循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨材料常見故障分析

杜佳軍

（神華億利能源有限責(zé)任公司電廠，內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗 014300）

循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨材料常見故障分析

杜佳軍

（神華億利能源有限責(zé)任公司電廠，內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗 014300）

介紹了循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨材料的使用情況，分析了鍋爐各部位耐火耐磨材料常見故障和原因，并據(jù)此提出相應(yīng)的處理措施和注意事項(xiàng)，從而提高了耐火耐磨材料使用性能，確保鍋爐安全、可靠運(yùn)行。

循環(huán)流化床鍋爐；耐火耐磨材料；故障

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐以其燃料適用性廣、燃燒效率高及環(huán)保效益好等優(yōu)點(diǎn)被國內(nèi)外各行各業(yè)廣泛運(yùn)用，其最大燃燒技術(shù)特點(diǎn)就是有大量固體顆粒隨高速流動的煙氣在爐膛、分離器及返料器內(nèi)反復(fù)循環(huán)燃燒，由此也可以看出該爐型本身最大的薄弱環(huán)節(jié)就是固體顆粒磨損的問題。為此，各大鍋爐廠在設(shè)計(jì)循環(huán)流化床鍋爐時(shí)大量使用了各類耐火耐磨材料，但由于設(shè)備結(jié)構(gòu)不當(dāng)、使用效果不良及日常維護(hù)不到位等原因，經(jīng)常發(fā)生耐火耐磨材料脫落后設(shè)備燒紅、受熱面管裸露運(yùn)行、管壁磨損嚴(yán)重、爆管泄漏等事故，嚴(yán)重影響循環(huán)流化床鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，正確使用耐火耐磨材料和有效解決常見故障，對循環(huán)流化床鍋爐安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。本文結(jié)合某電廠近年來循環(huán)流化床鍋爐檢修維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對耐火耐磨材料常見故障進(jìn)行深入分析。

1 常見耐火耐磨材料

現(xiàn)階段國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐最常使用的耐火耐磨材料一般可分為3類：一是耐火耐磨材料的磚、澆筑料和灰漿；二是耐火保溫材料的磚、澆筑料和灰漿；三是耐火耐磨材料的磚、澆筑料、可塑料和灰漿。通常采用的材料搭配方式有：耐火耐磨磚和澆筑料，剛玉磚和澆筑料，磷酸鹽磚和澆筑料，硅線石磚和澆筑料，碳化硅磚和澆筑料，最高檔的還有氮化硅結(jié)合碳化硅等產(chǎn)品。但從目前循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨材料使用情況來看，效果均不理想［1］。

某電廠4臺循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組于2007年至2008年年底陸續(xù)投入商業(yè)運(yùn)營，鍋爐為690 t／h無外置床循環(huán)流化床鍋爐，其配套耐火耐磨材料主要包括鋼纖維耐火耐磨澆筑料、耐火耐磨可塑料、耐火澆筑料、耐火保溫澆筑料、耐火保溫磚、配套各類耐熱抓釘及其他保溫材料。

2 常見故障及原因分析

電廠機(jī)組投運(yùn)幾年來，4臺鍋爐先后出現(xiàn)數(shù)次因設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、檢修施工質(zhì)量不合格、運(yùn)行操作不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е碌哪突鹉湍ゲ牧祥_裂、脫落及磨損等故障，也直接導(dǎo)致了數(shù)起設(shè)備故障，但客觀上均與耐火耐磨材料本身質(zhì)量并無直接關(guān)系。具體故障主要發(fā)生在以下幾個(gè)部位。

2.1 爐膛密相區(qū)

