YG-160/9.81-M循环流化床锅炉常见故障分析

杨静涛 宫立志

（吉林石化公司 吉林吉林）

自上世纪中叶许多科研机构就开始对循环流化床投入大量研究，但由于技术上的困难，高速流态化过程的研究发展较为缓慢。近十几年来，流化床技术得到广泛应用，电站流化床锅炉有了迅猛发展。

燃烧温度较低，一般在850～950℃，对灰熔点的敏感程度降低，氮氧化物生成量低，脱硫效率高，燃料热损失低，性能良好的流化床锅炉效率可达98%～99%以上。具有高速度、高浓度、高通量的固体燃料和辅料（惰性床料、脱硫剂、灰等）流态化循环过程。具有高强度的热量、质量和动量的传递，保证了延炉膛高度方向上温度梯度较小，使热量均匀传递。

造成流化床锅炉故障的因素较多，以YG-160/9.81-M为例，主要故障有浇筑料及炉墙损坏、辅机故障、物料循环系统故障、结焦以及磨损泄漏等，另外燃料特性和系统漏风也严重制约着锅炉的稳定满负荷运行。

1.浇筑料问题

长期在高温条件下运行的循环流化床锅炉，启停及负荷变化容易对耐火浇筑料造成反复的热冲击，炉内又有大量高速运动的固体物料的冲击，因此在燃烧室中需要使用耐火材料来对受热面进行保护，同时也起到存蓄热量的作用。另外在高温分离器、返料器和水平烟道等处也用到了大量的耐火材料。但各种原因造成的耐火浇筑料脱落事故也较多，约占各种事故总和的15%，仅次于受热面磨损事故。

（1）温度波动和热冲击以及机械应力造成耐火材料产生裂缝和剥落。当温度波动时，耐火材料骨料和粘合料之间热膨胀系数不同而形成内应力，反复作用最终造成耐火材料裂缝和剥落。温度快速变化造成的热冲击可使耐火材料内的应力超过其抗拉强度，进而造成破坏。机械应力造成耐火材料的破坏则主要是由于耐火材料与金属拉钩的热膨胀系数不同，进而造成耐火材料破坏，因此在设计时应充分考虑膨胀预留量。

（2）固体物料对耐火材料冲刷造成耐火材料破坏。循环流化床锅炉内的边角区域、旋风分离器和固体物料回送管路等都容易受冲刷而磨损。试验证明耐火材料的磨损随冲击角的增大而增大，因此应尽量减小各部冲击角。

（3）碱金属渗透而造成耐火材料渐衰失效和因渗碳造成的耐火材料变质破坏。

动力厂3#流化床锅炉耐火浇筑料的破坏属于前两者的综合作用。2005年5月，因浇筑料脱落，排渣口频繁被堵死，人工疏通无效，在25天内连续3次被迫停炉。停车后检查炉膛情况，炉膛后墙浇筑料已经大面积脱落，分离器内有近20 kg的浇筑料块，风室和点火风道接合处有较大裂缝，已无法局部修补。在锅炉单体大修期间，全面更新炉内浇筑料并进行养护，启动后至今未再出现浇筑料脱落事故。

从运行参数看，当锅炉内浇筑料大面积脱落后，多数情况会堵塞排渣口，尤其是底部排渣的锅炉更容易因浇筑料脱落而不能排渣。浇筑料沉在床上，影响床料正常流化，床内局部形成死区，极易因局部温度过高而造成锅炉结焦。另外，燃料与裸露的水冷壁管束换热加剧，炉膛蓄热能力降低，炉膛温度水平下降，稳定工况遭到破坏；水冷壁管与燃烧物料直接接触，造成水冷壁管束严重磨损；锅炉带负荷能力明显下降。

防止耐火材料破坏的最好办法是选取性能良好的耐火材料，施工时保证质量并考虑有足够的预膨胀量。另外，在锅炉启停过程中要限制系统温度升降速度，防止在浇筑料内部产生过大的热应力。从图1可看出运行至平稳点之后，两条曲线趋近水平，即工况已稳定，平均床温和风室温度保持稳定。

2.除渣系统故障

动力厂流化床锅炉排渣系统由2台滚筒冷渣器、耐高温给料机、3段刮板输渣机和双链斗式提升机组成。故障一般发生在刮板段和链斗提升段。主要表现为刮板变形、断链以及提升斗链掉道。滚筒冷渣器运行较为稳定，只是入口泄漏较为严重，它优于风冷或风水混合冷渣器，不存在冷渣器结焦故障，但受燃料粒度和灰量影响较为明显，燃料粒度大时频繁造成给料机卡死，灰量大时刮板易变形，排渣系统出力明显降低，排渣温度可升高一倍。

图1 2#炉成功开车过程床料升温曲线

目前，由于事故状态下人工排渣较为顺畅，没有出现排渣系统故障造成的事故停炉，但员工工作环境恶劣，劳动强度大，并且事故排渣时余热回收系统失效，燃料热损失严重。从运行方面看，对于动力厂流化床锅炉当前状况，修复冷渣器和提高刮板机输送能力或更新灰渣输送系统是必要的。从理论上讲，减少中间环节是减小排渣系统故障率的最佳手段，相应的运行维护工作量和维护维修费用都随之减少。因此，可以考虑缩短输送距离，简化或更新灰渣输送设备。

