循环流化床锅炉爆管的主要原因及解决方法

巫新亮

［国能（神福）龙岩发电有限公司，福建龙岩 364100］

0 引言

循环流化床锅炉是在传统煤粉炉与链条炉的基础上发展而来的新型清洁燃煤锅炉，在煤炭的燃烧效率与综合利用率上都有长足的进步，同时具备更突出的环保性能。但是，循环流化床锅炉内部燃烧物料的复杂性远高于传统煤粉炉与链条炉，而且锅炉内部风速的控制难度大，锅炉磨损严重，因此爆管问题发生的概率高于其他锅炉。针对这一问题，许多学者和工程技术人员进行了研究和实践。李卫东［1］研究发现，在一些情况下，管道材料和设计的不足会导致锅炉在运行过程中发生爆管。该研究主要从材料和设计的角度出发，对操作过程中的因素没有进行深入探讨。李红春［2］的研究关注操作过程中的影响因素，研究发现过热、压力过大以及不恰当的冷却都可能导致锅炉爆管。该研究侧重于操作过程，对于锅炉制造过程中的问题，如焊接质量、材料选择等缺乏深入的考察。宗琛等［3］的研究关注的是焊接过程，研究发现焊接过程中不规范的操作可能导致锅炉爆管。上述研究为理解循环流化床锅炉爆管问题提供了宝贵的见解，但也显露出过去研究的局限性，一是研究侧重于单个的影响因素，没有综合考虑各种因素的相互作用；二是忽视了在实际操作过程中可能出现的问题，如操作员的技能水平、维护和检修的及时性等。因此，有必要进行全面、细致的研究，以更好地理解和解决循环流化床锅炉的爆管问题。本文从理论角度，结合实证分析和工程实践，对循环流化床锅炉爆管的原因进行深入分析，通过对现有文献和实践经验的整合和总结，提出解决方法，旨在为循环流化床锅炉运行管理和安全控制提供理论支持和技术指导。

1 循环流化床锅炉概述

循环流化床锅炉由燃烧室和循环回炉2 个部分组成，燃烧室包括密相区和稀相区，循环回炉则由高温气固分离器与返料系统共同构成，采用高度工业化的清洁燃煤技术［4］。相较于传统的鼓泡流化床锅炉，循环流化床锅炉在运行过程中能支持更高的运行风速，强化燃烧与脱硫等非均相反应，锅炉容量也更大，可满足电力工业的需求。循环流化床锅炉解决了物理学、材料学层面的基础问题以及诸多工程问题，是目前能够使用煤矸石、城市垃圾等难燃固体燃料的先进技术。

循环流化床锅炉的工作原理是将燃煤与空气共同输送到流态化燃烧室进行充分混合与燃烧，带有颗粒物的烟气经过气固分离器的过滤分离出气体与固体物料，烟气进入循环流化床锅炉尾部的受热面，固体物料则被返料器送回燃烧室进行循环燃烧，以此提升能源利用效率。

2 循环流化床锅炉爆管的主要原因

2.1 锅炉安装与焊接不符合标准

循环流化床锅炉中绝大部分的固体物料处于动态循环的状态中，当固体物料达到循环流化床锅炉内的最高点后自然地向锅炉的下部运行，形成气体与固体共同组成的流动带。此时，若循环流化床锅炉的安装与焊接存在问题，不仅会对锅炉内部物料的运行造成阻碍，还会加大固态物质与管道的摩擦程度，导致管道异常磨损，从而降低锅炉的使用寿命［5］。安装与焊接不符合标准的循环流化床锅炉还有可能在锅炉内部形成局部涡流，快速磨损、减薄循环流化床锅炉炉膛内部的受热面，进而引发循环流化床锅炉发生爆管。除了焊接与安装问题，引发循环流化床锅炉爆管的还有管材的质量问题，如果管材的尺寸参数出现误差，或其性能无法满足循环流化床锅炉运行的要求，也会导致循环流化床锅炉管道的连接口出现焊接质量问题，使管道焊口处管壁的磨损程度加大，提高了循环流化床锅炉爆管的概率，不仅对循环流化床锅炉的运行状态与使用寿命造成不良影响，还有可能威胁工作人员的生命安全。

