YG-160/9.81-M循環流化床鍋爐常見故障分析

楊靜濤 宮立志

（吉林石化公司 吉林吉林）

自上世紀中葉許多科研機構就開始對循環流化床投入大量研究，但由于技術上的困難，高速流態化過程的研究發展較為緩慢。近十幾年來，流化床技術得到廣泛應用，電站流化床鍋爐有了迅猛發展。

燃燒溫度較低，一般在850～950℃，對灰熔點的敏感程度降低，氮氧化物生成量低，脫硫效率高，燃料熱損失低，性能良好的流化床鍋爐效率可達98%～99%以上。具有高速度、高濃度、高通量的固體燃料和輔料（惰性床料、脫硫劑、灰等）流態化循環過程。具有高強度的熱量、質量和動量的傳遞，保證了延爐膛高度方向上溫度梯度較小，使熱量均勻傳遞。

造成流化床鍋爐故障的因素較多，以YG-160/9.81-M為例，主要故障有澆筑料及爐墻損壞、輔機故障、物料循環系統故障、結焦以及磨損泄漏等，另外燃料特性和系統漏風也嚴重制約著鍋爐的穩定滿負荷運行。

1.澆筑料問題

長期在高溫條件下運行的循環流化床鍋爐，啟停及負荷變化容易對耐火澆筑料造成反復的熱沖擊，爐內又有大量高速運動的固體物料的沖擊，因此在燃燒室中需要使用耐火材料來對受熱面進行保護，同時也起到存蓄熱量的作用。另外在高溫分離器、返料器和水平煙道等處也用到了大量的耐火材料。但各種原因造成的耐火澆筑料脫落事故也較多，約占各種事故總和的15%，僅次于受熱面磨損事故。

（1）溫度波動和熱沖擊以及機械應力造成耐火材料產生裂縫和剝落。當溫度波動時，耐火材料骨料和粘合料之間熱膨脹系數不同而形成內應力，反復作用最終造成耐火材料裂縫和剝落。溫度快速變化造成的熱沖擊可使耐火材料內的應力超過其抗拉強度，進而造成破壞。機械應力造成耐火材料的破壞則主要是由于耐火材料與金屬拉鉤的熱膨脹系數不同，進而造成耐火材料破壞，因此在設計時應充分考慮膨脹預留量。

（2）固體物料對耐火材料沖刷造成耐火材料破壞。循環流化床鍋爐內的邊角區域、旋風分離器和固體物料回送管路等都容易受沖刷而磨損。試驗證明耐火材料的磨損隨沖擊角的增大而增大，因此應盡量減小各部沖擊角。

（3）堿金屬滲透而造成耐火材料漸衰失效和因滲碳造成的耐火材料變質破壞。

動力廠3#流化床鍋爐耐火澆筑料的破壞屬于前兩者的綜合作用。2005年5月，因澆筑料脫落，排渣口頻繁被堵死，人工疏通無效，在25天內連續3次被迫停爐。停車后檢查爐膛情況，爐膛后墻澆筑料已經大面積脫落，分離器內有近20 kg的澆筑料塊，風室和點火風道接合處有較大裂縫，已無法局部修補。在鍋爐單體大修期間，全面更新爐內澆筑料并進行養護，啟動后至今未再出現澆筑料脫落事故。

從運行參數看，當鍋爐內澆筑料大面積脫落后，多數情況會堵塞排渣口，尤其是底部排渣的鍋爐更容易因澆筑料脫落而不能排渣。澆筑料沉在床上，影響床料正常流化，床內局部形成死區，極易因局部溫度過高而造成鍋爐結焦。另外，燃料與裸露的水冷壁管束換熱加劇，爐膛蓄熱能力降低，爐膛溫度水平下降，穩定工況遭到破壞；水冷壁管與燃燒物料直接接觸，造成水冷壁管束嚴重磨損；鍋爐帶負荷能力明顯下降。

防止耐火材料破壞的最好辦法是選取性能良好的耐火材料，施工時保證質量并考慮有足夠的預膨脹量。另外，在鍋爐啟停過程中要限制系統溫度升降速度，防止在澆筑料內部產生過大的熱應力。從圖1可看出運行至平穩點之后，兩條曲線趨近水平，即工況已穩定，平均床溫和風室溫度保持穩定。

2.除渣系統故障

動力廠流化床鍋爐排渣系統由2臺滾筒冷渣器、耐高溫給料機、3段刮板輸渣機和雙鏈斗式提升機組成。故障一般發生在刮板段和鏈斗提升段。主要表現為刮板變形、斷鏈以及提升斗鏈掉道。滾筒冷渣器運行較為穩定，只是入口泄漏較為嚴重，它優于風冷或風水混合冷渣器，不存在冷渣器結焦故障，但受燃料粒度和灰量影響較為明顯，燃料粒度大時頻繁造成給料機卡死，灰量大時刮板易變形，排渣系統出力明顯降低，排渣溫度可升高一倍。

圖1 2#爐成功開車過程床料升溫曲線

目前，由于事故狀態下人工排渣較為順暢，沒有出現排渣系統故障造成的事故停爐，但員工工作環境惡劣，勞動強度大，并且事故排渣時余熱回收系統失效，燃料熱損失嚴重。從運行方面看，對于動力廠流化床鍋爐當前狀況，修復冷渣器和提高刮板機輸送能力或更新灰渣輸送系統是必要的。從理論上講，減少中間環節是減小排渣系統故障率的最佳手段，相應的運行維護工作量和維護維修費用都隨之減少。因此，可以考慮縮短輸送距離，簡化或更新灰渣輸送設備。

