循环流化床锅炉下渣管技术改进

2018-08-02，，，

石油化工设备 2018年4期

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(神华宁夏煤业集团煤制油化工安装检修分公司，宁夏银川 750411)

神华宁煤烯烃分公司2套50万t/a甲醇制丙烯装置，与其配套的动力装置为4台循环流化床锅炉(3开1备)。此装置于2013-05投入运行，2015-11～2016-01，4台锅炉运行过程中均出现了下渣管断裂现象，严重影响锅炉正常运行，导致锅炉非计划停炉，造成了一定的经济损失，文中对此进行了详细分析，并提出了改进措施。

1 循环流化床锅炉简介

循环流化床锅炉近十几年得以迅速发展，归因于高效低污染清洁燃烧技术，该技术使其具有燃料适应性广、燃烧效率高、排出的灰渣活性好及负荷调节范围大等显著优点[1]。烯烃分公司4台循环流化床锅炉主要为煤制油化工甲醇制丙烯装置和其它公用设施装置提供热能和电能，满足用热用电需求，属煤化工项目的自备动力站，以自发自用为主，保证全厂装置的用汽量。

锅炉系统主要由膜式水冷壁炉膛、旋风分离器、尾部竖井(HRA)、空气预热器、过热器、省煤器以及下降管等组成[1-3]。在炉膛下部布风板上设置有4个固定式排渣口，排渣口与冷渣机之间连接的管子与膨胀节组件称为下渣管，材质为316铸件，规格(外径×厚度)Ø219 mm×12 mm。循环流化床锅炉系统结构见图1，其中的虚线部分为下渣管组合件(简称下渣管)。

图1 循环流化床锅炉系统结构图

2 下渣管断裂原因分析

4台锅炉下渣管均存在烧红、断裂及喷渣现象。经过有关人员的调查可知，下渣管长期在高温状态下工作，材质容易发生蠕变，加之受热应力作用发生疲劳损坏，最终导致下渣管断裂，产生喷渣。造成下渣管断裂主要有3个因素，分述如下。

2.1 材质不合理

(1)下渣管的各个零件材质为耐高温1 000 ℃的316铸件，在800 ℃高温下强度下降较为明显，且铸造钢管存在气孔、夹渣等缺陷，在高温蠕变力的作用下易产生应力集中，容易形成裂纹[4]。

(2)铸造管的含碳量较高，因此其塑性差，且含有锰、磷、硫等有害元素，导致下渣管的焊接性能较差。且下渣管为多段管段焊接而成，在焊接过程中焊缝容易出现气孔、夹渣等缺陷[4-6]。

2.2 结构不合理

在锅炉运行过程中，下渣管弯头处频繁泄漏，采取在弯头处加装浇注料胎具的措施进行了及时修复。浇注料胎具使得弯头处质量增大，同时也加大了管线下垂应力，在此下垂应力作用下，下渣管部件的焊缝处产生拉裂，最终导致了断裂。

在原结构中，下渣管与炉膛底部焊接相接，前部分管段与水平方向成大约60°角向下，后部分管段为垂直向下，中间有弯头连接，后部分管段中设计有膨胀节，膨胀节下端与冷渣机之间采用漏斗形式相连接，见图2。

图2 原结构中下渣管结构示图

当锅炉运行排渣时，为了降低含尘量，采取了喷水措施，炉渣的体积因而变大，在漏斗处容易产生炉渣堆积现象。而且下渣管因排渣发生膨胀，也因炉渣温度较高而自身受热产生三维膨胀[7]。在炉渣堆积过多的情况下膨胀位移受阻，膨胀位移产生的力无法得到释放，作用在下渣管上使得下渣管在应力集中的部位发生断裂，进而造成炉膛内的高温炉渣泄漏而出。

2.3 膨胀节选型不合理

膨胀节设置在下渣管中间部位，具有补偿管道轴向、径向和三维方向位移量并保持管道密封性作用。当高温炉渣被输送到下渣管时，下渣管因热传导温度升高，长度因热胀冷缩而变化，膨胀节可为这些变化提供补偿[8]。否则，产生的力不仅会损坏下渣管，也会通过管道系统将力作用在锅炉上，对锅炉的完好性产生破坏。

膨胀节材质为316，规格(外径×厚度×长度)为Ø294 mm×20 mm×800 mm，在工作温度超过800 ℃时，许用应力持续降低[4]，而锅炉炉渣温度约为800 ℃。通过分析下渣管膨胀量，得出炉渣实际轴向膨胀量在270～350 mm，径向伸缩量在100～130 mm，而原膨胀节轴向补偿能力为300 mm，径向补偿能力为120 mm。因此，膨胀节的材质和规格均不符合生产要求。