2.2 耐磨可塑料材质及施工工艺质量未达标

目前，循环流化床锅炉在检修期间对损坏的耐磨材料基本采用可塑料修复，锅炉修复后即可点火启动运行。如果耐磨可塑料材质的性能及施工工艺质量未能达到要求，会对锅炉的运行安全产生影响。此外，性能未达标的耐磨可塑材料有可能在短期运行中受物料冲刷而磨损脱落，致使受热面管裸露，引发循环流化床锅炉爆管。耐磨可塑料施工工艺如果不符合要求（如抓钉安装密度不足、高度选择不足、整体强度不足等），均可能在运行过程中开裂脱落，使受热面管失去保护，裸露在外。耐磨可塑料在施工时如果没有夯实，气孔多，密实不足，就会导致其耐磨度下降；如果施工过程存在分层施工及未插排气孔、未预留膨胀缝等现象，同样会造成可塑料剥落、受热面管裸露，进而引发锅炉受热面爆管，影响锅炉的安全运行。

2.3 锅炉检修不及时

锅炉检修对预防循环流化床锅炉爆管问题起着非常重要的作用。如果没有对循环流化床锅炉做定期的检查和检修，锅炉过度磨损或组件损坏的问题就会在循环流化床锅炉的持续运行过程中变得愈发严重，最终导致循环流化床锅炉出现爆管问题。工作实践证明，看似微不足道的问题都有可能是严重安全事故的开端，因此必须重视循环流化床锅炉定期检修工作，并及时处理锅炉存在的问题。

3 循环流化床锅炉爆管的防治解决方法

3.1 做好前期的技术准备工作

循环流化床锅炉是在传统煤粉炉与链条炉的基础上发展而来，其内部结构和工作原理都与传统锅炉存在差异，因此过去的防爆管技术并不适用于循环流化床锅炉。要高效、高质量地解决循环流化床锅炉的爆管问题，就必须更新防爆管技术，将经济分析结果作为技术应用的重要参考，并且重视循环流化床锅炉爆管的事前预防，将其与妥善的事后处理相结合，才能进一步降低循环流化床锅炉爆管发生概率。

首先，企业相关部门应在技术与知识层面给予足够的支持，树立相应的科学管理理念。定期组织循环流化床锅炉的维护人员参加培训，深入了解循环流化床锅炉的内部结构与运行原理，并且结合真实案例分析循环流化床锅炉爆管的主要原因，提升维修人员的故障排查能力。

其次，除了自上而下地加强全体员工对循环流化床锅炉爆管问题的重视，还要在此基础上围绕循环流化床锅炉的实际情况制定科学可行的技术操作规范，完善相关管理机制，将维修技术的规范操作作为相关岗位的准入条件，为提高维护人员的专业素质提供保障［6］。同时，应建立与循环流化床锅炉检修相关的奖惩机制，对妥善应对循环流化床锅炉爆管问题的维修人员进行精神与物质嘉奖；对出现操作失误或采取错误处理措施的维修人员则依照制度予以处罚，从内在动力与个人利益两个方面规范其工作行为。

3.2 加强锅炉安装焊接的监督管理工作

循环流化床锅炉的安装质量将对其后续的运行状态造成影响，一旦安装与焊接过程出现问题，就容易导致循环流化床锅炉的外形或内部结构遭到破坏，增大爆管发生概率。因此，想要切实解决循环流化床锅炉的爆管问题，需要加强对锅炉安装焊接的监督管理工作。

