楊 瑯

近幾年來，循環(huán)流化床(CFB)機組發(fā)展十分迅速，CFB機組特點是運行穩(wěn)定，具備深度調峰穩(wěn)燃能力，可在35%～110%負荷范圍內運行。本文以西山熱電3#機組為例，針對循環(huán)流化床鍋爐如何減小爐內受熱面的磨損、避免發(fā)生爆管事故進行探討分析。

循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)與傳統(tǒng)的煤粉爐不同，爐內床料在煙氣攜帶下沿爐膛上升，經爐膛上部出口進入分離器，在分離器中進行氣、固兩相分離，被分離出來的固體粒子經回料閥再返回爐膛下部。在CFBB的運行中，含有燃料、石灰石及反應物的固體床料在爐膛—分離器—返料器—爐膛這一封閉循環(huán)回路里處于不停的高溫循環(huán)流動中，并在爐內850℃ ～950℃進行高效率燃燒及脫硫反應。除床料在這一回路作外循環(huán)流動外，床料在重力作用下在爐內不斷地進行循環(huán)流動。因此，在循環(huán)回路的相應部位必然產生磨損。磨損不僅影響鍋爐的安全運行，還限制了這類鍋爐一些優(yōu)點的發(fā)揮。磨損給鍋爐造成直接危害是使承受內壓的受熱面金屬管子壁厚減薄直至爆管停爐。

1 鍋爐情況簡介

西山熱電有限責任公司3#鍋爐是無錫華光鍋爐公司生產的240 t/h循環(huán)流化床高溫、高壓鍋爐(型號UG－240/9.8－M4)，與50 MW等級汽輪發(fā)電機匹配，可配合汽輪機定壓、滑壓啟動和運行。于2006年10月一次性通過72+24試運行后，投入商業(yè)化運營。

2 事故經過

2010年11月10日3#爐冷態(tài)啟動成功，啟動后，負荷長期處于接近滿負荷運行工況，在二次風量調整至最大，控制一次風量的運行工況下，運行中床溫經常保持在970℃ ～980℃左右。11月26日20∶00，發(fā)現(xiàn)3#爐前二次風箱上左側墻與前墻夾角處水冷壁鰭片處漏灰，通過檢修臨時處理消除漏灰。

2010年12月16日3∶50，3#爐運行中突然發(fā)生左側床溫突降、水位降低，經過運行人員判斷為3#爐水冷壁管爆破，緊急停爐。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)泄漏位置為爐膛左側墻與前墻夾角處、耐磨澆注料上方2～3 m未采用金屬噴涂處理區(qū)域的水冷壁管發(fā)生爆管。同步檢查發(fā)現(xiàn)該部位周圍共計11根管子壁厚減薄至3.5 mm以下，需進行更換，另前墻、左、右側墻澆注料上方磨損區(qū)水冷壁管壁厚減至4.5 mm以下共80多根，且管壁左側磨損量較大，存在偏磨損的現(xiàn)象。

3 循環(huán)流化床鍋爐磨損的原因

循環(huán)流化床鍋爐內的受熱面包括爐膛水冷壁管、爐內受熱面(包括屏式異形管、屏式過熱器、水平過熱器管屏)、尾部對流煙道受熱面等，上述受熱面中除尾部對流煙道受熱面的磨損與常規(guī)煤粉燃燒鍋爐相似外，其他受熱面的磨損過程十分復雜，造成循環(huán)流化床鍋爐受熱面產生磨損的主要原因有：

1)爐內和爐外固體物料循環(huán)流動所造成的受熱面磨損，主要是由于循環(huán)物料中的顆粒對受熱面撞擊、沖刷產生造成的磨損。

2)流化床鍋爐中的各種射流包括給料(燃料和脫硫劑)口射流、返料器返料射流、布風板風帽的空氣射流、二次風空氣射流以及因管道泄漏而造成的射流等，射流卷吸的床料對相鄰的受熱面形成直接的沖刷而造成的磨損。

3)由于幾何不規(guī)則造成的受熱面磨損。

4 循環(huán)流化床鍋爐的磨損

循環(huán)流化床鍋爐水冷壁的磨損是循環(huán)流化床鍋爐中與材料有關的最嚴重的問題，爐內水冷壁的磨損可分為四種情形：爐膛下部澆注料帶與水冷壁管過渡區(qū)域的磨損，爐膛四個角落區(qū)域的管壁磨損，一般水冷壁管的磨損，不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損。循環(huán)流化床鍋爐磨損易發(fā)生區(qū)域分布圖見圖1。

圖1 循環(huán)流化床鍋爐磨損易發(fā)生區(qū)域分布圖

根據該公司這次爆管部位發(fā)生的位置，可將其劃入爐膛下部澆注料帶與水冷壁管過渡(交界)區(qū)域的管壁磨損，這類磨損的機理有以下兩個方面：一是在過渡區(qū)域由于沿壁面下流的固體物料與爐內向上運動的固體物料運動方向相反而在局部產生渦流，產生沖刷。二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產生流動方向的改變，因而對水冷壁管產生沖刷。澆注料帶與水冷壁過渡區(qū)域內水冷壁管的磨損并不是在爐膛四周均勻發(fā)生的，而是與爐內物料總體流動形式有關。

5 運行參數變化對磨損的影響

1)煤種變化的影響。煤中灰分影響飛灰濃度，從而影響分離器分離效率和受熱面的磨損。

2)流化風速的影響。隨著流化風速的增加，物料循環(huán)量和床內顆粒濃度增加，風速越大，床內顆粒運動更加激烈，除了加強顆粒間的磨損外，爐內受熱面的磨損也加快。另外風速增加使床面進一步膨脹，稀相區(qū)顆粒濃度、大顆粒物料量的增加，也會導致爐內受熱面的磨損加劇。

