楊靜濤 宮立志

（吉林石化公司 吉林吉林）

自上世紀(jì)中葉許多科研機(jī)構(gòu)就開始對循環(huán)流化床投入大量研究，但由于技術(shù)上的困難，高速流態(tài)化過程的研究發(fā)展較為緩慢。近十幾年來，流化床技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，電站流化床鍋爐有了迅猛發(fā)展。

燃燒溫度較低，一般在850～950℃，對灰熔點(diǎn)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(dá)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(tài)化循環(huán)過程。具有高強(qiáng)度的熱量、質(zhì)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(jī)故障、物料循環(huán)系統(tǒng)故障、結(jié)焦以及磨損泄漏等，另外燃料特性和系統(tǒng)漏風(fēng)也嚴(yán)重制約著鍋爐的穩(wěn)定滿負(fù)荷運(yùn)行。

1.澆筑料問題

長期在高溫條件下運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐，啟停及負(fù)荷變化容易對耐火澆筑料造成反復(fù)的熱沖擊，爐內(nèi)又有大量高速運(yùn)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(jìn)行保護(hù)，同時(shí)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(jī)械應(yīng)力造成耐火材料產(chǎn)生裂縫和剝落。當(dāng)溫度波動時(shí)，耐火材料骨料和粘合料之間熱膨脹系數(shù)不同而形成內(nèi)應(yīng)力，反復(fù)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(nèi)的應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度，進(jìn)而造成破壞。機(jī)械應(yīng)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(shù)不同，進(jìn)而造成耐火材料破壞，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮膨脹預(yù)留量。

（2）固體物料對耐火材料沖刷造成耐火材料破壞。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的邊角區(qū)域、旋風(fēng)分離器和固體物料回送管路等都容易受沖刷而磨損。試驗(yàn)證明耐火材料的磨損隨沖擊角的增大而增大，因此應(yīng)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(zhì)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(nèi)連續(xù)3次被迫停爐。停車后檢查爐膛情況，爐膛后墻澆筑料已經(jīng)大面積脫落，分離器內(nèi)有近20 kg的澆筑料塊，風(fēng)室和點(diǎn)火風(fēng)道接合處有較大裂縫，已無法局部修補(bǔ)。在鍋爐單體大修期間，全面更新爐內(nèi)澆筑料并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，啟動后至今未再出現(xiàn)澆筑料脫落事故。

從運(yùn)行參數(shù)看，當(dāng)鍋爐內(nèi)澆筑料大面積脫落后，多數(shù)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(nèi)局部形成死區(qū)，極易因局部溫度過高而造成鍋爐結(jié)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(wěn)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(yán)重磨損；鍋爐帶負(fù)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(shí)保證質(zhì)量并考慮有足夠的預(yù)膨脹量。另外，在鍋爐啟停過程中要限制系統(tǒng)溫度升降速度，防止在澆筑料內(nèi)部產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。從圖1可看出運(yùn)行至平穩(wěn)點(diǎn)之后，兩條曲線趨近水平，即工況已穩(wěn)定，平均床溫和風(fēng)室溫度保持穩(wěn)定。

2.除渣系統(tǒng)故障

動力廠流化床鍋爐排渣系統(tǒng)由2臺滾筒冷渣器、耐高溫給料機(jī)、3段刮板輸渣機(jī)和雙鏈斗式提升機(jī)組成。故障一般發(fā)生在刮板段和鏈斗提升段。主要表現(xiàn)為刮板變形、斷鏈以及提升斗鏈掉道。滾筒冷渣器運(yùn)行較為穩(wěn)定，只是入口泄漏較為嚴(yán)重，它優(yōu)于風(fēng)冷或風(fēng)水混合冷渣器，不存在冷渣器結(jié)焦故障，但受燃料粒度和灰量影響較為明顯，燃料粒度大時(shí)頻繁造成給料機(jī)卡死，灰量大時(shí)刮板易變形，排渣系統(tǒng)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(tài)下人工排渣較為順暢，沒有出現(xiàn)排渣系統(tǒng)故障造成的事故停爐，但員工工作環(huán)境惡劣，勞動強(qiáng)度大，并且事故排渣時(shí)余熱回收系統(tǒng)失效，燃料熱損失嚴(yán)重。從運(yùn)行方面看，對于動力廠流化床鍋爐當(dāng)前狀況，修復(fù)冷渣器和提高刮板機(jī)輸送能力或更新灰渣輸送系統(tǒng)是必要的。從理論上講，減少中間環(huán)節(jié)是減小排渣系統(tǒng)故障率的最佳手段，相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)工作量和維護(hù)維修費(fèi)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(shè)備。

3.物料循環(huán)系統(tǒng)故障

流化床鍋爐內(nèi)物料需要具有流態(tài)化過程，當(dāng)循環(huán)中任意環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都將造成整個(gè)循環(huán)失控，因此，必須建立起穩(wěn)定的物料循環(huán)才能保證鍋爐滿負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行。