安装人员在安装过程中需要注意保护设备及其部件，同时提升工作人员操作的规范性，避免循环流化床锅炉在安装过程中发生损坏。对循环流化床锅炉安装流程的管理不能仅依靠工作人员的自觉性，相关部门应派遣专业人员监督与检查安装的全过程，确保安装操作的规范性与科学性。安装工作完成后，专业人员需要对照安装计划与相关标准对循环流化床锅炉进行全面的检查，重点检查盲区及隐蔽区，为其后续的稳定运行提供保障。检测焊接施工质量时，专业检查人员需要重点检查炉内受热面管的焊接质量，尤其是炉膛四角、水冷蒸发屏和双面冷水壁夹角区域的焊接接缝等关键部位。

3.3 关注锅炉耐火耐磨材料的状态

循环流化床锅炉内部耐火耐磨材料是锅炉的重要组成部分，对爆管的发生有直接的影响，因此维护人员必须做到非停必查耐火耐磨材料的状况，及时修补锅炉内部发生脱落的耐火耐磨材料，避免耐火耐磨材料的损坏及脱落加重循环流化床锅炉的磨损程度。循环流化床锅炉结束运行后，运行人员应严格执行运行规程，让循环流化床锅炉自然冷却，禁止采用强制冷却手段，避免锅炉内部出现局部温度的剧烈变化，破坏耐火耐磨浇注料的内部结构，使其性能与使用寿命受到影响。此外，为从根本上提升循环流化床锅炉耐火耐磨材料的质量，应加强材料与施工方面的管理。技术人员应深入分析循环流化床锅炉对耐火耐磨材料性能的需求，制订科学量化的采购计划，并且调研具备资质的材料厂家，进行多方比价，结合性能、价格、质量等多方面因素选取性价比最高的材料；同时，施工人员需严格控制耐火耐磨材料的施工质量，按照施工标准操作，减少施工质量问题。

3.4 对磨损问题制定预防措施

循环流化床锅炉受热面管在运行中受物料冲刷的影响明显，若受热面对口偏差大，磨损问题会变得更严重，加大锅炉爆管概率。因此，有关部门应对磨损问题制定预防措施，提高受热面钢管焊接对口工艺的水平，确保对口工艺符合相关规定的要求。

为避免循环流化床锅炉受热面钢管出现安装工艺质量问题，在锅炉受热面检修施工过程中可应用先进的红外线找平仪进行检测，提升管子对口的直线度及平整度，减小对管折口和错口的偏差，避免炉内受热面管因折口和错口突出部位受物料冲刷磨损而出现爆管的问题［7］。此外，循环流化床锅炉的结构特殊，其燃烧室的出口在水平方向上一致，因此容易出现烟气夹带固体颗粒流向相连窗口的问题，引发冲击性磨损。要预防此磨损问题，需要选取耐磨性能较强的材料敷设在管道中，保证管道处于良好的工作状态，延长其使用寿命。在循环流化床锅炉运行过程中，还需要监控固体物料的流化效果，以便及时发现风量参数设置存在的问题并及时做出调整，降低循环流化床锅炉内部空气中固体颗粒的含量。入炉煤粒径应控制在8 mm 以内，粗颗粒过大及过多会影响锅炉流化运行，增加风流化风量，从而导致锅炉受热面磨损增大。

3.5 改造炉膛受热面夹角

由于循环流化床锅炉内部有大量高浓度的颗粒物料在上升、下降及不规则流动，同时风量分配不均匀，因此在受热夹角处易产生涡流，高温、高浓度的物料烟气流对夹角区域受热面的4根管子冲刷磨损尤为严重。可采用耐磨可塑料对该受热面夹角区域两侧的4根管子进行覆盖，防止涡流产生的冲刷磨损。