循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)燃燒溫度一般為850～1 000℃，流經(jīng)此處的固體顆粒粗、濃度大，因此根據(jù)防磨、防腐蝕和熱平衡要求，該部位敷設(shè)一定高度的耐火耐磨絕熱層，并采用銷釘固定，絕熱層厚度一般為50～150mm［2］。在鍋爐運(yùn)行過程中，密相區(qū)墻體部位耐火耐磨材料存在開裂及剝層脫落現(xiàn)象，各開孔邊緣部位耐火耐磨材料脫落后易造成管排裸露，磨損嚴(yán)重，甚至發(fā)生爆管泄漏，脫落情況如圖1所示。分析原因?yàn)橐韵?方面：一是耐火耐磨材料在基建安裝選材時(shí)，骨料和粉料的質(zhì)量裕度不夠，未充分考慮機(jī)組運(yùn)行周期增加后耐火耐磨材料使用強(qiáng)度下降的問題，同時(shí)施工工藝較差，未增加鋼纖維等合適的添加材料；二是在機(jī)組啟、停過程中升溫和降溫速度過快，爐墻表面耐火耐磨材料沒有抓釘，由于墻體膨脹或收縮逐漸出現(xiàn)局部薄層脫落現(xiàn)象；三是耐火耐磨材料基建安裝結(jié)束后，由于局部厚度不均勻或焊接抓釘過短、過少，使該部位未能達(dá)到烘爐效果；四是鍋爐運(yùn)行操作不當(dāng)導(dǎo)致局部磨損加劇，使耐火耐磨材料受沖刷磨損而脫落；五是在鍋爐運(yùn)行中，水冷壁管泄漏后，較低溫度汽水混合物急劇冷卻墻體耐火耐磨材料，直接造成大面積薄層脫落。

落煤口及落渣口耐火耐磨材料脫落后，水冷壁管排裸露運(yùn)行，磨損嚴(yán)重且發(fā)生爆管泄漏，如圖2、圖3所示。分析原因?yàn)?，落煤管正常運(yùn)行時(shí)，由于出口端與耐火耐磨材料結(jié)合處設(shè)計(jì)不合理，該部位耐火耐磨材料在播煤風(fēng)與煤顆粒共同作用下，受沖刷磨損而脫落，水冷壁管遭磨損；落渣口原設(shè)計(jì)中落渣管直接與布風(fēng)板焊死，鍋爐運(yùn)行后焊縫強(qiáng)度逐漸降低，在落渣管自身及管內(nèi)排渣的共同重力作用下，落渣口出現(xiàn)脫開現(xiàn)象，使該部位耐火耐磨材料在一次流化風(fēng)作用下逐步被沖刷而脫落，水冷布風(fēng)板管遭磨損。

圖1 密相區(qū)墻體耐火耐磨材料脫落

圖2 落煤口耐火耐磨材料脫落后管排磨損

圖3 水冷布風(fēng)板落渣口脫落

2.2 分離器

分離器在循環(huán)流化床鍋爐中的主要作用是將大量高溫固體物料從氣流中分離出來，其運(yùn)行溫度一般在800℃左右［3］。目前最常用的分離器有高溫絕熱式分離器和水冷汽冷式分離器。該廠為高溫絕熱式分離器，旋風(fēng)筒采用耐火保溫磚砌成，進(jìn)、出口煙道采用輕質(zhì)保溫澆筑料和耐火耐磨澆筑料澆筑。分離器常見耐火耐磨材料故障有：旋風(fēng)筒上頂耐火耐磨材料局部下沉或脫落（如圖4所示）；旋風(fēng)筒筒體耐火保溫磚局部磨損脫落；鷹嘴部位耐火耐磨材料部位開裂脫落（如圖5所示）；進(jìn)、出口煙道膨脹間隙不當(dāng)，發(fā)生漏灰，進(jìn)、出口煙道墻體開裂及凸起（如圖6所示）。

圖4 旋風(fēng)筒上頂耐火耐磨材料下沉或脫落

圖5 鷹嘴部位耐火耐磨材料部位開裂脫落

分離器出現(xiàn)上述故障的主要原因?yàn)椋阂环矫媸菣z修維護(hù)過程中施工不到位，造成耐火耐磨材料整體剛性下降，例如該廠在更換旋風(fēng)分離器中心筒支撐吊板過程中破壞了上頂澆筑料的整體剛性，隨著局部搗打料修補(bǔ)量的不斷增加，耐火耐磨材料整體強(qiáng)度降低，局部膨脹縫隙增大后，耐火耐磨材料的使用壽命大幅下降；另一方面是局部殼體設(shè)計(jì)不當(dāng)，耐火耐磨材料依附強(qiáng)度不足。該廠基建期間曾發(fā)生分離器不堪重負(fù)，平面拉裂，整體下沉事件，雖然該廠在施工過程中倉促出具方案對上頂進(jìn)行了加固，但加固后的上平面強(qiáng)度分布不均勻，個(gè)別部位多次出現(xiàn)因熱變形造成抓釘斷裂、澆筑料脫落的現(xiàn)象。此外，耐火耐磨材料固定使用的抓釘規(guī)格不當(dāng)、尺寸過小及數(shù)量不足，使抓釘強(qiáng)度不夠而斷裂，造成耐火耐磨材料整體下沉也是原因之一，如圖7所示。

