泄漏

為避免此問題的重復(fù)發(fā)生，除了做好耐火耐磨材料選型及到貨驗收外，在施工質(zhì)量及烘爐階段，必須做好嚴(yán)格控制，施工質(zhì)量方面第一是從配水品質(zhì)、水分控制、環(huán)境溫度、材料澆注速度等方面按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及廠家施工要求，做到嚴(yán)格控制；第二是對施工作業(yè)人員進行專項培訓(xùn)考試，技術(shù)交底，明確技術(shù)要點，進行責(zé)任分工，對關(guān)鍵工序如攪拌配水設(shè)專人操作，質(zhì)監(jiān)人員進行24h 旁站監(jiān)督，對質(zhì)量關(guān)鍵點設(shè)停工待檢點，分步控制質(zhì)量。

1.3 水冷壁安裝、焊縫處理、鰭片焊接

流化床運行時，密相區(qū)貼壁灰濃度大，對水冷壁的沖刷嚴(yán)重，如果水冷壁安裝傾斜、管壁或者鰭片焊接有凸起，就會造成局部渦流，加劇磨損，造成水冷壁減薄泄漏。因此，爐內(nèi)水冷壁的驗收一定要做到安裝垂直、對口無偏差、焊縫打磨平整、鰭片雙面滿焊。一旦出現(xiàn)對口偏差、焊口凸起等問題，后期檢修中修正難度極大，只能采取被動防磨措施。某公司5#鍋爐后墻右側(cè)夾角23m 處有1根水冷壁管道，因基建施工焊接造成嚴(yán)重錯口，此處焊口上下水冷壁不垂直，導(dǎo)致焊口位置磨損嚴(yán)重，6個月時間磨損減薄至3.5mm（原厚度6mm），為避免繼續(xù)磨損，最終更換管道后增加澆注料被動防磨[2]，如圖3所示。7#鍋爐出現(xiàn)前墻與隔墻水冷壁夾角連接鰭片漏焊，造成異常磨損泄漏，針對此問題的處理耗費大量人力物力搭設(shè)內(nèi)外腳手架進行鰭片補焊，如圖4所示。

圖3 安裝嚴(yán)重錯口造成水冷壁磨損

圖4 前墻與隔墻夾角鰭片漏焊致磨損泄漏

2 檢修質(zhì)量把控

隨著鍋爐的日常使用和運轉(zhuǎn)，因外部負(fù)荷、內(nèi)部應(yīng)力、日常磨損、各類腐蝕等的影響，鍋爐受熱面及各輔機設(shè)備不可避免地會出現(xiàn)一些問題，做好計劃性檢修并嚴(yán)控檢修質(zhì)量關(guān)，是避免鍋爐非停，保障長周期運行至關(guān)重要的措施。

