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        循環(huán)流化床鍋爐爐膛風(fēng)帽大面積脫落原因分析及應(yīng)對措施

        2022-11-24 05:43:10姜新雷
        上海節(jié)能 2022年11期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)帽床溫電焊

        姜新雷

        滄州旭陽化工有限公司

        0 循環(huán)流化床鍋爐介紹

        某公司一臺(tái)220 t/h 循環(huán)流化床鍋爐為國內(nèi)某鍋爐廠制造,于2016年6月投入運(yùn)行。鍋爐為高溫高壓,采用5 000 kcal動(dòng)力燃煤、床下風(fēng)室內(nèi)天然氣點(diǎn)火方式,啟動(dòng)初期由床下兩臺(tái)天然氣點(diǎn)火槍加熱預(yù)裝床料,當(dāng)床溫高至480 ℃時(shí)開始投煤[1-2]。具體設(shè)計(jì)及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見表1。

        表1 鍋爐設(shè)計(jì)及運(yùn)行數(shù)據(jù)表

        1 風(fēng)帽設(shè)計(jì)情況

        鍋爐爐膛風(fēng)帽由鍋爐廠設(shè)計(jì),為小型鐘罩式風(fēng)帽。風(fēng)帽與風(fēng)帽管通過4點(diǎn)點(diǎn)焊形式連接,共計(jì)785套。風(fēng)帽管固定于布風(fēng)板上,尺寸φ51×5 mm,風(fēng)帽盤尺寸φ114 mm,風(fēng)帽鐘罩處厚度12 mm。風(fēng)帽上均勻布置8 個(gè)13.5 mm 的孔,風(fēng)帽孔沿水平線向下傾斜10°。 風(fēng)帽和風(fēng)帽管材質(zhì)為ZG60Cr26Ni7MnSiNRe,風(fēng)帽管底部部分埋在高溫耐火澆注料內(nèi),澆注料厚度130 mm,在保護(hù)風(fēng)帽管不被燒壞的同時(shí)還防止床料磨損風(fēng)帽管。風(fēng)帽及風(fēng)帽管尺寸及連接形式見圖1。

        圖1 風(fēng)帽及風(fēng)帽管尺寸及連接形式

        2 風(fēng)帽運(yùn)行過程中存在的問題

        該鍋爐于 2016 年 6 月投產(chǎn),2017 年 12 月出現(xiàn)風(fēng)帽脫落情況,當(dāng)月鍋爐平均負(fù)荷170 t/h、床溫950 ℃。2018 年4 月,風(fēng)帽開始大量脫落,此時(shí)鍋爐平均負(fù)荷達(dá)210 t/h、床溫最高時(shí)1 010 ℃,

        除風(fēng)帽大量脫落外,還出現(xiàn)鍋爐局部結(jié)焦情況,以至于嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致了非計(jì)劃停車[3-5]。為此,每次檢修時(shí)都需對風(fēng)帽進(jìn)行批量更換,拆除的風(fēng)帽見圖2,可見風(fēng)帽管有斷裂現(xiàn)象。

        圖2 風(fēng)帽管斷裂

        風(fēng)帽脫落將嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行,風(fēng)帽管脫落會(huì)引起鍋爐布風(fēng)板局部出現(xiàn)流化風(fēng)短路現(xiàn)象,導(dǎo)致床料整體流化不良,進(jìn)而導(dǎo)致更多風(fēng)帽損壞;風(fēng)帽脫落和床溫升高會(huì)形成惡性循環(huán),導(dǎo)致鍋爐局部結(jié)焦,嚴(yán)重時(shí)需停爐檢修。到2021年,因風(fēng)帽問題造成非計(jì)劃停爐2 次,給生產(chǎn)造成了很大影響。鍋爐床溫情況見圖3。

        圖3 鍋爐床溫情況

        3 原因分析

        1)材質(zhì)選型不合理

        原風(fēng)帽及風(fēng)帽管設(shè)計(jì)材質(zhì)為ZG60Cr26Ni7Mn-SiNRe,經(jīng)查詢該材質(zhì)使用的最高環(huán)境溫度為1 100 ℃,且抗磨性能一般。實(shí)際運(yùn)行過程中,由于床溫測點(diǎn)布置在水冷壁和澆注料處,此處溫度偏低,顯示只有1 010 ℃,但實(shí)際爐膛溫度超過1 100 ℃,已達(dá)材料極限溫度,故材質(zhì)選型不合理[6]。此外,風(fēng)帽由于床料的反復(fù)沖刷造成損壞也是風(fēng)帽脫落的原因。

        2)風(fēng)帽管澆注料施工質(zhì)量不合格

        多次停爐檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)帽管澆注料處施工質(zhì)量不合格,風(fēng)帽管斷裂位置多位于風(fēng)帽盤底部風(fēng)帽管裸露部分,這是由于澆注料的脫落,風(fēng)帽管失去了保護(hù),與流化床料直接接觸產(chǎn)生摩擦,進(jìn)而造成風(fēng)帽管變薄直至斷裂。

        3)風(fēng)帽及風(fēng)帽管安裝質(zhì)量不合格

        根據(jù)鍋爐廠施工要求,風(fēng)帽及風(fēng)帽盤管要嚴(yán)密接合,要求縫隙≯0.5 mm,但實(shí)際施工過程中,由于風(fēng)帽間間隙非常小,只有155 mm,很難保證風(fēng)帽與風(fēng)帽盤管的嚴(yán)密接合,如此流化風(fēng)在風(fēng)帽盤處直接短路,造成漏風(fēng),而漏風(fēng)又使其它風(fēng)帽的風(fēng)量減小,進(jìn)而使整個(gè)爐膛出現(xiàn)流化不均、床溫偏高現(xiàn)象,造成風(fēng)帽脫落的加?。?]。

