楊國(guó)鋒，李光輝

(新疆新業(yè)能源化工有限責(zé)任公司，新疆 五家渠 831300)

循環(huán)流化床是近年來(lái)國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的一種改進(jìn)型潔凈煤燃燒技術(shù)，因其燃燒效率高、燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)利用上有著廣闊的發(fā)展空間[1]。然而循環(huán)流化床鍋爐的耐磨損性問(wèn)題嚴(yán)重限制了其持續(xù)發(fā)展。新疆某化工企業(yè)配備4臺(tái)型號(hào)為XD-260/9.81-M型中溫分離循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)計(jì)燃燒準(zhǔn)東煤。2016年投用以來(lái)爆管頻繁，每年因爆管造成的損失高達(dá)上億元。為解決這一問(wèn)題，企業(yè)開(kāi)展研究，取得了一些成果。

1 鍋爐設(shè)備簡(jiǎn)介

鍋爐運(yùn)行參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 鍋爐運(yùn)行參數(shù)

鍋爐為緊身封閉布置，由前部和尾部?jī)蓚€(gè)豎井煙道組成。前部豎井是爐膛，為懸吊結(jié)構(gòu)，爐膛四周由膜式水冷壁組成。自下而上一次為一次風(fēng)室、濃相床、懸浮段、一級(jí)蒸發(fā)管、三級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)蒸發(fā)管及高溫省煤器。在爐膛的錐段部分的前后墻布置有二次風(fēng)入口。尾部受熱面煙道豎井采用支撐結(jié)構(gòu)，布置有低溫省煤器上段、SCR裝置、低溫省煤器，如圖1所示。

圖1 鍋爐換熱器結(jié)構(gòu)布置

2 爆管情況

2016年～2020年7月，4臺(tái)鍋爐共發(fā)生爆管79次，見(jiàn)表2，絕大多數(shù)是由磨損和腐蝕引起的[2]。

表2 鍋爐爆管情況

3 爆管原因分析

3.1 設(shè)計(jì)原因

3.1.1 爐型選擇不理想。針對(duì)準(zhǔn)東煤堿金屬含量高、灰熔點(diǎn)低、易結(jié)焦沾污的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選用了引進(jìn)吸收德國(guó)巴高科的中溫分離爐型，將主要受熱面集中布置在爐膛內(nèi)，利用燃燒過(guò)程中存在的大量固體循環(huán)物料不斷沖刷受熱面，以提高熱效率，降低床溫，避免床層結(jié)焦和水冷壁發(fā)生沾污。運(yùn)行情況表明該爐型起到了上述作用。但此設(shè)計(jì)帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)卻超出預(yù)期，集中表現(xiàn)為爐內(nèi)蒸發(fā)管、過(guò)熱器等受熱面在物料沖刷下頻繁出現(xiàn)爆管[3，4]。

3.1.2 管排設(shè)計(jì)缺陷。一級(jí)蒸發(fā)管和三級(jí)過(guò)熱器節(jié)距為180mm，二級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)蒸發(fā)管、高溫省煤器節(jié)距為90mm。由于爐內(nèi)受熱面節(jié)距變窄，導(dǎo)致后部受熱面煙氣流速升高；過(guò)熱器管排缺少夾馬固定；管排膨脹量計(jì)算不準(zhǔn)確；穿墻管直接與水冷壁澆注在一起，膨脹力全部由水冷壁承擔(dān)，使得管束無(wú)法自由膨脹。

3.1.3 防磨設(shè)計(jì)缺陷。高溫省煤器上下段缺少煙氣擋板；二級(jí)蒸發(fā)管四角缺少防磨罩；水冷壁四角防磨效果差；防爆門、人孔門、測(cè)點(diǎn)設(shè)置過(guò)多，容易漏風(fēng)；采用“V”型床，風(fēng)帽數(shù)量多，風(fēng)帽眼對(duì)吹磨損嚴(yán)重[5]。

3.1.4 制造安裝缺陷。個(gè)別密封鰭片與水冷壁焊接時(shí)咬邊過(guò)深；部分澆注料固定不牢；防爆門、人孔門變形，封閉不嚴(yán)；防磨瓦與管壁貼合不良；煙風(fēng)道漏風(fēng)，導(dǎo)流板沒(méi)有做澆筑料。

3.1.5 配套設(shè)施缺陷。爐膛吹灰器吹灰管受熱變形，被迫停用。長(zhǎng)期不吹灰，細(xì)顆粒灰在受熱面管壁上沉積、堵塞，形成煙氣走廊，加劇其他部分的磨損，沉積引起灰下腐蝕[6]；SNCR噴槍槍頭霧化效果不好，噴氨量大，容易產(chǎn)生硫酸氫氨，在爐內(nèi)的管壁上結(jié)塊、造成腐蝕；返料器密封不良，鍋爐啟動(dòng)前期容易短路。

