循环流化床锅炉爆管原因分析及解决措施

2021-03-09杨国锋李光辉

内蒙古科技与经济 2021年3期

杨国锋，李光辉

(新疆新业能源化工有限责任公司，新疆五家渠 831300)

循环流化床是近年来国际上发展起来的一种改进型洁净煤燃烧技术，因其燃烧效率高、燃料适应性广、负荷调节范围大等优点，在工业利用上有着广阔的发展空间[1]。然而循环流化床锅炉的耐磨损性问题严重限制了其持续发展。新疆某化工企业配备4台型号为XD-260/9.81-M型中温分离循环流化床锅炉，设计燃烧准东煤。2016年投用以来爆管频繁，每年因爆管造成的损失高达上亿元。为解决这一问题，企业开展研究，取得了一些成果。

1 锅炉设备简介

锅炉运行参数，见表1。

表1 锅炉运行参数

锅炉为紧身封闭布置，由前部和尾部两个竖井烟道组成。前部竖井是炉膛，为悬吊结构，炉膛四周由膜式水冷壁组成。自下而上一次为一次风室、浓相床、悬浮段、一级蒸发管、三级过热器、二级过热器、一级过热器、二级蒸发管及高温省煤器。在炉膛的锥段部分的前后墙布置有二次风入口。尾部受热面烟道竖井采用支撑结构，布置有低温省煤器上段、SCR装置、低温省煤器，如图1所示。

图1 锅炉换热器结构布置

2 爆管情况

2016年～2020年7月，4台锅炉共发生爆管79次，见表2，绝大多数是由磨损和腐蚀引起的[2]。

表2 锅炉爆管情况

3 爆管原因分析

3.1 设计原因

3.1.1 炉型选择不理想。针对准东煤碱金属含量高、灰熔点低、易结焦沾污的特点，设计选用了引进吸收德国巴高科的中温分离炉型，将主要受热面集中布置在炉膛内，利用燃烧过程中存在的大量固体循环物料不断冲刷受热面，以提高热效率，降低床温，避免床层结焦和水冷壁发生沾污。运行情况表明该炉型起到了上述作用。但此设计带来的负面效应却超出预期，集中表现为炉内蒸发管、过热器等受热面在物料冲刷下频繁出现爆管[3，4]。

3.1.2 管排设计缺陷。一级蒸发管和三级过热器节距为180mm，二级过热器、一级过热器、二级蒸发管、高温省煤器节距为90mm。由于炉内受热面节距变窄，导致后部受热面烟气流速升高；过热器管排缺少夹马固定；管排膨胀量计算不准确；穿墙管直接与水冷壁浇注在一起，膨胀力全部由水冷壁承担，使得管束无法自由膨胀。

3.1.3 防磨设计缺陷。高温省煤器上下段缺少烟气挡板；二级蒸发管四角缺少防磨罩；水冷壁四角防磨效果差；防爆门、人孔门、测点设置过多，容易漏风；采用“V”型床，风帽数量多，风帽眼对吹磨损严重[5]。

3.1.4 制造安装缺陷。个别密封鳍片与水冷壁焊接时咬边过深；部分浇注料固定不牢；防爆门、人孔门变形，封闭不严；防磨瓦与管壁贴合不良；烟风道漏风，导流板没有做浇筑料。

3.1.5 配套设施缺陷。炉膛吹灰器吹灰管受热变形，被迫停用。长期不吹灰，细颗粒灰在受热面管壁上沉积、堵塞，形成烟气走廊，加剧其他部分的磨损，沉积引起灰下腐蚀[6]；SNCR喷枪枪头雾化效果不好，喷氨量大，容易产生硫酸氢氨，在炉内的管壁上结块、造成腐蚀；返料器密封不良，锅炉启动前期容易短路。

3.2 煤的影响

3.2.1 粒度影响。煤粒度由进厂煤粒度原始分布和筛分、破碎系统决定，该企业只有筛分系统,配套设施不完善，导致入炉煤粒度偏大。

入炉煤粒度大，流化效果差，烟气带入旋风分离器的物料少，不能维持正常的返料量，会造成床温高,渣量大、燃烧不完全、锅炉热效率下降；粒度小，能被旋风分离器捕捉到的灰量少，床温高，大量细灰离开锅炉而影响燃尽度，导致除尘阻力增加，锅炉效率下降[7]。适宜的入炉煤粒径为0～10mm，其中：99%应小于8mm；50%应在3mm～5mm；30%应小于1mm。前期研究发现：入炉煤粒径在12mm时，烟气中固体颗粒直径较大，进而加剧磨损；当入炉煤粒径控制在8mm以下时，磨损量降低一半左右。

3.2.2 碱金属影响。准东煤属于高碱金属煤，结渣及沾污倾向为严重[8]。对炉内检查发现：二级过热器顶部、一级过热器底部沾污最严重，焦块呈铁红色，较硬，腐蚀介质主要为硫酸盐。沾污物引起锅炉管壁腐蚀减薄，同时引起烟气分布不均，形成烟气走廊，加剧磨损。

3.2.3 一次风、二次风的影响。一二次风的分配比例对燃料在炉膛内不同高度区域的燃烧率和固体粒子沿炉高的分布情况有较大影响，对密相区和稀相区温度的分布有调节作用，同时对NOx的生成也有影响。通过试验发现：一次风量过剩，二次风量不足，是造成锅炉床温高、烟气流速大的原因之一[9]。降低磨损首先要降低风速并选择合适的风量配比。

3.2.4 运行及检维修的不足。该企业产品链条延长，蒸汽不平衡问题日益突出，锅炉长期高负荷运行，需要的大煤量和高风量，带来磨损加快。爆管后强制降温，抢修后快速提负荷等违规操作时有发生。检查不到位、检修仓促、检修质量差难以避免。