3.6 选择适合的耐火耐磨材料及施工工艺

重新铺设耐火耐磨材料时，需要根据循环流化床锅炉的实际情况及防爆管的实际需求选择材料。循环流化床锅炉对耐磨材料的指标要求较高，在炉膛耐火耐磨材料的选择上，可考虑抗磨损性能表现突出的碳化硅可塑材料［8］。为提升材料的抗热震稳定性，可优化可塑材料的粒径级配，通过适度提升大颗粒骨料的占比，提升碳化硅可塑材料的力学性能。此外，可选择在原有的耐火浇注料上增加不锈钢纤维，提升其耐磨性能与抗折性能。如果循环流化床锅炉原设计中抓钉的布设稀疏，在重新铺设耐火耐磨材料时，就需要适度提升抓钉的密度，间隔50 mm 的布置方式为最佳，抓钉长度比耐火耐磨料厚度小20 mm 为合适。在抓钉款型的选择上，应综合使用“V”形钉与“一”字钉，抓钉尽量使用耐高温的钢材材质，这种材质热膨胀系数较小，耐热强度高，可减少对耐火耐磨材料质量的影响；在耐火耐磨材料的施工过程中，需重点关注膨胀缝的设计，膨胀缝与气流方向应呈逆向布置，膨胀缝预留的方向必须避免与气流方向相同，以防气流直接冲刷膨胀缝导致浇注料脱落。如果采用耐磨可塑料作为耐火耐磨材料，需要在间隔1 m 的区间内布置2～3mm宽、40～50 mm 深的膨胀缝。施工好的耐磨可塑料需及时插入直径为2.5～3.2 mm 的焊条作为排气孔，插入间隔为300～400 mm；排气孔可排出可塑料内部的水分，防止局部出现剥落。此外，需注意耐火耐磨材料不可分层施工，需一次性施工完成，避免因黏结强度不足造成交接处的皮层剥落。

3.7 加强锅炉受热面的定期检修

循环流化床锅炉存在的检修不及时、不彻底的问题也是导致锅炉爆管的原因之一，因此要降低循环流化床锅炉爆管概率，就需要加强对循环流化床锅炉的检修工作，完善检修方案并关注检修工作中的细节。

检修方案的制订必须坚持针对性检修的基本原则，既有的检修方案只能起参考作用，不能完全套用到循环流化床锅炉的检修中。相关人员在制订检修方案前必须先观察循环流化床锅炉的运行状态并记录运行参数，使制订的锅炉检修方案与其实际状态相契合，提升检修工作的效率与质量。

在循环流化床锅炉检修工作中，还应关注炉膛内部的受热面，重点检查以下部位：炉膛密相区、炉膛四角区域、各受热面夹角区、浇注料与管子交界区、屏式受热面弯头部位、管子穿墙部位、焊口部位、炉膛出口区、分离器靶区等，这些位置都属于易磨损区域，每次停机后都应及时进行宏观检查及测厚检查，及时更换减薄超标的部件。对受热面易磨损区域可采取各种防磨措施，如金属喷涂防磨、热熔敷、安装防磨梁、安装防磨鳍片等，减缓受热管磨损速率，提升锅炉运行的安全性。

4 结语

本文探索循环流化床锅炉爆管的主要原因以及对应的解决策略，锅炉安装与焊接质量、耐磨可塑料材质及施工工艺质量和锅炉检修的及时性是影响循环流化床锅炉爆管的主要因素。要解决循环流化床锅炉的爆管问题，需做好前期技术准备工作，加强锅炉安装焊接的监督管理，关注锅炉耐火耐磨材料的工作状态，对磨损问题作出针对性的预防措施，改造炉膛受热面夹角，选择适合的耐火耐磨材料及施工工艺，以及加强锅炉受热面的定期检修等。这些措施的实施可提高锅炉的运行效率和安全性，降低爆管的风险。尽管本文研究提供了较全面的方法解决循环流化床锅炉爆管的问题，但每一种锅炉的具体情况可能会有所不同，因此需要根据具体情况进行调整。此外，对于一些特殊的锅炉设计和运行条件，需要进一步研究和测试确定最佳的解决方案。总体来说，本研究为理解和解决循环流化床锅炉爆管问题提供了新的视角和实践方法，对于保障设备安全稳定的运行具有理论和实践意义。