卢兴泉，马德润

(天津泰达热电公司，天津300457)

    摘  要  从循环流化床锅炉的技术和现状出发，针对该型锅炉的防磨损、防泄漏等“五防”关键问题 ，从业主角度，提出了对施工、安装的基本要求和50条技术、工程管理对策和措施。
    关键词  循环流化床锅炉  磨损  “五防”

1前言
    循环流化床锅炉是应用循环流化燃烧技术，于近二十年开发出来的一种新型锅炉设备。它的 流态化的燃烧工况，增大了对燃料的适应性，可以烧次煤，并具有较高的燃烧效率；它的可 掺入石灰石进行脱硫的功能，以及在较低的燃烧温度下所具有的较高的脱硫效率，减少了锅炉向大气中SO₂的排放；同时，较低温度的燃烧工况也有利于减少NO_X的生成和排放，从而适应了国家对环保的要求。因此，这种锅炉被称做是“节能、环保型”锅炉，日益广泛地得到推广和应用。
    但是，循环流化床锅炉技术，目前尚远未达到像链条炉那样的普及程度：一是这项技术本身 ，科研、设计、制造单位，仍在完善中；二是不少地区和单位，尚属该项技术的“空白”； 三是不少施工安装企业，对该专项技术起步较晚，对其施工缺乏经验；四是锅炉制造、安装 、供应辅料分属三个以上单位，使制造——安装在纵向上应有的技术联系贯穿不力，技术不衔接，当施工不达标时难于迅速判定原因，甚至造成安装隐患，给业主单位留下风险。
    “隐患险于明火，防范重于抢险”，为了建设一个优质的锅炉工程，有必要从施工、安装的 源头开始，就致力于追求并保证实现优质工程、精品工程。本文的目的，就是从工程建设源 头开始，从力求锅炉设计、制造与施工、安装的连贯开始，在施工和安装中即瞄准循环流化 床锅炉关键的“五防”问题，制定对策，落实措施，分析机制，“对症组方”，努力为业主 单位自己今后的长期运行提供一个精良的锅炉设备。
    循环流化床锅炉的基本炉内过程，是高温度的、高浓度的、高速度的工质在流态化下的多次 循环中，将热量传给受热面，从而，使循环流化床锅炉在具有较高热效率的同时，处在巨大 的磨损工况中。
    因其微正压，应关注密封，严防含尘烟气泄逸炉外，防漏；因工质流态化循环运行，特别应 关注对炉内金属受热面、非金属结构层的磨损，防磨；因多种原因对水冷壁、过热器的磨损 将导致发生“爆管”的重大锅炉事故，尤应予以关注和防范，防爆；防止循环系统出现阻碍 流通的焦块产生，以免影响流化，防结焦；循环流化床锅炉炉体较高，整体结构异于其它炉 型，设有严密的膨胀措施，防止膨胀不良。
    防磨、防爆、防漏、防结焦、防膨胀不良，这些异于链条炉和煤粉炉的、需要特别予以关注 的技术问题，简称为“五防”。
2“五防”问题的工程分析
    “五防”的各个方面，不是孤立存在的，其间，有些呈因果关系或连带关系，有必要予以分 析，以确定主要矛盾，便于解决问题。
2.1防磨和防漏
    因微正压下的流态化循环工况，炉内磨损和炉体泄漏是同时存在的。
2.2防膨胀不良和防漏
    循环流化床锅炉由燃烧室、回料系统、尾部受热面三大部分构成，各部分又由若干部件组成 ，三大部分及各部分的部件之间，整个锅炉与外部辅机之间，均处于不同结构、不同温度、 不 同膨胀条件下，所以膨胀措施十分重要。膨胀不良将导致结构的破坏甚至发生事故，同时还 导致密封的破坏而泄漏，因此，在很多部位上，这两个因素是关联的。
2.3防爆和防磨
    流态化工质高温、高速、循环冲刷磨损暴露的受热面，累至爆管，形成重大事故，故必须防 爆。但防爆的前提仍是“防磨”，做好防磨措施的设计和施工，强化特殊部位的防磨措施， 就等于做好了“防爆”。这是呈因果关系的两个因素。
2.4防结焦
    循环流化床锅炉在不同部位，因不同因素均可导致结焦：
    在炉膛中：主要致焦因素是煤质和运行，本文不列为重点叙述。
    在料腿和返料器中：这里流通截面最小，汇集了高温循环灰和煤渣，从降温、防止空气进入 、防止烟气回窜三方面防止结焦。降温措施是水冷结构；防止空气进入，措施是防漏和运行 调节；防止烟气回窜措施是精确实现设计通道的尺寸。所以此处防焦的关键一是运行管理， 二是施工安装。
