床下啟動燃燒器耐火澆筑料脫落原因分析與對策

曹生友

(中能建山西電建一公司，山西大同 037001)

0 引言

某電廠2×135 MW機組工程鍋爐選用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司制造的2×480 t/h循環流化床鍋爐，爐內耐磨耐火由哈爾濱鍋爐廠設計。低溫烘爐結束后對爐內耐磨耐火工程進行了全面檢查，除有幾條收縮裂紋外兩臺爐整體質量合格。高溫烘爐工作隨鍋爐吹管同步進行，高溫烘爐工作的結束標志著鍋爐爐內耐磨耐火砌筑工作已全面完成。在高溫烘爐過程中，1號爐兩臺床下啟動燃燒器耐火澆筑料發生局部脫落的現象，2號爐左側床下啟動燃燒器發生了內層保溫材料局部掏空的現象。本文將發生問題的原因著重從設計、烘爐及運行等方面加以分析并提出相應的解決方法。

1 現象

1號爐床下啟動燃燒器在高溫烘爐(鍋爐吹管)期間發生耐火澆筑料局部脫落，脫落部位位于預燃室到一次風管之間中上部(如圖1所示)，其中小部分保溫層也發生脫落，裸露部分混合風管、固定耐火材料用的支撐釘及鋼筋均已熔化(所有部件材質均為1Cr20Ni14Si2耐熱鋼)，混合風風室端板焊縫開裂。右側床下啟動燃燒器脫落約2 m2，左側約1．5 m2。

2號爐左側床下啟動燃燒器在汽機沖轉期間發生保溫澆筑料局部吹走，外壁燒紅的現象。吹空位置位于預燃室端部向外法蘭處，吹走保溫層材料約3 m2。

2 原因分析

1)鍋爐運行配風不合適。

圖1 床下啟動燃燒器結構、脫落區域及風向示意圖

1號爐床下啟動燃燒器在鍋爐吹管(高溫烘爐)期間發生局部耐火層脫落、部件熔化的現象。經過對運行過程及對脫落現象分析，主要原因是運行配風不當造成超溫所致。床下啟動燃燒器設計運行溫度900℃，耐火澆筑料的耐火度1 790℃。床下啟動燃燒器結構、脫落區域及風向如圖1所示。

首先說明床下啟動燃燒器配風及燃油霧化片情況:鍋爐高溫烘爐(鍋爐吹管期間)使用燃油。床下啟動燃燒器配風分為三路:點火風經點火風口進入預燃室內，用來滿足油槍點火初期燃燒的需要。混合風經預燃室內、外筒之間的風道進入預燃室，是防止油槍點燃時熾熱的油火焰貼壁，使得預燃室內筒壁過熱。一次風是在鍋爐啟動初期，利用主一次風漏風對主一次風與燃燒風道連接處流動死區加以冷卻。

1號爐在運行時一次風調整門開度約30%，混合風調整門開度約為90%，點火風開度為80%，總風量約14萬Nm3/h。

在鍋爐吹管前期的高溫烘爐期間開始用0．7 t/h霧化片火焰正常，在更換1．2 t/h霧化片升溫后出現火焰貼壁燃燒現象嚴重，從床下啟動燃燒器結構和運行原理分析，應為點火風、混合風與一次風的配比嚴重失調所致(風向及風位置如圖1所示)。

原因分析:使用混合風的目的之一就是防止油槍點燃時熾熱的油火焰貼壁，使得內筒壁過熱。在床下啟動燃燒器運行時混合風風門開度達到90%，接近全開狀態調整余量不大，而一次風門開度為30%，從圖1中可以看出一次風管截面積是混合風管的橫截面積和點火風管截面積之和的2．83倍，混合風和點火風共同的母管(φ920)來自于一次風管(φ2 020)且成90°夾角，因此一次風風量遠大于混合風及點火風風量之和，一次風與混合風、點火風夾角基本成45°夾角，這樣一次風對混合風及點火風向水冷風室方向流動起到了阻礙作用，致使燃油燃燒產生的大量熱量不能順暢地流動帶走，聚積在預燃室到一次風管之間的狹小空間，使得本區域溫度急劇升高，超過此處工作溫度設計值(900℃)，達到并超過混合風管的熔化溫度(約1 400℃)以及耐火澆筑料的耐火度(約1 790℃)，導致耐火澆筑料熔融并在風的作用下逐漸脫落。因此耐火澆筑料的脫落主要與混合風、點火風及一次風風量配比不合適也就是一次風量太大有著直接的關系。