        4)床溫偏高

        通過對表1中床溫設(shè)計(jì)溫度與實(shí)際運(yùn)行溫度的對比,可發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行溫度高出設(shè)計(jì)值50 ℃,嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)值,此外,風(fēng)帽實(shí)際運(yùn)行環(huán)境溫度也超過了風(fēng)帽材質(zhì)限制的最高溫度1 100 ℃,導(dǎo)致風(fēng)帽發(fā)生變形最后斷裂。

        時(shí)光荏苒,今年已是德州新豐化肥有限公司成立的第15個(gè)年頭。從最初只代理幾個(gè)品牌到如今形成種子、農(nóng)藥和化肥多品牌、多區(qū)域的完善銷售網(wǎng)絡(luò),作為執(zhí)行總經(jīng)理的劉立魯功不可沒?;叵肫?5年前,剛接觸農(nóng)資業(yè)務(wù),擔(dān)任銷售業(yè)務(wù)員,劉立魯感慨萬千。2000年,正是我國肥料產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的時(shí)期,除了國外品牌,國內(nèi)產(chǎn)品也開始陸續(xù)進(jìn)入市場,肥料行業(yè)百佳爭鳴的局面逐漸形成。那時(shí)的劉立魯每天都在田間地頭,實(shí)地考察、走訪農(nóng)戶、拜訪基層經(jīng)銷商。在市場逐漸改變“坐商”習(xí)氣的同時(shí),許多新的推廣方法與服務(wù)理念開始形成,這段基層推廣銷售經(jīng)歷對他此后帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)飛速發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。

        5)風(fēng)帽及風(fēng)帽管連接形式不合理

        根據(jù)鍋爐廠提供的設(shè)計(jì)說明,風(fēng)帽及風(fēng)帽盤是通過4 點(diǎn)點(diǎn)焊形式連接的,此種連接方式存在如下問題:由于電焊點(diǎn)的施工環(huán)境溫度為20 ℃,故在950 ℃的運(yùn)行溫度下會(huì)由于熱態(tài)膨脹導(dǎo)致拉裂;點(diǎn)焊處風(fēng)帽管和風(fēng)帽接觸面積太小,微小的拉裂裂紋也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)帽脫落[8]。

        4 應(yīng)對措施

        鑒于鍋爐爐膛風(fēng)帽脫落嚴(yán)重問題,公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)鍋爐廠家進(jìn)行了多次溝通,認(rèn)為如需徹底解決該問題需更換風(fēng)帽材質(zhì),并對風(fēng)帽進(jìn)行重新布置。由于風(fēng)帽、布風(fēng)板的拆除及重新布置工程量和投資都較大,為此,結(jié)合公司實(shí)際情況,從以下幾方面開展工作[9]:

        1)提高風(fēng)帽和風(fēng)帽管材質(zhì)

        經(jīng)與專業(yè)廠家溝通,風(fēng)帽和風(fēng)帽管的材料選取更為耐高溫、抗磨的ZGCr25Ni20MoW。

        2)嚴(yán)控爐膛澆注料處施工質(zhì)量

        將風(fēng)帽管處澆注料的驗(yàn)收定為A 級(jí)質(zhì)量控制點(diǎn),以杜絕澆注料脫落情況。

        3)嚴(yán)控風(fēng)帽安裝質(zhì)量

        增加風(fēng)帽管安裝到位驗(yàn)收環(huán)節(jié),在風(fēng)帽管安裝到位且澆注料驗(yàn)收合格后再開展風(fēng)帽安裝工作;對原4 點(diǎn)電焊在高溫情況下極易開焊情況,將電焊改成段焊,增加焊縫長度,確保焊口適應(yīng)高溫環(huán)境。

        4)降低鍋爐床溫

        聯(lián)合設(shè)計(jì)單位對旋風(fēng)分離器進(jìn)口進(jìn)行了收口及中心筒改造,提高旋風(fēng)分離器分離效率,提高鍋爐返料量,達(dá)到降低鍋爐床溫的目的。

        5)改造風(fēng)帽和風(fēng)帽管的連接形式

        將電焊連接改為旋鈕卡扣式連接(見圖4),并增加卡扣后再點(diǎn)焊步驟,以解決電焊連接接合不牢固問題。

        圖4 風(fēng)帽及風(fēng)帽管連接圖

        2021年10月,通過公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)的共同努力,對鍋爐進(jìn)行了上述全面提升改造,鍋爐爐膛風(fēng)帽脫落得到徹底解決,從根本上杜絕了非計(jì)劃停車的可能性。

        改造后不僅解決了風(fēng)帽脫落問題,還提高了分離器分離效率,鍋爐床溫降低約50 ℃,NOx排放量由原來的300 mg/Nm3降到了150 mg/Nm3,脫硝氨水耗量降低85 L/min,相當(dāng)于節(jié)省氨水費(fèi)用14.8萬元/月,節(jié)能效果顯著。

        5 結(jié)語

        流化床鍋爐爐膛風(fēng)帽為鍋爐的重要部件,出現(xiàn)問題將導(dǎo)致運(yùn)行異常,因此需選擇合適的風(fēng)帽,鍋爐廠應(yīng)根據(jù)用戶實(shí)際情況,不斷修改、完善風(fēng)帽型式、材質(zhì)及安裝要求,確保鍋爐的正常運(yùn)行。

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