杨向东　刘帅

摘要：文章针对某国产2x422t/h循环流化床锅炉频繁出现的水冷壁爆管问题进行了研究，指出搅拌水水质不合格引起的炉膛耐火材料容易脱落、交界处金属喷涂层没有得到及时的维护以及不适当的修复方法是导致锅炉频繁爆管的主要原因，并给出了相应的解决方案。

关键词：循环流化床锅炉；水冷壁爆管；耐火材料；金属喷涂层；搅拌水 文献标识码：A

中图分类号：TK229 文章编号：1009-2374（2015）27-0084-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.044

循环流化床（CFB）锅炉技术以其在环保特性、调峰特性以及煤种适应性等方面的优势，在过去的几十年内得到了广泛的推广和应用。然而在该技术的发展过程中，诸如受热面磨损、给煤及回料不畅以及冷渣器故障率较高等问题也逐渐显现出来，其中由于受热面磨损致使水冷壁爆管，进而导致机组停机的现象极为普遍。因此，解决水冷壁磨损问题，是提高循环流化床锅炉可用率的有效途径之一。已有研究表明，由于循环流化床锅炉水冷壁管受到炉膛中气固两相流的冲刷，磨损严重，是引起水冷壁爆管的主要原因。针对某国产2x422t/h循环流化床锅炉建成投运后频繁出现的爆管停炉问题进行了系统分析，并提出了相应的解决方案，为锅炉的稳定运行提供了指导。

1 锅炉概况

文章所研究的锅炉为FW公司设计生产的紧凑型八角分离器的循环流化床锅炉具有以下特点：炉膛下部密相区浇覆耐磨材料；交界处采用让管结构；水冷屏、过热屏下端包覆耐磨材料；穿墙处有耐火材料覆盖；炉膛烟气出口周围有耐磨材料覆盖；八角形分离器内及水冷返料阀内均覆盖耐磨材料。由此可见，该锅炉在设计时充分考虑了防磨措施。锅炉设计燃料热值4431kcal/kg、灰分约5%、全水35%、挥发分41.3%，由于燃料中灰分较少，因此设计要求运行时添加沙子作为补充床料，炉膛流化速度约为5.3m/s。

2 问题描述及分析

该电站1#和2#机组分别于2010年11月和2010年9月商业运行1年及机组首次大检查后移交业主。随后在运行过程中，锅炉多次发生爆管事故，其中自2011年2月到2013年3月两年间两台锅炉水冷壁及分离器管道发生泄漏的次数累计达70余次，泄露的大致位置如图1所示：

图1 两台锅炉两年内水冷壁及分离器管道发生泄漏位置示意图

从图1所示的统计数据和泄漏位置可以发现：机组投运初期的泄漏分布主要集中在耐火材料覆盖的区域，即爆管发生在设计之初就已预测会出现磨损并采取了相应保护措施的区域；而随着运行时间的推迟，泄漏的位置发生了根本的转移，统计后期的绝大多数泄漏多发生在水冷壁下部，即耐火材料与水冷壁光管交界处的管排上。由此可以得出如下初步结论：运行初始阶段，锅炉基本处于原设计状态，但由于某些原因造成了耐磨材料的脱落，导致水冷屏、过热屏、分离器以及返料阀等处于烟气紊流区的管子发生磨损泄漏；表象上看，随着运行时间的延长致使下部水冷壁管磨损严重，进一步加剧了泄漏的发生。为进一步了解发生泄漏的真实原因，进入炉膛内进行了实际检查。检查发现水冷屏、过热屏、分离器以及返料阀等处存在耐火材料脱落及管壁磨损现象，如图2所示。从图2中可以看出，这些部位在设计时就已经预测会有烟气涡流冲刷，容易发生磨损，并采用了耐火材料覆盖的手段进行预防。在检查过程中还了解到，电站建成前期，用于搅拌耐火材料的水质不能满足使用要求，而事实上，耐火材料对搅拌用水的要求十分严格，需要对水的pH值、硫酸根、磷酸根及氯离子等的含量均应进行化验，以检查是否达标。电站建成后，对脱落的耐火材料进行维修时所使用的搅拌水均是经过电厂水处理设备处理后的纯净水，并且修补后由于耐火材料脱落造成水冷壁泄漏的次数大大减少。由此可以得出：建设初期水质不达标，直接导致了耐火材料的附着强度不够，部分耐火材料在锅炉运行中发生了脱落，最终造成了水冷壁管泄漏。

