循环流化床锅炉钟风帽式风帽磨损及漏渣成因研究

田群伟 杨正

（陕西渭河彬州化工有限公司水汽车间，陕西 彬州 712000）

前言

循环流化床（CFB）锅炉是近30 年来发展起来的一种新型洁净煤燃烧技术，因为它可以稳定燃烧煤粉炉难以燃烧的各种劣质燃料，具有良好的环保特性，具有广泛的负载调整。这样的技术优势在国内外得到了迅速的应用和发展。随着循环流化床锅炉的快速发展，也暴露出一些问题。当循环流化床锅炉运行一定周期后，锅炉风帽会磨损，严重时影响床料的流花及排渣，锅炉将被迫停炉进行维修。因此，处理风帽磨损，确保锅炉安全、稳定、长期运行是急需解决的问题。风帽是空气分配装置中最容易磨损的部分。风帽上的孔会随着使用时间的延长而磨损。

一、循环流化床锅炉的工作原理

它与普通锅炉有很大不同。流化床锅炉物料的燃烧是基于气相和固相流体的理论，是一种先进的清洁物料燃烧新技术。锅炉本体主要由燃烧系统、布风系统、返料系统和气固分离系统组成。一次风通过布风板上的风帽均匀的输送到炉膛，炉内床料经一次风流态化后，以流体形式填充炉膛，二次风在炉膛下侧一定高度进入炉膛，为分级燃烧提供充足的氧气，固体颗粒在炉膛内以气态和固态流动。炉内的小颗粒在聚集和结块的影响下会形成大颗粒的燃烧材料。在风流的作用下，它们会变成反向向下运动，然后被快速上升的气流分散并分解成细颗粒，在气流的作用下会发生变化。向上移动，燃烧的小颗粒将循环下沉、吹出和上升，并以这种循环方式继续燃烧。同时，锅炉出口利用高温烟气带出细小颗粒物，再通过返料装置送回二次燃烧，使炉膛循环燃烧，保证炉膛热量和燃料平衡，使流化床锅炉能正常运行。从以上原理不难发现，流化床工作面磨损的影响主要由燃料颗粒的直径和速度决定。要对锅炉安装过程中的部件磨损采取预防控制措施，科学合理地控制燃料煤的粒径，将粒径控制到一定范围内，即可以减少流化床锅炉风帽及受热面的磨损，又能够保证炉膛内有足够的床料参与流花，确保锅炉的稳定运行。流化床锅炉部件的磨损还受到煤种、燃烧状态调整等其他因素的影响。在安装流化床锅炉的过程中，首先要了解设备的原理，然后采取科学合理的抗磨措施。只有这样才能提高设备的安全性和稳定性。

二、循环流化床锅炉风帽盖的结构和工作原理

风帽是循环流化床（CFB）锅炉的关键部件，可实现均匀的空气分布，保持炉膛和锅炉内合理的气固两相流动，是炉内高温高磨损的易损件。风帽质量的好坏直接影响CFB 锅炉的长周期稳定运行。良好的流化和燃烧稳定性是循环流化床锅炉安全运行的保证。锅炉运行时，风从风帽的小孔进入流化床吹动物料，使流化床内的物料均匀流化燃烧，其作用是形成均匀的阻力，保证流化空气的均匀性。

三、风帽磨损问题及分析

风帽出现大面积磨损，有的风管磨损严重，有的小孔变大，有的钟罩顶部磨损。风帽的磨损将会导致炉膛内流化不好，引起漏渣到水冷风室、局部结焦等问题，造成锅炉停炉检修。根据风帽的结构和功能、实际维修情况，结合工艺操作和风帽备件的分析，影响风帽磨损的主要因素是工艺、维修及备件质量。

（一）工艺影响

锅炉运行时，一次风机送出的一次风送入水冷风室，通过布风板上的风帽进入流化床，形成两股旋转方向相反的旋流。炉底的气动流场是湍流的。风帽上部形成涡流区。在流化床中上下翻滚的物料不断撞击和冲刷风帽。当固体颗粒相对于风帽表面的撞击角很小，甚至接近平行时，固体颗粒垂直于风帽表面的分速度使颗粒进入风帽表面，固体颗粒和风帽表面的部分速度使其沿着风帽表面滑动，这两个子速度的综合作用，起到了一种“刨”的作用。如果风帽的表面不能承受这种“刨”的效果，就会被切掉很小的一块。即发生冲刷磨损。当这种“刨”现象大量重复出现时，发动风帽表面就会有明显的磨损。在大量固体颗粒的反复冲击下，风帽的塑性变形层逐渐脱落磨损。而且，由于流化床温度高，也加剧了风帽的磨损。如下图所示：

