某2x422t/h循環流化床鍋爐水冷壁爆管分析

楊向東　劉帥

摘要：文章針對某國產2x422t/h循環流化床鍋爐頻繁出現的水冷壁爆管問題進行了研究，指出攪拌水水質不合格引起的爐膛耐火材料容易脫落、交界處金屬噴涂層沒有得到及時的維護以及不適當的修復方法是導致鍋爐頻繁爆管的主要原因，并給出了相應的解決方案。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；水冷壁爆管；耐火材料；金屬噴涂層；攪拌水 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK229 文章編號：1009-2374（2015）27-0084-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.044

循環流化床（CFB）鍋爐技術以其在環保特性、調峰特性以及煤種適應性等方面的優勢，在過去的幾十年內得到了廣泛的推廣和應用。然而在該技術的發展過程中，諸如受熱面磨損、給煤及回料不暢以及冷渣器故障率較高等問題也逐漸顯現出來，其中由于受熱面磨損致使水冷壁爆管，進而導致機組停機的現象極為普遍。因此，解決水冷壁磨損問題，是提高循環流化床鍋爐可用率的有效途徑之一。已有研究表明，由于循環流化床鍋爐水冷壁管受到爐膛中氣固兩相流的沖刷，磨損嚴重，是引起水冷壁爆管的主要原因。針對某國產2x422t/h循環流化床鍋爐建成投運后頻繁出現的爆管停爐問題進行了系統分析，并提出了相應的解決方案，為鍋爐的穩定運行提供了指導。

1 鍋爐概況

文章所研究的鍋爐為FW公司設計生產的緊湊型八角分離器的循環流化床鍋爐具有以下特點：爐膛下部密相區澆覆耐磨材料；交界處采用讓管結構；水冷屏、過熱屏下端包覆耐磨材料；穿墻處有耐火材料覆蓋；爐膛煙氣出口周圍有耐磨材料覆蓋；八角形分離器內及水冷返料閥內均覆蓋耐磨材料。由此可見，該鍋爐在設計時充分考慮了防磨措施。鍋爐設計燃料熱值4431kcal/kg、灰分約5%、全水35%、揮發分41.3%，由于燃料中灰分較少，因此設計要求運行時添加沙子作為補充床料，爐膛流化速度約為5.3m/s。

2 問題描述及分析

該電站1#和2#機組分別于2010年11月和2010年9月商業運行1年及機組首次大檢查后移交業主。隨后在運行過程中，鍋爐多次發生爆管事故，其中自2011年2月到2013年3月兩年間兩臺鍋爐水冷壁及分離器管道發生泄漏的次數累計達70余次，泄露的大致位置如圖1所示：

圖1 兩臺鍋爐兩年內水冷壁及分離器管道發生泄漏位置示意圖

從圖1所示的統計數據和泄漏位置可以發現：機組投運初期的泄漏分布主要集中在耐火材料覆蓋的區域，即爆管發生在設計之初就已預測會出現磨損并采取了相應保護措施的區域；而隨著運行時間的推遲，泄漏的位置發生了根本的轉移，統計后期的絕大多數泄漏多發生在水冷壁下部，即耐火材料與水冷壁光管交界處的管排上。由此可以得出如下初步結論：運行初始階段，鍋爐基本處于原設計狀態，但由于某些原因造成了耐磨材料的脫落，導致水冷屏、過熱屏、分離器以及返料閥等處于煙氣紊流區的管子發生磨損泄漏；表象上看，隨著運行時間的延長致使下部水冷壁管磨損嚴重，進一步加劇了泄漏的發生。為進一步了解發生泄漏的真實原因，進入爐膛內進行了實際檢查。檢查發現水冷屏、過熱屏、分離器以及返料閥等處存在耐火材料脫落及管壁磨損現象，如圖2所示。從圖2中可以看出，這些部位在設計時就已經預測會有煙氣渦流沖刷，容易發生磨損，并采用了耐火材料覆蓋的手段進行預防。在檢查過程中還了解到，電站建成前期，用于攪拌耐火材料的水質不能滿足使用要求，而事實上，耐火材料對攪拌用水的要求十分嚴格，需要對水的pH值、硫酸根、磷酸根及氯離子等的含量均應進行化驗，以檢查是否達標。電站建成后，對脫落的耐火材料進行維修時所使用的攪拌水均是經過電廠水處理設備處理后的純凈水，并且修補后由于耐火材料脫落造成水冷壁泄漏的次數大大減少。由此可以得出：建設初期水質不達標，直接導致了耐火材料的附著強度不夠，部分耐火材料在鍋爐運行中發生了脫落，最終造成了水冷壁管泄漏。