3.物料循環系統故障

流化床鍋爐內物料需要具有流態化過程，當循環中任意環節發生故障，都將造成整個循環失控，因此，必須建立起穩定的物料循環才能保證鍋爐滿負荷平穩運行。

動力廠2#爐甲旋風分離器內套筒曾經脫落，由于分離器失去了慣性分離作用，大部分細灰隨同煙氣排出，致使返料量降低，返料溫度只有350℃，調整返料風配比也只能將返料器溫度提升到420℃，并且爐膛內因細灰量少，大顆粒床料沉積于布風板上，形成近似泡床的狀態，由于小顆粒飛灰都被煙氣帶走，造成鍋爐稀相區物料濃度下降，傳熱量不足，爐內垂直方向溫度梯度增大，爐內傳熱惡化。檢測分離器表面，內套筒脫落的分離器表面溫度已接近空氣溫度（本體上部空間空氣溫度較高），低于正常運行的分離器100℃左右。返料裝置對給水加熱作用減弱，鍋爐負荷明顯降低，飛灰含炭量升高，排煙溫度升高。

4.結焦

結焦的直接原因是爐內局部或整體溫度超出了灰熔點或燒結溫度，可以分為高溫結焦和低溫結焦。低溫結焦是床層整體溫度低于灰渣變形溫度，由于局部超溫或低溫燒結引起的結焦，焦塊特點是帶有許多嵌入的未燒結的顆粒?；以袎A金屬鉀、鈉含量高時易發生低溫結焦。要避免低溫結焦的最好辦法是保證爐內的良好流化，消除流化死區。高溫結焦是床層整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結焦，特點是面積大，嚴重時可波及整個床層，焦塊表面呈熔融狀態，深褐色，有少量氣孔，質地堅硬。避免高溫結焦應控制良好的床溫水平，避免超溫。

造成結焦的原因一是操作不當，床層超溫。二是一次風量過小，低于最小流化風量，床料流化水平下降，整個爐膛的溫度場遭到破壞，在負荷降低時為了提負荷而增大給煤，造成床溫超溫。三是燃料粒度級配不合理，過大或過小都不行，燃料粒度過大送入鍋爐后不能很好流化，過小則燃燒迅速產生瞬間高溫。某電廠曾試驗以粒度＜4 mm的床料啟動鍋爐，啟動多次都以床層結焦宣告失敗。四是煤種不合適，流化床鍋爐煤種適應性較好，但也不是任何煤種都可以保證其穩定燃燒，灰分過大的煤給排渣系統帶來過重負擔，灰分過小的煤不能提供給鍋爐足夠的傳熱介質，同樣制約鍋爐帶負荷并且容易結焦。哈爾濱某供熱公司有9臺160 t/h熱水流化床鍋爐，燃用低灰分煤時要摻入一定比例的沙子才能保證鍋爐滿負荷穩定運行，可見流化床穩定運行其循環灰量必須要保證。

5.流化床的磨損和預防

循環流化床的磨損主要是受熱面和耐火澆筑料的磨損。受熱面主要包括水冷壁、過熱器、省煤器、預熱器等。受熱面的磨損主要是由于沖刷、沖擊、振動造成的磨損。沖擊和沖刷磨損主要是在過熱器以前的換熱面上，振動磨損主要是由于設備受熱應力影響，支撐部件受熱后與被支撐部件之間產生的微弱振動造成的磨損。研究與測試結果表明，金屬壁面的磨損速率與顆粒速度成立方關系，與顆粒直徑成平方關系，見公式（1）。

式中 δ——磨損速率

k——修正系數

up——顆粒速度

d——顆粒直徑

可見，磨損速率受物料流動速度影響稍強。對于循環流化床鍋爐的床料粒徑基本上是維持穩定的，因此，控制合適的風速以控制物料運動速度，可以很好地控制受熱面的磨損速率。

鍋爐受熱面和耐火澆筑料的磨損無法避免，但減緩磨損的方法有很多，如對換熱管束進行變形處理、熱噴涂、加裝擋板局部改變物料運動場、耐火材料變形澆筑等。對于已經投產的設備，由于換熱管束結構和形式的限制，不便于再進行結構改變，只能考慮噴涂和加裝輔助部件。實踐證明，最有效的防磨措施還是適當添加防磨蓋板或選擇優良的耐火澆筑料。加裝防磨蓋板便于施工，應用靈活，可以做到盡可能保護受熱面，最大限度減緩磨損。

6.結束語

通過以上分析認為，流化床鍋爐作為一類高性能燃煤鍋爐，若要充分發揮其優越性能必須抓好每一個細節。首要的是保證建設過程的施工質量，確保系統漏風量最小、各部件強度達標；其次，做好輔機選型和日常維護，消除輔機故障隱患；第三，大、中、小修合理安排，每次檢修隱患治理要徹底；第四，日常啟動和運行要按規定操作，避免驟啟、驟停，控制鍋爐工況穩定，尤其各部溫度、壓力參數不可超標；最后根據現場實際情況采取合適的防磨措施，以延長鍋爐運行周期。