图2 炉膛内部耐磨材料脱落及管壁磨损现象

另据了解，锅炉安装完成后对炉膛的水冷壁进行了金属喷涂。一般来说，喷涂的末端需要采用非常严格的过渡，即便如此，由于末端喷涂层非常薄，其在管壁上的附着力比较小，在锅炉运行过程中，涂层的末端容易出现起壳，在管壁表面形成台阶造成磨损。图3（1）也显示出喷涂的末端出现了磨损现象。国内循环流化床锅炉的使用单位一般在新喷涂后半年内安排一次停炉，以便检查喷涂层的末端情况，如喷涂层发生起壳，则需要进行打磨平滑，消除台阶，必要时进行适当的补喷。业主运行团队在锅炉水冷壁管出现泄漏后采用了局部堆焊防磨处理的措施，如图3（2）和图3（3）所示。但根据FW公司和国内电厂对循环流化床锅炉的检修经验，如果采用堆焊防磨，则必须在一定高度范围内的四周水冷壁管同时采用堆焊手段，如果仅仅是局部的堆焊，不但不会起到有效的防磨作用，反而容易形成新的破坏条件，加剧磨损，最终导致水冷壁管修得越多，出现磨损的地方反而越多。

图3 炉膛内部水冷壁磨损

除上述造成磨损泄露的原因外，在实际检查过程中还发现锅炉所用的燃煤中存在一定数量的大颗粒煤矸石，也是造成水冷壁磨损的原因之一。

3 结论

通过对锅炉内部磨损情况进行系统检查、分析，可以得出如下结论：（1）由于耐火材料的搅拌水水质不达标造成耐磨材料容易脱落，导致水冷屏、分离器以及返料阀等处的管子发生磨损泄漏；（2）交界处金属喷涂层的起壳现象没有得到及时的维护，也导致了炉膛内管子局部磨损泄漏；（3）泄漏后的修复工作不恰当使得局部磨损加剧，从而使爆管越来越集中在交界处，而水冷屏、分离器的爆管减少；（4）入炉燃料中存在的一定数量的大颗粒煤矸石，也是造成水冷壁磨损的原因之一。

4 解决方案

就整体而言，水冷壁管并非大面积磨损，只是局部磨损。按原设计要求进行修复并采取合理的防磨措施后，同时建立完善的锅炉检修维护制度，提高检修能力，锅炉的连续运行时间会得到显著延长。基于上述结论，本文提出以下解决方案：

图4 炉膛内部布置示意图

第一，更换炉膛水冷壁标高11554～16315mm之间的四周水冷壁管，如图4。更换时必须按管屏形式更换，以保证整体质量。

第二，更换新的水冷壁管后，将标高16315mm处的水冷壁管及扁钢的上下对接焊缝全部打磨与母材平，然后从炉膛下部耐火材料终止线向上5000mm范围内的四周水冷壁采用金属等离子熔滴熔敷的方式进行防磨处理。

第三，加强对锅炉的定期检查和维护，特别是耐火材料、炉膛喷涂处等容易出问题的地方。建议对水冷屏、过热屏下端耐火材料全部进行重新浇注，销钉稀少处，特别是下边沿需要增加固定抓钉。

参考文献

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作者简介：杨向东（1966-），男，安徽人，中国机械设备工程股份有限公司工程师，研究方向：项目管理；刘帅（1986-），男，黑龙江泰来人，供职于中国机械设备工程股份有限公司，硕士，研究方向：火电项目管理。

（责任编辑：黄银芳）