这是风帽上部出现了偏磨，如果不能提前更换，再运行一段时间后，风帽将会磨穿，导致局部流化不好，床料泄漏至水冷风室，水冷风室的床料再次随着一次风进入其他风帽，将加剧其他风帽中心风管及风帽眼的磨损，形成恶性循环。局部的不良流化将导致局部超温引起高温结焦，根据结焦位置的不同，对CFB 锅炉的稳定运行产生的影响也不同。若排渣口附近出现结焦，排渣口区域流化不好，引起排渣困难，可能造成锅炉无法排渣被迫停炉；若结焦在其他区域，随着运行时间的增加，结焦区域可能会进一步扩大，最终因流化不好，导致锅炉被迫停炉。

（二）维修质量的影响

CFB 锅炉运行后，风帽、中心风管、布风板整体焊接在一起。当需要更换风帽时，必须将磨损的风帽与布风板整体切割更换。这就需要将流化床底部的浇注料砸掉，将磨损的风帽整体更换，然后重新浇注料；并且在切割磨损的风帽和焊接新风帽时，由于气割和焊接时产生的热量较大，容易造成布气板和风帽的热变形产生焊接应力，无法保证风帽的安装质量，也会增加风帽的磨损，对周围的水冷壁管也会产生一定的影响。同时，砸浇注料的过程中，可能会损伤周围的水冷壁管，若不能及时发现，将会对后期运行产生隐患，水冷壁随时可能会泄露。重新浇注料时，一定要精心，避免将个别风帽眼打到浇注料内部的情况，引起流化不均匀，再一次磨损风帽。对新浇筑的浇注料，还要进行烘炉，提高浇注料的硬度，若烘炉工作不到位，造成浇注料的强度不够，正常运行后将对浇注料产生冲刷，当浇注料冲刷掉以后，进一步冲刷风帽及水冷壁管，影响锅炉的长周期稳定运行。

（三）备件质量的影响

CFB 锅炉正常运行时，风帽一直处于高温高冲刷区域，所以对风帽本身的性能也提出了更高的要求，风帽的材质本身要具有耐高温、耐冲刷的性能。若风帽材质本身存在缺陷不具有耐高温、耐冲刷的性能，那无论工艺如果调整、控制，维修质量再高也不起作用。

四、减少循环流化床锅炉部件磨损的措施

（一）规范点停炉操作步骤

众所周知，无论锅炉的受热面还是浇注料都有一定的热膨胀系数，所以点停炉期间的操作，一定按照浇注料厂家和锅炉厂家的操作指导说明书进行，按照规定的升温升压/降温降压曲线进行，避免因受热不均匀，导致锅炉整体膨胀出现问题，影响锅炉的使用寿命。

（二）控制日常运行工艺参数

做好锅炉风量的控制，因为CFB 锅炉的燃烧方式是将密相区的床料及燃料煤颗粒吹起来进行悬浮燃烧。风量的大小对锅炉的正常运行产生的磨损有较大的影响。应控制炉内风量略超过最小流化量，这样可以最大程度地减小炉内各部件的磨损。

控制一定的床层厚度。我们知道，床层厚度越大，所需的最小流化风量越大，风量越大，物料浓度越大，对锅炉各部件的磨损也就越大，反之则越小。但是增加床层厚度有助于提高CFB 锅炉的燃烧效率，所以，在正常运行中要平衡磨损和效率之间的关系，不同的锅炉所需的物料循环量也不同。根据运行经验，找到一个平衡点，既能满足降低磨损的需求，又能满足锅炉的运行效率。

（三）控制进炉燃料

对符合流化床燃烧要求的燃料进行筛分和粉碎是减轻流化床磨损的有效保证。如果燃料筛分和破碎处理系统没有发挥应有的作用，燃料颗粒的差异会比较大。均匀分布在炉膛内，受热面磨损会更严重。入炉煤的质量要严格控制，使燃料颗粒的直径控制在0～10mm，这样可以减少炉内各部件的磨损。

结语

循环流化床（CFB）具有污染控制成本低、燃料适应范围广的特点。在生物质混燃、生物质直燃、垃圾焚烧发电等领域有着广泛的应用。是目前低热值燃料利用领域最有前途的技术之一。风帽固定在烟道内，由高温烟气直接冲洗。在非吹扫操作阶段，风帽壁温度与烟气温度相同，约为1000～1100℃。可见，风帽工作环境较为恶劣，处于周期性温度疲劳失效状态。风帽运行一定时间后，会出现疲劳裂纹，不易及时发现，导致受热面管效率下降。由于风帽工作环境恶劣，需要定期检查和维护。每次检修吹灰风帽时，必须在炉外搭建脚手架，并在炉内一一检查风帽的裂纹，并定期更换风帽，维护工作量大，维护周期长。要深入了解锅炉风帽的工作原理，分析安装维护对锅炉风帽磨损的影响，采取有效的抗磨措施，保证锅炉的正常运行。