2.1 爐內(nèi)受熱面檢修質(zhì)量的監(jiān)督

相較于煤粉爐的運行機理，循環(huán)流化床鍋爐主要磨損位置在爐內(nèi)受熱面，做好爐內(nèi)受熱面的防磨防爆檢查工作，對于提高鍋爐四管和機爐外管防磨防爆管理水平及鍋爐的安全穩(wěn)定長周期運行具有深遠意義。每次計劃檢修必須對受熱面做全面性的測厚及檢查，并將測厚數(shù)據(jù)及檢查情況記入專用檢查表，同時與上次記錄進行對比分析，研究確定處理方案后實施換管或挖補措施；針對發(fā)現(xiàn)的缺陷應(yīng)遵循以下處理原則：第一，出現(xiàn)以下情況需要換管：外表面出現(xiàn)宏觀裂紋和明顯鼓包；壁厚減薄量超過30%；管外徑蠕變大于 2.5%；金相檢驗晶界氧化裂紋深度超過5個晶粒；發(fā)現(xiàn)蠕變裂紋或者疲勞裂紋；異種鋼接頭熔合線開裂。第二，所有焊接工作應(yīng)根據(jù)DL/T 869編制焊接工藝卡，并嚴(yán)格執(zhí)行，受熱面焊口必須進行100%無損檢測，尤其需注意的是焊接前水冷壁原噴涂層必須打磨干凈，否則焊口會出現(xiàn)貫穿裂紋，某公司曾出現(xiàn)幾次因噴涂層打磨不干凈造成焊口開裂返工的情況，造成檢修工期延長，如圖5所示。第三，各管子之間發(fā)生碰撞時，及時調(diào)整管卡、定位板，必要時增加防磨護瓦。某公司不同鍋爐均出現(xiàn)過低溫過熱器管子錯列及碰磨問題，如圖6所示。第四，發(fā)生煙氣磨損時，應(yīng)分析磨損原因，采取有效防范措施，消除煙氣走廊，必要時進行防磨噴涂或其他主動防磨措施，某公司磨損嚴(yán)重區(qū)域主要集中在鍋爐密相區(qū)、后墻第一道焊縫、爐膛出口下部后墻夾角三個位置，對此區(qū)域進行防磨噴涂且每次計劃檢修時測量噴涂層厚度并及時修補或重做[3]。

圖5 噴涂層未打磨干凈致焊口現(xiàn)裂紋

圖6 低過錯列及碰磨管排出

2.2 關(guān)鍵輔助設(shè)備檢修質(zhì)量的監(jiān)督

風(fēng)機、排渣系統(tǒng)設(shè)備、空預(yù)器、脫硫脫硝等設(shè)備一旦出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致鍋爐不能正常運轉(zhuǎn)、降負(fù)荷運行甚至被迫停爐，因此輔機設(shè)備的檢修質(zhì)量把控也不容忽視。做好檢修質(zhì)量管控要從以下幾個方面入手：第一，做好輔機的日常點檢及潤滑，嚴(yán)格執(zhí)行潤滑臺賬，及時化驗油質(zhì)，定期更換油品，點檢發(fā)現(xiàn)的缺陷做好及時消缺；第二，對運行中出現(xiàn)溫度、振動、聲音異常的轉(zhuǎn)動設(shè)備，在計劃檢修時解體檢修，消除異常，重點針對軸承游隙、間隙等數(shù)據(jù)進行跟蹤對比，超出標(biāo)準(zhǔn)的及時調(diào)整或更換軸承；第三，對運行中無異常的轉(zhuǎn)動設(shè)備，計劃檢修時主要對輪中心復(fù)核、葉輪檢查、軸承箱清理；第四，針對空預(yù)器，重點檢查各密封間隙及蓄熱元件波紋板的堵塞情況、表面搪瓷脫落情況，避免空氣預(yù)熱器引起的鍋爐故障。

2.3 幾個關(guān)鍵位置或工序檢修質(zhì)量的監(jiān)督

第一，尿素噴槍插入深度，必須高于水平煙道墻面5～10mm，過高會加速噴槍磨損，過低則造成此處澆注料驟冷炸裂，引起鍋爐爆管；第二，密相區(qū)、屏式過熱器、回料器、旋風(fēng)分離器靶區(qū)澆注料，這是流化床澆注料磨損相對嚴(yán)重的幾個區(qū)域，檢修時重點檢查，檢修質(zhì)量重點監(jiān)督，爪釘長度的選擇、破解后的表面清理、敷設(shè)前的攪拌、敷設(shè)后的搗打、新舊澆注料的過渡這幾個關(guān)鍵工序必須嚴(yán)格按照說明書要求執(zhí)行；第三，風(fēng)帽檢修質(zhì)量，目前某公司因風(fēng)帽磨損，更換量大，6個月運行周期，最多一臺鍋爐更換173個，占風(fēng)帽總量（1656個）的10.4%，風(fēng)帽損壞區(qū)域主要集中在前墻兩排及中隔墻夾角兩側(cè)，如不及時更換，會導(dǎo)致流化風(fēng)量不均、水冷風(fēng)室積渣等問題，降低鍋爐帶負(fù)荷能力甚至造成非停。