圖6 進(jìn)出口煙道墻體開裂及凸起

圖7 耐火耐磨材料固定抓釘拉斷

2.3 返料器

返料器的基本任務(wù)是將分離器分離下來的高溫固體顆粒穩(wěn)定地送回壓力較高的爐膛燃燒室內(nèi)，并保證氣體反躥進(jìn)入分離器的量最小。該設(shè)備的可靠性對循環(huán)流化床鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行極為重要，因此該部位必須有可靠的耐火耐磨材料起到防磨作用［3］。該部位常見缺陷有耐火耐磨材料開裂、躥火及局部耐火耐磨材料脫落后燒紅殼體（如圖8所示）；耐火耐磨材料大面積崩塌，使返料停止等。

返料器出現(xiàn)上述故障的主要原因與分離器基本一樣，但區(qū)別在于分離器在運(yùn)行中為負(fù)壓，返料器在運(yùn)行中為正壓，同樣在耐火耐磨材料開裂的情況下，分離器由于外壁有鋼板封閉，對其影響不大。但在返料器內(nèi)，固定顆粒隨煙氣進(jìn)入裂縫，不斷沖刷磨損管壁，最終掏空耐火耐磨材料，嚴(yán)重時(shí)耐火耐磨材料會整體塌落而阻止返料的進(jìn)行。因此，同一故障在返料器和分離器中的處理措施完全不一樣。

圖8 返料器內(nèi)壁耐火耐磨材料逐步脫落

2.4 膨脹縫

鍋爐膨脹節(jié)膨脹縫預(yù)留的大小，要滿足鍋爐運(yùn)行過程中澆筑料膨脹的需要，澆筑料的膨脹系數(shù)約等于鋼材的一半，分離器進(jìn)口煙道膨脹縫如圖9所示。膨脹縫預(yù)留過小，會造成運(yùn)行的鍋爐內(nèi)部澆筑料膨脹受限，周邊澆筑料銷釘斷裂，澆筑料坍塌；膨脹縫預(yù)留過大，運(yùn)行時(shí)躥風(fēng)，膨脹節(jié)燒損，同時(shí)，鍋爐在運(yùn)行過程中受熱面突然發(fā)生爆管時(shí)，由于爐膛突然升溫膨脹，極易造成爐膛短時(shí)壓力過高，損壞非金屬膨脹節(jié)。

圖9 分離器進(jìn)口煙道膨脹縫

3 處理措施及注意事項(xiàng)

3.1 處理措施

（1）耐火耐磨材料內(nèi)部修補(bǔ)。在不影響其自如膨脹的基礎(chǔ)上對運(yùn)行過程中產(chǎn)生的較大裂紋和脫落部分進(jìn)行修補(bǔ)，如填充較大裂紋內(nèi)部時(shí)使用鋼纖維耐火繩或磷酸鋁溶液浸泡后的針刺毯，并加以固定。

（2）由于從內(nèi)部修補(bǔ)耐火耐磨材料投入的人力、物力較大，澆筑料修補(bǔ)所需的工期較長，同時(shí)拆除耐火耐磨材料也存在不同程度的風(fēng)險(xiǎn)，所以在耐火耐磨材料破損面積不大于1m2的情況下，可以從外部進(jìn)行修補(bǔ)。

（3）在耐火耐磨材料檢修施工中，必須嚴(yán)格按照要求對相應(yīng)耐火耐磨材料進(jìn)行修補(bǔ)，使用的骨料和粉料應(yīng)符合質(zhì)量要求，選擇合適的結(jié)合劑、添加劑及添加材料，如鋼纖維、棉質(zhì)纖維等，嚴(yán)禁使用過期或受潮耐火耐磨材料。

（4）在耐火耐磨材料修補(bǔ)過程中，如非特殊情況，一般盡量少用高溫耐火耐磨修補(bǔ)料，這種材料未必能取得良好效果，在增加檢修維護(hù)費(fèi)用的同時(shí)還可能損壞原來的基體材料。