3)循環(huán)倍率變化的影響。隨著循環(huán)倍率的提高，爐膛內的傳熱將大大改善。循環(huán)倍率對爐膛內，尤其是懸浮空間段的顆粒濃度有重大影響。隨著顆粒濃度的增加，水冷壁的對流和輻射換熱系數都將增加，受熱面的磨損也將加劇，因為磨損量基本與灰濃度成正比關系。

6 水冷壁爆管原因分析

該公司3#爐發(fā)生水冷壁爆管事故停爐后檢查發(fā)現(xiàn)，前墻水冷壁管磨損嚴重，但并不均勻，前墻左側比右側水冷壁管嚴重，單根水冷壁管左側磨損又比較嚴重，左右側墻水冷壁管也有一定程度磨損，澆筑料帶與水冷壁管交界區(qū)域、爐膛四角以及一些不規(guī)則管壁區(qū)域也存在嚴重磨損。這雖然與循環(huán)流化床鍋爐易磨損部位基本一致。然而此次爆管部位發(fā)生在澆筑料帶與水冷壁管交界處上方2～3 m處、前墻與左側墻夾角處，并不是發(fā)生在澆筑料帶與水冷壁管交界區(qū)域，進一步檢查發(fā)現(xiàn)前墻水冷壁管的磨損在該水平線上也較為嚴重且有偏磨現(xiàn)象，而該部位并不是循環(huán)流化床鍋爐防磨的重點部位。正常運行中，如果由于負荷及風量大造成的磨損，應該是管子正面出現(xiàn)均勻的磨損，比較上個供熱期內負荷及風量并沒有明顯增大。就該部為存在偏磨損的情況看，應該與發(fā)生在11月26日的左側墻與前墻夾角處水冷壁鰭片處泄漏應有很大關系。該部位鰭片漏灰后，雖經過了臨時處理，但相應地改變了爐內原有的物料流動方式，加之爐膛四角灰的濃度本身就相對較大，造成該部位水冷壁管磨損加劇。該部位的磨損加劇后，最終使該部位水冷壁管達不到使用要求，發(fā)生泄漏。之后泄漏出的水蒸氣攜帶大量的物料對水冷壁管進行沖刷，造成周圍水冷壁管統(tǒng)一水平面范圍的急劇磨損，這是正常運行中不會發(fā)生的管壁產生偏磨損現(xiàn)象原因。

另外爐內發(fā)生的大面積磨損還與以下幾方面有關：

1)流化風速大。在運行過程中，無論是分離器改造與否，3臺鍋爐均由于二次風出力不足，擾動不夠，對床層沒有足夠的穿透力，造成尾部煙道氧量偏高，床溫長期偏高。因此，在運行中不得不加大一次風的比例，而一次風的提升，會造成流化風速的增加，床面上移，稀相區(qū)顆粒濃度增加，磨損速度加快。這一點在高負荷運行時，影響更為嚴重。

2)循環(huán)倍率的變化。由于3#爐在以往運行中存在飛灰含炭量偏高、調節(jié)負荷遲緩的現(xiàn)象，故在2010年6月大修過程中對3#爐旋風分離器進行了施工改造，將原方型水冷分離器通過增加澆注料的方式改為圓形水冷分離器，在分離器進行改造前，3#爐負荷調節(jié)能力較1#、2#爐明顯要差，負荷調整時存在較大延遲。分析判斷其為分離器達不到設計分離效率，經過廠家設計，對其分離器進行了改造，改造完成后，3#爐變負荷運行能力明顯加強，已接近于1#、2#爐的水平，同時飛灰含炭量也有一定程度的下降，達到了改造效果。但隨著循環(huán)倍率的增加，稀相區(qū)顆粒濃度增加，也造成了磨損速度的加劇。

3)煤質變化的影響。3臺爐運行中的煤質相同，對比與同期2#爐停爐后的檢查，可以認為煤質對其的影響并不是主要原因。

7 循環(huán)流化床鍋爐的防磨措施

對于投產后的循環(huán)流化床鍋爐，由于其設計、制造工作已經完成，在這兩方面采取措施的空間已經很小。因此，為減小磨損給循環(huán)流化床鍋爐造成的磨損，可以采取以下幾方面措施：

1)采用金屬表面噴涂技術和其它表面處理技術防磨。金屬表面噴涂能防止磨損和腐蝕，有兩個方面的原因：a)涂層的硬度可能較基體的硬度更大。b)涂層在高溫下會產生致密的堅硬和化學穩(wěn)定性更好的氧化層，且氧化層與其基體的結合更牢。

2)爐膛四角的防磨。在衛(wèi)燃帶上部爐膛四角采用敷設防磨藍泥，加強對局部易磨區(qū)的保護。

3)運行防磨。運行中盡量采用二次風調整負荷，風量不足的部分用一次風進行調整，盡量控制一次風速，維持床溫在950℃左右。控制床層壓力在一定范圍以內(對于中小型流化床鍋爐來講盡量控制在10 kPa以內為佳)。盡量降低返料風壓，以維持正常的返料為主，減小運行中可能加劇磨損的條件。

8 結論

通過以上分析，循環(huán)流化床鍋爐爐內受熱面的磨損是由于爐內特有的燃燒方式決定的，因此，應采用多種方式減輕磨損，提高鍋爐的安全穩(wěn)定運行。

［1］ 岑可法，倪明江.循環(huán)流化床鍋爐理論設計與運行［M］.北京：中國電力出版社，1998：436－443.

［2］ 黨黎軍.循環(huán)流化床鍋爐的啟動調試與安全運行［M］.北京：中國電力出版社，2002：121.