循环流化床锅炉炉膛风帽大面积脱落原因分析及应对措施

姜新雷

沧州旭阳化工有限公司

0 循环流化床锅炉介绍

某公司一台220 t/h 循环流化床锅炉为国内某锅炉厂制造，于2016年6月投入运行。锅炉为高温高压，采用5 000 kcal动力燃煤、床下风室内天然气点火方式，启动初期由床下两台天然气点火枪加热预装床料，当床温高至480 ℃时开始投煤［1-2］。具体设计及实际运行参数见表1。

表1 锅炉设计及运行数据表

1 风帽设计情况

锅炉炉膛风帽由锅炉厂设计，为小型钟罩式风帽。风帽与风帽管通过4点点焊形式连接，共计785套。风帽管固定于布风板上，尺寸φ51×5 mm，风帽盘尺寸φ114 mm，风帽钟罩处厚度12 mm。风帽上均匀布置8 个13.5 mm 的孔，风帽孔沿水平线向下倾斜10°。 风帽和风帽管材质为ZG60Cr26Ni7MnSiNRe，风帽管底部部分埋在高温耐火浇注料内，浇注料厚度130 mm，在保护风帽管不被烧坏的同时还防止床料磨损风帽管。风帽及风帽管尺寸及连接形式见图1。

图1 风帽及风帽管尺寸及连接形式

2 风帽运行过程中存在的问题

该锅炉于 2016 年 6 月投产，2017 年 12 月出现风帽脱落情况，当月锅炉平均负荷170 t/h、床温950 ℃。2018 年4 月，风帽开始大量脱落，此时锅炉平均负荷达210 t/h、床温最高时1 010 ℃，

除风帽大量脱落外，还出现锅炉局部结焦情况，以至于严重时导致了非计划停车［3-5］。为此，每次检修时都需对风帽进行批量更换，拆除的风帽见图2，可见风帽管有断裂现象。

图2 风帽管断裂

风帽脱落将严重影响锅炉的安全运行，风帽管脱落会引起锅炉布风板局部出现流化风短路现象，导致床料整体流化不良，进而导致更多风帽损坏；风帽脱落和床温升高会形成恶性循环，导致锅炉局部结焦，严重时需停炉检修。到2021年，因风帽问题造成非计划停炉2 次，给生产造成了很大影响。锅炉床温情况见图3。

图3 锅炉床温情况

3 原因分析

1)材质选型不合理

原风帽及风帽管设计材质为ZG60Cr26Ni7Mn-SiNRe，经查询该材质使用的最高环境温度为1 100 ℃，且抗磨性能一般。实际运行过程中，由于床温测点布置在水冷壁和浇注料处，此处温度偏低，显示只有1 010 ℃，但实际炉膛温度超过1 100 ℃，已达材料极限温度，故材质选型不合理［6］。此外，风帽由于床料的反复冲刷造成损坏也是风帽脱落的原因。

2)风帽管浇注料施工质量不合格

多次停炉检查发现风帽管浇注料处施工质量不合格，风帽管断裂位置多位于风帽盘底部风帽管裸露部分，这是由于浇注料的脱落，风帽管失去了保护，与流化床料直接接触产生摩擦，进而造成风帽管变薄直至断裂。

3)风帽及风帽管安装质量不合格

根据锅炉厂施工要求，风帽及风帽盘管要严密接合，要求缝隙≯0.5 mm，但实际施工过程中，由于风帽间间隙非常小，只有155 mm，很难保证风帽与风帽盘管的严密接合，如此流化风在风帽盘处直接短路，造成漏风，而漏风又使其它风帽的风量减小，进而使整个炉膛出现流化不均、床温偏高现象，造成风帽脱落的加剧［7］。

4)床温偏高

通过对表1中床温设计温度与实际运行温度的对比，可发现实际运行温度高出设计值50 ℃，严重偏离了设计值，此外，风帽实际运行环境温度也超过了风帽材质限制的最高温度1 100 ℃，导致风帽发生变形最后断裂。

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5)风帽及风帽管连接形式不合理

根据锅炉厂提供的设计说明，风帽及风帽盘是通过4 点点焊形式连接的，此种连接方式存在如下问题：由于电焊点的施工环境温度为20 ℃，故在950 ℃的运行温度下会由于热态膨胀导致拉裂；点焊处风帽管和风帽接触面积太小，微小的拉裂裂纹也会导致风帽脱落［8］。

4 应对措施

鉴于锅炉炉膛风帽脱落严重问题，公司技术团队与国内锅炉厂家进行了多次沟通，认为如需彻底解决该问题需更换风帽材质，并对风帽进行重新布置。由于风帽、布风板的拆除及重新布置工程量和投资都较大，为此，结合公司实际情况，从以下几方面开展工作［9］：

1)提高风帽和风帽管材质

经与专业厂家沟通，风帽和风帽管的材料选取更为耐高温、抗磨的ZGCr25Ni20MoW。

2)严控炉膛浇注料处施工质量

将风帽管处浇注料的验收定为A 级质量控制点，以杜绝浇注料脱落情况。

3)严控风帽安装质量

增加风帽管安装到位验收环节，在风帽管安装到位且浇注料验收合格后再开展风帽安装工作；对原4 点电焊在高温情况下极易开焊情况，将电焊改成段焊，增加焊缝长度，确保焊口适应高温环境。

4)降低锅炉床温

联合设计单位对旋风分离器进口进行了收口及中心筒改造，提高旋风分离器分离效率，提高锅炉返料量，达到降低锅炉床温的目的。

5)改造风帽和风帽管的连接形式

将电焊连接改为旋钮卡扣式连接（见图4），并增加卡扣后再点焊步骤，以解决电焊连接接合不牢固问题。

图4 风帽及风帽管连接图

2021年10月，通过公司技术团队的共同努力，对锅炉进行了上述全面提升改造，锅炉炉膛风帽脱落得到彻底解决，从根本上杜绝了非计划停车的可能性。

改造后不仅解决了风帽脱落问题，还提高了分离器分离效率，锅炉床温降低约50 ℃，NOx排放量由原来的300 mg/Nm3降到了150 mg/Nm3，脱硝氨水耗量降低85 L/min，相当于节省氨水费用14.8万元/月，节能效果显著。

5 结语

流化床锅炉炉膛风帽为锅炉的重要部件，出现问题将导致运行异常，因此需选择合适的风帽，锅炉厂应根据用户实际情况，不断修改、完善风帽型式、材质及安装要求，确保锅炉的正常运行。