3.物料循环系统故障

流化床锅炉内物料需要具有流态化过程，当循环中任意环节发生故障，都将造成整个循环失控，因此，必须建立起稳定的物料循环才能保证锅炉满负荷平稳运行。

动力厂2#炉甲旋风分离器内套筒曾经脱落，由于分离器失去了惯性分离作用，大部分细灰随同烟气排出，致使返料量降低，返料温度只有350℃，调整返料风配比也只能将返料器温度提升到420℃，并且炉膛内因细灰量少，大颗粒床料沉积于布风板上，形成近似泡床的状态，由于小颗粒飞灰都被烟气带走，造成锅炉稀相区物料浓度下降，传热量不足，炉内垂直方向温度梯度增大，炉内传热恶化。检测分离器表面，内套筒脱落的分离器表面温度已接近空气温度（本体上部空间空气温度较高），低于正常运行的分离器100℃左右。返料装置对给水加热作用减弱，锅炉负荷明显降低，飞灰含炭量升高，排烟温度升高。

4.结焦

结焦的直接原因是炉内局部或整体温度超出了灰熔点或烧结温度，可以分为高温结焦和低温结焦。低温结焦是床层整体温度低于灰渣变形温度，由于局部超温或低温烧结引起的结焦，焦块特点是带有许多嵌入的未烧结的颗粒。灰渣中碱金属钾、钠含量高时易发生低温结焦。要避免低温结焦的最好办法是保证炉内的良好流化，消除流化死区。高温结焦是床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦，特点是面积大，严重时可波及整个床层，焦块表面呈熔融状态，深褐色，有少量气孔，质地坚硬。避免高温结焦应控制良好的床温水平，避免超温。

造成结焦的原因一是操作不当，床层超温。二是一次风量过小，低于最小流化风量，床料流化水平下降，整个炉膛的温度场遭到破坏，在负荷降低时为了提负荷而增大给煤，造成床温超温。三是燃料粒度级配不合理，过大或过小都不行，燃料粒度过大送入锅炉后不能很好流化，过小则燃烧迅速产生瞬间高温。某电厂曾试验以粒度＜4 mm的床料启动锅炉，启动多次都以床层结焦宣告失败。四是煤种不合适，流化床锅炉煤种适应性较好，但也不是任何煤种都可以保证其稳定燃烧，灰分过大的煤给排渣系统带来过重负担，灰分过小的煤不能提供给锅炉足够的传热介质，同样制约锅炉带负荷并且容易结焦。哈尔滨某供热公司有9台160 t/h热水流化床锅炉，燃用低灰分煤时要掺入一定比例的沙子才能保证锅炉满负荷稳定运行，可见流化床稳定运行其循环灰量必须要保证。

5.流化床的磨损和预防

循环流化床的磨损主要是受热面和耐火浇筑料的磨损。受热面主要包括水冷壁、过热器、省煤器、预热器等。受热面的磨损主要是由于冲刷、冲击、振动造成的磨损。冲击和冲刷磨损主要是在过热器以前的换热面上，振动磨损主要是由于设备受热应力影响，支撑部件受热后与被支撑部件之间产生的微弱振动造成的磨损。研究与测试结果表明，金属壁面的磨损速率与颗粒速度成立方关系，与颗粒直径成平方关系，见公式（1）。

式中 δ——磨损速率

k——修正系数

up——颗粒速度

d——颗粒直径

可见，磨损速率受物料流动速度影响稍强。对于循环流化床锅炉的床料粒径基本上是维持稳定的，因此，控制合适的风速以控制物料运动速度，可以很好地控制受热面的磨损速率。

锅炉受热面和耐火浇筑料的磨损无法避免，但减缓磨损的方法有很多，如对换热管束进行变形处理、热喷涂、加装挡板局部改变物料运动场、耐火材料变形浇筑等。对于已经投产的设备，由于换热管束结构和形式的限制，不便于再进行结构改变，只能考虑喷涂和加装辅助部件。实践证明，最有效的防磨措施还是适当添加防磨盖板或选择优良的耐火浇筑料。加装防磨盖板便于施工，应用灵活，可以做到尽可能保护受热面，最大限度减缓磨损。

6.结束语

通过以上分析认为，流化床锅炉作为一类高性能燃煤锅炉，若要充分发挥其优越性能必须抓好每一个细节。首要的是保证建设过程的施工质量，确保系统漏风量最小、各部件强度达标；其次，做好辅机选型和日常维护，消除辅机故障隐患；第三，大、中、小修合理安排，每次检修隐患治理要彻底；第四，日常启动和运行要按规定操作，避免骤启、骤停，控制锅炉工况稳定，尤其各部温度、压力参数不可超标；最后根据现场实际情况采取合适的防磨措施，以延长锅炉运行周期。