動力廠2#爐甲旋風(fēng)分離器內(nèi)套筒曾經(jīng)脫落，由于分離器失去了慣性分離作用，大部分細(xì)灰隨同煙氣排出，致使返料量降低，返料溫度只有350℃，調(diào)整返料風(fēng)配比也只能將返料器溫度提升到420℃，并且爐膛內(nèi)因細(xì)灰量少，大顆粒床料沉積于布風(fēng)板上，形成近似泡床的狀態(tài)，由于小顆粒飛灰都被煙氣帶走，造成鍋爐稀相區(qū)物料濃度下降，傳熱量不足，爐內(nèi)垂直方向溫度梯度增大，爐內(nèi)傳熱惡化。檢測分離器表面，內(nèi)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(yùn)行的分離器100℃左右。返料裝置對給水加熱作用減弱，鍋爐負(fù)荷明顯降低，飛灰含炭量升高，排煙溫度升高。

4.結(jié)焦

結(jié)焦的直接原因是爐內(nèi)局部或整體溫度超出了灰熔點(diǎn)或燒結(jié)溫度，可以分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦。低溫結(jié)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?zé)Y(jié)引起的結(jié)焦，焦塊特點(diǎn)是帶有許多嵌入的未燒結(jié)的顆粒?；以袎A金屬鉀、鈉含量高時(shí)易發(fā)生低溫結(jié)焦。要避免低溫結(jié)焦的最好辦法是保證爐內(nèi)的良好流化，消除流化死區(qū)。高溫結(jié)焦是床層整體溫度水平較高而流化正常時(shí)所形成的結(jié)焦，特點(diǎn)是面積大，嚴(yán)重時(shí)可波及整個(gè)床層，焦塊表面呈熔融狀態(tài)，深褐色，有少量氣孔，質(zhì)地堅(jiān)硬。避免高溫結(jié)焦應(yīng)控制良好的床溫水平，避免超溫。

造成結(jié)焦的原因一是操作不當(dāng)，床層超溫。二是一次風(fēng)量過小，低于最小流化風(fēng)量，床料流化水平下降，整個(gè)爐膛的溫度場遭到破壞，在負(fù)荷降低時(shí)為了提負(fù)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(chǎn)生瞬間高溫。某電廠曾試驗(yàn)以粒度＜4 mm的床料啟動鍋爐，啟動多次都以床層結(jié)焦宣告失敗。四是煤種不合適，流化床鍋爐煤種適應(yīng)性較好，但也不是任何煤種都可以保證其穩(wěn)定燃燒，灰分過大的煤給排渣系統(tǒng)帶來過重負(fù)擔(dān)，灰分過小的煤不能提供給鍋爐足夠的傳熱介質(zhì)，同樣制約鍋爐帶負(fù)荷并且容易結(jié)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(shí)要摻入一定比例的沙子才能保證鍋爐滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，可見流化床穩(wěn)定運(yùn)行其循環(huán)灰量必須要保證。

5.流化床的磨損和預(yù)防

循環(huán)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(yù)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(shè)備受熱應(yīng)力影響，支撐部件受熱后與被支撐部件之間產(chǎn)生的微弱振動造成的磨損。研究與測試結(jié)果表明，金屬壁面的磨損速率與顆粒速度成立方關(guān)系，與顆粒直徑成平方關(guān)系，見公式（1）。

式中 δ——磨損速率

k——修正系數(shù)

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(qiáng)。對于循環(huán)流化床鍋爐的床料粒徑基本上是維持穩(wěn)定的，因此，控制合適的風(fēng)速以控制物料運(yùn)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(jìn)行變形處理、熱噴涂、加裝擋板局部改變物料運(yùn)動場、耐火材料變形澆筑等。對于已經(jīng)投產(chǎn)的設(shè)備，由于換熱管束結(jié)構(gòu)和形式的限制，不便于再進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變，只能考慮噴涂和加裝輔助部件。實(shí)踐證明，最有效的防磨措施還是適當(dāng)添加防磨蓋板或選擇優(yōu)良的耐火澆筑料。加裝防磨蓋板便于施工，應(yīng)用靈活，可以做到盡可能保護(hù)受熱面，最大限度減緩磨損。

6.結(jié)束語

通過以上分析認(rèn)為，流化床鍋爐作為一類高性能燃煤鍋爐，若要充分發(fā)揮其優(yōu)越性能必須抓好每一個(gè)細(xì)節(jié)。首要的是保證建設(shè)過程的施工質(zhì)量，確保系統(tǒng)漏風(fēng)量最小、各部件強(qiáng)度達(dá)標(biāo)；其次，做好輔機(jī)選型和日常維護(hù)，消除輔機(jī)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(yùn)行要按規(guī)定操作，避免驟啟、驟停，控制鍋爐工況穩(wěn)定，尤其各部溫度、壓力參數(shù)不可超標(biāo)；最后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取合適的防磨措施，以延長鍋爐運(yùn)行周期。