    在旋风分离器中：旋风分离器的内壁安装有防磨内衬，外壁安装有保温材料，具有高蓄热性 ，在近于燃烧室的温度下运行，便于二次燃烧而愈发提高分离器内部的温度，一旦超过灰分 的变形温度时，即造成结焦。防磨内衬若施工不良发生局部塌落，塌落的大块成为碳粒的聚 集体，形成结焦堵塞。旋风分离器中存在冷风渗入的现象，此区域的锥体下端和灰渣出口均 可能漏入冷风，则相当于引入二次风，助长二次燃烧致结焦。防止上述两项结焦因素的措施 是做好安装施工。
    在布风板上：布风板是循环流化床锅炉所特有的装置，由水冷布风板、风帽组成。风帽固定 在进风短管上，进风短管焊接在布风板的鳍片上。一次风通过进风短管、经风帽上的圆形风 孔吹入床上(以菌形风帽为例)，吹动料层“沸腾”、流化。这里是锅炉物料点火、循环、流 化、再循环的起点。有以下特点：风口为不锈钢管，风帽为耐热铸钢，二者内插或螺纹联接 ，75t/h锅炉的风帽，呈菱形均布着550风帽，数量较多；为使布风、出风均匀，布风板及风 帽分别设计成一定倾角，风帽顶部横行为同一标高的水平线，纵列为设计倾角的斜线；进风 短管自根部至与风帽接口部位、均浇固于浇制层中，浇制层为水平结构。
    上述布风板、风帽、浇制层共同构成“流化床”。它虽仅属点火区域，但同样存在结焦问题 ——点火过程中的低温结焦：所谓低温，即在点火初期，炉温较低，仅达400～500℃时； 所 谓结焦，即此时若布风均匀性较差时，而布风板上局部区点进风较多，富氧而达到着火条件 ，使该区点的煤尚未正常流化而燃烧，一旦物料温度超过熔点时而结焦。一旦有焦块形成， 极易因局部高温而扩大，又易形成新的进风短路区产生新的焦块，愈加恶化风力分布，至极 时，甚至联成大面积焦层，以至形成不能正常流化的恶果，停炉清焦。可见，确保布风均匀 的重要性；可见，布风板的安装，对于防焦、对于形成正常循环流化工况的重要意义，必须 予以特别关注。
    根据以上分析，在施工安装阶段，针对致焦因素的措施是做好炉膛、旋风分离器、料腿、返 料器、布风板的结构安装的施工，做好防磨层的施工。
    因此，在循环流化床锅炉的安装、施工中，必须要抓好“五防”的施工。“五防”的关键是 “三防”——防磨、防漏、防膨胀不良。抓好“三防”，就能做到“五防”。连同我们新熟 悉的保证受压元件安装质量的措施及其它常规措施，共同认真做好，就能保证循环流化床锅 炉的施工质量。
3“五防”问题的施工、安装措施
3.1防磨
3.1.1防磨工艺
    磨损过程：循环流化床锅炉的燃烧室、炉膛、分离器、回料器构成燃烧系统，或称主循环回 路。其间锅炉材料表面长期经受高速运动的气流中灰、渣、煤粒子从不同角度的撞击、摩擦 ，逐渐引起材料表面减薄、甚至开裂，这便是磨损的简要过程。
    金属管壁的磨损具有下列关系：
        T∝(η，k，ω^3.22，τ，1/2g)
    式中：T：磨损量；η：飞灰撞击率；k：飞灰浓度；ω：飞灰运动速度，取烟速；τ：撞 击时间；g：重力加速度。
    炉内的重点磨损区域：
    炉膛内密相区、边壁效应区、局部涡流区为磨损严重的区域。布风板上的锥体部分及燃烧室 下部(沸腾层之上4～5M高度上下范围)属密相区，磨损严重；炉膛内结构突变部位：如突然 扩 大、突然缩小、突然变角、门、孔、口、弯管、测具、凸台凸点、表面缺陷等部位，均易形 成涡流，属于局部涡流区，出现局部反复冲刷，磨损严重；边壁效应区磨损严重：
    炉膛从锥形渐扩至筒形时，高浓度工质的流体呈现“中上、环下”的流线形式，即：在炉膛 中心线区域内，物料向上流动；沿半径向炉膛四壁方向的环形区域内，固体物料向炉膛内壁 水冷壁面斜下、切向运动，这一向炉膛水冷壁面斜下、切向运动的高浓度的固体物料流称为 贴壁灰流，其厚度可达几十厘米，具有强大的冲刷力，称为边壁效应。贴壁灰流所具有的边 壁效应，是影响极大的致磨因素，也是防磨的重要内容。
    从上述具有指导性意义的工艺概念中，可确定防范、强化防磨措施的思路：在炉膛内部大面 积的膛壁上，必须有可靠的、大面积的防磨措施；在炉膛出口、分离器进、出口等高烟速 、 高灰浓度，磨损情况恶化区域，必须有可靠的局部区域措施；炉膛内部的结构凸台；焊瘤； 金 属门、孔；耐火材料残余；测具探头等导致局部涡流的异形结构节点，均为高撞击率和局部 高速恶化磨损的部位，必须有可靠的防磨措施；必须针对不同磨损区域、不同磨损因素，采 取综合措施，整体防磨、区域防磨、节点防磨、多重防磨、全程防磨。