3 運行調(diào)整優(yōu)化

循環(huán)流化床鍋爐的長期運行與運行管理是密不可分的。做好運行管理工作，合理優(yōu)化各項運行防磨措施，降低受熱面磨損速率，主動防磨，可從根本上促進循環(huán)流化床鍋爐的長期運行，關(guān)于運行管理對循環(huán)流化床鍋爐長期運行的影響，本部分從以下幾個角度入手談一下控制重點。

3.1 合理控制一次風(fēng)量與料層厚度

一次風(fēng)量過大，風(fēng)速過高，會造成循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)倍率增高，料層厚度增加，加劇水冷壁管、床溫測點、風(fēng)帽等的磨損，爆管風(fēng)險大大增加。為避免此問題，應(yīng)及時邀請鍋爐廠或經(jīng)驗豐富的熱工院，進行爐內(nèi)風(fēng)量配比試驗，出具相對應(yīng)的蒸發(fā)量、風(fēng)量、料層厚度關(guān)系曲線圖或指導(dǎo)卡，并在運行調(diào)整過程中嚴(yán)格遵守，避免風(fēng)量風(fēng)速過大或過小造成的爐內(nèi)磨損加劇引起的爆管。

3.2 合理控制入爐煤粒度

由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式屬于沸騰流化燃燒，入爐煤粒度會對燃燒效率、運行控制、受熱面磨損造成較大影響，粒度過小，會使飛灰含碳量增加，燃燒效率降低；粒度過大，既易造成返料器高溫結(jié)焦，又會加劇爐內(nèi)水冷壁磨損，導(dǎo)致水冷壁減薄爆管，造成風(fēng)帽、溫度測點磨損加劇，增加檢修成本。因此，合理控制入爐煤粒度，對循環(huán)流化床鍋爐的長周期運行尤為重要，一般應(yīng)遵循鍋爐規(guī)程及鍋爐說明書要求，將入爐煤粒度控制在d99=10mm，d50=1.5mm 范圍內(nèi)。將入爐煤粒度作為重要監(jiān)控指標(biāo)，每8小時進行篩分化驗，根據(jù)粒度范圍偏差及時調(diào)整破碎機錘頭間隙和篩板孔徑。

3.3 控制受爐內(nèi)溫度均衡，防止受熱面超溫

嚴(yán)格執(zhí)行啟動中不同階段的升溫升壓速率控制要求：升溫速率不超過1.5℃/min，尤其注意升壓初期的升壓速率控制緩慢，避免升溫升壓速率過快造成局部應(yīng)力損傷。正常運行調(diào)整中，盡可能通過燃燒調(diào)整，結(jié)合使用減溫水和吹灰，減少煙溫、汽溫兩側(cè)偏差和受熱面壁溫偏差，保證各段受熱面吸熱正常，防止超溫和溫度突變。嚴(yán)格控制減溫水量，控制好減溫器后汽溫，防止汽溫變化速率超出規(guī)程要求，造成局部受熱面超溫。建立受熱面管壁溫度和蒸汽超溫臺賬，記錄超溫幅度、時間，并進行分析；建立超溫分析考核制度，對超溫、低溫、溫度波動進行分析并嚴(yán)格考核。

循環(huán)流化床鍋爐的長周期運行攻堅，不是某個部門或某個工序單獨的事情，而是需要從基礎(chǔ)建設(shè)、檢修質(zhì)量、運行管理等多個不同角度分析、優(yōu)化、制定相對應(yīng)措施，多個部門各司其職又協(xié)同合作，共同執(zhí)行長周期運行各項應(yīng)對措施，才能實現(xiàn)宏偉目標(biāo)。