3.2 煤的影響

3.2.1 粒度影響。煤粒度由進(jìn)廠煤粒度原始分布和篩分、破碎系統(tǒng)決定，該企業(yè)只有篩分系統(tǒng),配套設(shè)施不完善，導(dǎo)致入爐煤粒度偏大。

入爐煤粒度大，流化效果差，煙氣帶入旋風(fēng)分離器的物料少，不能維持正常的返料量，會(huì)造成床溫高,渣量大、燃燒不完全、鍋爐熱效率下降；粒度小，能被旋風(fēng)分離器捕捉到的灰量少，床溫高，大量細(xì)灰離開(kāi)鍋爐而影響燃盡度，導(dǎo)致除塵阻力增加，鍋爐效率下降[7]。適宜的入爐煤粒徑為0～10mm，其中：99%應(yīng)小于8mm；50%應(yīng)在3mm～5mm；30%應(yīng)小于1mm。前期研究發(fā)現(xiàn)：入爐煤粒徑在12mm時(shí)，煙氣中固體顆粒直徑較大，進(jìn)而加劇磨損；當(dāng)入爐煤粒徑控制在8mm以下時(shí)，磨損量降低一半左右。

3.2.2 堿金屬影響。準(zhǔn)東煤屬于高堿金屬煤，結(jié)渣及沾污傾向?yàn)閲?yán)重[8]。對(duì)爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)：二級(jí)過(guò)熱器頂部、一級(jí)過(guò)熱器底部沾污最嚴(yán)重，焦塊呈鐵紅色，較硬，腐蝕介質(zhì)主要為硫酸鹽。沾污物引起鍋爐管壁腐蝕減薄，同時(shí)引起煙氣分布不均，形成煙氣走廊，加劇磨損。

3.2.3 一次風(fēng)、二次風(fēng)的影響。一二次風(fēng)的分配比例對(duì)燃料在爐膛內(nèi)不同高度區(qū)域的燃燒率和固體粒子沿爐高的分布情況有較大影響，對(duì)密相區(qū)和稀相區(qū)溫度的分布有調(diào)節(jié)作用，同時(shí)對(duì)NOx的生成也有影響。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：一次風(fēng)量過(guò)剩，二次風(fēng)量不足，是造成鍋爐床溫高、煙氣流速大的原因之一[9]。降低磨損首先要降低風(fēng)速并選擇合適的風(fēng)量配比。

3.2.4 運(yùn)行及檢維修的不足。該企業(yè)產(chǎn)品鏈條延長(zhǎng)，蒸汽不平衡問(wèn)題日益突出，鍋爐長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行，需要的大煤量和高風(fēng)量，帶來(lái)磨損加快。爆管后強(qiáng)制降溫，搶修后快速提負(fù)荷等違規(guī)操作時(shí)有發(fā)生。檢查不到位、檢修倉(cāng)促、檢修質(zhì)量差難以避免。

4 解決的措施

4.1 針對(duì)設(shè)計(jì)、安裝缺陷的措施

增加煙氣擋板；人孔、熱工測(cè)點(diǎn)部位改為向爐外讓管并焊密集銷釘，澆注高耐磨澆注料，耐磨材料終結(jié)處附近的管子上堆焊；在水冷壁稀相區(qū)四角部用澆注料將直角改為切角；對(duì)返料器重新制作密封；穿墻管加套管后再用澆注料澆注，消除漏風(fēng)，實(shí)施脫硝改造，減少噴氨量。

鍋爐換管大修，把V型床改為均壓床，風(fēng)管、風(fēng)帽全部換型；爐內(nèi)受熱面管束更換并加防磨瓦。詳見(jiàn)表3。

表3 鍋爐具體檢修內(nèi)容

4.2 針對(duì)煤、風(fēng)的措施

加強(qiáng)原料供應(yīng)管理，調(diào)整配煤，改善入爐煤粒徑和灰分，降低一次風(fēng)量、每次停爐安排清理掛焦，緩解鍋爐沾污掛焦、減緩腐蝕和磨損。

4.3 運(yùn)行及檢維修措施

控制鍋爐負(fù)荷在85%左右，鍋爐降溫，升溫、提負(fù)荷速度按規(guī)范執(zhí)行；編制檢查表，明確檢查區(qū)域和內(nèi)容、制定檢查標(biāo)準(zhǔn)，責(zé)任到人；專業(yè)人員跟蹤檢修過(guò)程；嚴(yán)格按照《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》DL/T869-2012規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)；執(zhí)行計(jì)劃性檢修。

5 產(chǎn)生的效果

2020年1月～7月，4臺(tái)鍋爐共發(fā)生5次爆管，與2020年以前相比，爆管頻次下降一半以上，鍋爐爆管情況得到明顯的緩解。