圖2 爐膛內部耐磨材料脫落及管壁磨損現象

另據了解，鍋爐安裝完成后對爐膛的水冷壁進行了金屬噴涂。一般來說，噴涂的末端需要采用非常嚴格的過渡，即便如此，由于末端噴涂層非常薄，其在管壁上的附著力比較小，在鍋爐運行過程中，涂層的末端容易出現起殼，在管壁表面形成臺階造成磨損。圖3（1）也顯示出噴涂的末端出現了磨損現象。國內循環流化床鍋爐的使用單位一般在新噴涂后半年內安排一次停爐，以便檢查噴涂層的末端情況，如噴涂層發生起殼，則需要進行打磨平滑，消除臺階，必要時進行適當的補噴。業主運行團隊在鍋爐水冷壁管出現泄漏后采用了局部堆焊防磨處理的措施，如圖3（2）和圖3（3）所示。但根據FW公司和國內電廠對循環流化床鍋爐的檢修經驗，如果采用堆焊防磨，則必須在一定高度范圍內的四周水冷壁管同時采用堆焊手段，如果僅僅是局部的堆焊，不但不會起到有效的防磨作用，反而容易形成新的破壞條件，加劇磨損，最終導致水冷壁管修得越多，出現磨損的地方反而越多。

圖3 爐膛內部水冷壁磨損

除上述造成磨損泄露的原因外，在實際檢查過程中還發現鍋爐所用的燃煤中存在一定數量的大顆粒煤矸石，也是造成水冷壁磨損的原因之一。

3 結論

通過對鍋爐內部磨損情況進行系統檢查、分析，可以得出如下結論：（1）由于耐火材料的攪拌水水質不達標造成耐磨材料容易脫落，導致水冷屏、分離器以及返料閥等處的管子發生磨損泄漏；（2）交界處金屬噴涂層的起殼現象沒有得到及時的維護，也導致了爐膛內管子局部磨損泄漏；（3）泄漏后的修復工作不恰當使得局部磨損加劇，從而使爆管越來越集中在交界處，而水冷屏、分離器的爆管減少；（4）入爐燃料中存在的一定數量的大顆粒煤矸石，也是造成水冷壁磨損的原因之一。

4 解決方案

就整體而言，水冷壁管并非大面積磨損，只是局部磨損。按原設計要求進行修復并采取合理的防磨措施后，同時建立完善的鍋爐檢修維護制度，提高檢修能力，鍋爐的連續運行時間會得到顯著延長。基于上述結論，本文提出以下解決方案：

圖4 爐膛內部布置示意圖

第一，更換爐膛水冷壁標高11554～16315mm之間的四周水冷壁管，如圖4。更換時必須按管屏形式更換，以保證整體質量。

第二，更換新的水冷壁管后，將標高16315mm處的水冷壁管及扁鋼的上下對接焊縫全部打磨與母材平，然后從爐膛下部耐火材料終止線向上5000mm范圍內的四周水冷壁采用金屬等離子熔滴熔敷的方式進行防磨處理。

第三，加強對鍋爐的定期檢查和維護，特別是耐火材料、爐膛噴涂處等容易出問題的地方。建議對水冷屏、過熱屏下端耐火材料全部進行重新澆注，銷釘稀少處，特別是下邊沿需要增加固定抓釘。

參考文獻

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作者簡介：楊向東（1966-），男，安徽人，中國機械設備工程股份有限公司工程師，研究方向：項目管理；劉帥（1986-），男，黑龍江泰來人，供職于中國機械設備工程股份有限公司，碩士，研究方向：火電項目管理。

（責任編輯：黃銀芳）