（5）耐火耐磨材料施工中所使用的抓釘必須符合材質(zhì)、規(guī)格等要求，很多廠家選用抓釘不當(dāng)后發(fā)生燒斷、拉斷。對于特殊部位應(yīng)采用特殊結(jié)構(gòu)、形狀的抓釘，以加強(qiáng)耐火耐磨材料的固定強(qiáng)度，如交錯(cuò)布置扁鋼、Y形抓釘?shù)取?/p>

（6）正對落煤口及落渣口等設(shè)備結(jié)構(gòu)存在問題的區(qū)域，應(yīng)從根本上解決設(shè)備結(jié)構(gòu)的膨脹問題，如采用防磨板加龜甲網(wǎng)加耐火耐磨材料、機(jī)械迷宮密封加耐火耐磨材料等措施，從而徹底解決耐火耐磨材料經(jīng)常脫落的問題。

3.2 注意事項(xiàng)

（1）澆筑料施工前，首先將銷釘涂抹一定厚度（約2mm）的瀝青漆，或在銷釘端部套以塑料帽，以保證運(yùn)行過程中銷釘在澆筑料內(nèi)部有一定的膨脹間隙，不會頂?shù)魸仓稀?/p>

（2）澆筑料施工制模時(shí)要求每塊模板不大于1 m2，且膨脹縫要預(yù)留成梯形或迷宮形（順風(fēng)向預(yù)留膨脹縫），避免留直縫，預(yù)留的膨脹縫要成倒V形，以滿足澆筑料在運(yùn)行中的膨脹需要。

（3）澆筑料修補(bǔ)前要將已脫落的澆筑料盡量拆除干凈，直至露出銷釘，再涂抹2mm厚瀝青漆，自然通風(fēng)干燥后再進(jìn)行澆筑施工。

（4）加強(qiáng)鍋爐受熱面防磨防爆檢查力度，將耐火耐磨材料也納入檢查范疇，避免由于耐火耐磨材料磨損脫落造成的受熱面管爆管泄漏事故，防止運(yùn)行中受熱面突然爆管，造成澆筑料大面積損傷、脫落、坍塌。

（5）通過采用相對完善的耐火耐磨材料烘爐工藝方案，最大程度使材料具備優(yōu)良的表面琺瑯質(zhì)和基材硬度、強(qiáng)度，最終有效解決循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨材料的脫落、炸開、龜裂等問題。

（6）在耐火耐磨材料施工過程中應(yīng)充分考慮基材抓釘?shù)臄?shù)量、形狀及分布，澆筑過程中必須充分夯實(shí)濕料；同時(shí)必須保證烘爐前耐火耐磨材料自然干燥且有充分的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，一般不少于8～10 d。此外，在施工過程中應(yīng)注意預(yù)留夠熱工測點(diǎn)，位置要精確，防止耐火澆筑料固化后無法實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)的優(yōu)化。

4 結(jié)束語

保持爐內(nèi)耐火耐磨材料的良好狀態(tài)是循環(huán)流化床鍋爐長周期安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，近年來，隨著鍋爐廠設(shè)計(jì)水平以及爐內(nèi)耐火耐磨材料質(zhì)量的提高和新材料、新工藝的大量應(yīng)用，耐火耐磨材料問題導(dǎo)致的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)大幅降低，如能在檢修質(zhì)量和工藝優(yōu)化上做精、做細(xì)，同時(shí)積極完善局部設(shè)計(jì)不足，必將大幅提高循環(huán)流化床鍋爐的可靠性。

［1］謝清泉，吳志堅(jiān)，楊福濤.循環(huán)流化床鍋爐耐火材料的探討［J］.山東機(jī)械，2005（1）：60-63.

［2］劉德昌，陳漢平，張世紅，等.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行及事故處理［M］.北京：中國電力出版社，2006：45-46.

［3］楊建華，王玉召，屈衛(wèi)東.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及運(yùn)行［M］.北京：中國電力出版社，2010：101-110.

［4］呂俊復(fù)，岳光溪，張建勝，等.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行與檢修［M］.2版.北京：中國水利水電出版社，2005：246-248.

［5］蔣敏華，肖平.大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2009：304-309.

（本文責(zé)編：弋洋）

TK 225

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1674-1951（2015）08-0043-04

杜佳軍（1983—），男，陜西榆林人，工程師，從事電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作（E-mail：dujiajun_1983＠163.com）。

2015-03-04；

2015-06-18