對策:綜合以上分析，在運行風量配比上參考設計的同時，在滿足點火要求的情況下，一定要減小主一次風量到最小，提高混合風量。

2)設計存在明顯的不足。

床下啟動點火燃燒器耐火保溫結構設計不合理;膨脹縫未做詳細設計，僅說明根據材料特性留設而已，施工期間按常規留設，沒考慮上下溫度不同。

耐火保溫結構設計不合理:原設計結構如圖2所示。耐火澆筑料(120 mm)+保溫澆筑料(300 mm)。本設計不足之處在于中間沒有設置在耐磨性及強度上優于保溫澆筑料的過渡層，保溫澆筑料雖然保溫性能好，便于施工，但耐磨性及強度較低，一旦耐火層發生貫穿性裂紋，在風的作用下保溫澆筑料必須被吹空，因此過渡層在考慮耐磨性時又要兼顧保溫性能。

本設計另一個不足之處在于膨脹縫只說明按材料性能留設，而沒有做具體設計，如膨脹縫形式、位置及間距等。

膨脹縫的設計與施工是鍋爐耐磨耐火工程的最重要問題之一。如果設計或施工未能對膨脹縫留設做充分的考慮，則必然對鍋爐長期安全運行帶來隱患。對高溫烘爐檢查后發現:1號爐收縮裂紋寬度比較大，形狀不規則且超標的裂紋較多，這說明1號爐在澆筑時膨脹縫留設間距較大。2號爐床下點火燃燒器僅在法蘭的位置有一條寬度超標的膨脹縫。高溫烘爐后保溫澆筑料讓吹空說明膨脹縫的位置及形式留設不合理，應適當避開混合風口及法蘭處，做成迷宮式膨脹縫。

對策:耐火澆筑料(120 mm)+耐火保溫澆筑料(100 mm)+保溫澆筑料(200 mm)。鍋爐運行時此處設計溫度900℃。耐火澆筑料膨脹縫留設為簡單迷宮式(z字形)，內襯3 mm陶瓷纖維紙，間距800 mm×800 mm方格形，這樣可以有效的解決由于膨脹縫寬度各向增大、漏灰以及將強度較低的內層保溫材料吹空的現象。具體如圖3所示。

圖2 原設計結構示意圖

圖3 膨脹縫處理方法示意圖

在耐火澆筑料與保溫澆筑料間增加過渡層即耐火保溫澆筑料(厚100 mm)。床下點火油槍只在鍋爐運行斷油前短時間內投運，正常運行時僅有一次風(風溫231℃)通過床下啟動燃燒器流化燃料，風溫遠低于燃油點火運行時的溫度(900℃)，這樣做雖然犧牲了材料一定的保溫性能，但增強了材料的抗壓強度及耐磨性，能夠經受混合風及點火風從膨脹縫處短時間的吹掃，顯然是合理的。2號爐:保溫澆筑料導熱系數:≤0．176 W/(m·K)(在850℃以下)，抗壓強度4．21 MPa，耐火保溫澆筑料導熱系數:0．27W/(m·K)，抗壓強度:8．80 MPa，800 ℃。

3)材料線膨脹率偏低。

耐火澆筑料的線膨脹系數偏低且為負值，這說明烘爐運行時，材料性能不是膨脹而是表現為收縮性，也就是容易產生收縮裂紋，這也是在膨脹縫數量留設不足及形式不合適所導致膨脹縫增多或膨脹縫加寬的重要原因。

對策:今后的檢修工作中，使用耐火可塑料修補，做迷宮式膨脹縫的同時做表面防止細微裂紋處理，施工方便，不用烘爐。

4)低溫烘爐過程中發生中斷現象及1號爐高溫烘爐時沒按廠家提供的烘爐升溫曲線進行。烘爐是為了除去料中的自由水和化合水，尤其是后者。烘烤條件包括烘烤方式、升溫速率、保溫時間和最高溫度。當材料中水分轉化為水蒸氣的速度遠大于蒸汽逸出的速度，積累的蒸汽壓力超過材料的抗張強度就會發生爆裂。由于溫度梯度的存在，當烘爐時間和溫度不足以讓料中的水分充分排除，使用中也可能出現爆裂。

對策:鍋爐啟動過程中一定按規程進行，嚴格控制升溫速度按照升溫曲線進行。在今后停爐后加強對耐磨耐火澆筑料檢查，發現問題及時處理。

3 結語

設計是基礎，材料施工是關鍵，烘爐運行是保證。在鍋爐啟動運行過程中總結出適合鍋爐運行配風，局部檢修時采用耐火可塑料，膨脹縫為迷宮式，間距減小到800mm，嚴格按照升溫曲線進行控制升溫速率，經過幾次啟停后檢查沒有發現耐火澆筑料脫落及膨脹縫超標現象，說明改進是合理有效的。