3.1.2防磨措施及施工对策
        a.在由Φ60×5钢管组成的密布销钉的膜式壁上加敷龟甲网，浇制耐火材料层，厚度：60 ；相对应的施工、安装措施为：(以“CX”表示施工安装措施及序号，下同)
        C1：检查销钉焊接牢固程度，不得有漏焊、松动、脱落，必须牢固。
        C2：龟甲网材质合格，与销钉焊接牢固成一体；在结构厚重部位、炉门、炉孔、炉角、变形 部分加焊“Y”型抓钉，加强固定耐磨浇注料。
        C3：模板平整光滑，支模后必须调整垂直度，表面平整光洁。
        C4：耐火耐磨材料六合格：材质合格、配比合格、搅拌合格、浇制合格、试块合格、成型合 格，材料和试块必须附有有效的技术证明文件。
        C5：在耐磨浇注料中，加入2%的不锈钢增强纤维，必须均匀搅拌，不能独自成团，失去功能。
        C6：拆模后一次成型合格，不得再向火面贴补，并将缝、棱打磨光滑。
        b.在炉膛下部与燃烧室上部结合处——局部成型，合金喷焊
    该部分处于贴壁灰流向下流动至卫燃带上沿的转向处，在设计制造中已采用弯管结构，并将 卫燃带上沿设计成曲面，与工质共同形成协调的流线边界，避免了强烈撞击和强涡流的区域 ；同时在水冷壁卫燃带上方的150mm区域，喷焊粉末合金，提高局部耐磨能力。
    相对应的施工、安装措施为：
        C7：复验水冷壁卫燃带管部分的质量：无裂纹、折皱，圆滑过渡，弯曲半径符合图纸规定； 喷焊段长度符合图纸规定。
        C8：提高安装精度，确保卫燃带与膜式壁对接处圆滑过渡，无台阶。
        c.在炉膛四周——局部成型，施工作业优良
    在一般设计中，本项均未作重点提出，但在实际中却大量存在。图纸上规则地给出了炉膛形 态，但在炉膛内部作业条件下，做到这点很难，是必须有严格地工艺保证的。炉膛四周属非 圆滑过渡的涡流区，而在浇制中从模板直角对接缝中渗浆所形成的不规则边棱，加剧了涡流 ，加重了对附近水冷壁的磨损。
    相对应的施工、安装措施为：
        C9：炉膛角部耐火、耐磨砼结构必须实现圆滑过渡，确保成型规则；
        C10：炉膛角部耐火、耐磨砼结构不得存在棱角、浆条，若有，必须磨平。
        d.水冷壁的安装不得遗留磨损遗患
    循环流化床锅炉的防腐、防爆要害客体是水冷壁和过热器，根据产品调研中直接接触的第一 手资料和文献，膜式壁对接质量不良之处，均是磨损隐患；后水冷壁与侧水冷壁夹角焊接质 量差，是该区域严重磨损原因之一；水冷壁拼接不良，将出现严重磨损。
    相对应的施工、安装措施为：
        C11：责成安装单位必须制定出可确保安装质量的焊接工艺和工装，确保拼装、组装焊接质 量符合图纸规定，无缺陷；
        C12：强化安装自检和监理监检，必须实行锅炉内、外、高位、低位全部、全面的检查，平 台拼接中力避“上好下差”，膜式壁组装中力避“外好内差”，确保全部焊接合格，无施工 隐患遗留。
        e.在炉膛出口、炉顶——浇制高强度耐磨、耐火层
    炉膛出口部位的烟速从炉膛的5m/s提高到20m/s，提高了近4倍，工质浓度同时急骤提高；炉 顶部位是烟速逐渐提高到炉膛出口的区域，加之涡流带来的物料工质涡聚的影响，炉顶工况 恶劣程度也远远超过了炉膛内部。
    上述部位的防磨措施：一是浇制高强度耐磨耐热耐火层；二是水冷壁的悬吊管采用加厚管，并涂敷耐火、耐磨材料。
    相对应的施工、安装措施是：
        C13：复验炉顶水冷壁的供货符合图纸规定，确为加厚管；
        C14：在膜式壁筒体焊接质量确认合格后才能进行炉顶和炉膛出口部位耐火、耐磨层的施工 ，其基本要求同C1—C6；
        C15：确保炉膛出口的尺寸、形状与图纸一致，强度达标，表面光滑。
        f.分离器进、出口与分离器本体(以高温分离、绝热型为例)
    结构重点、施工缺陷及事故的借鉴：
    高温烟气出自炉膛后，均匀分为左、右两股，分别进入与之相连的并联运行的两台高温旋风 分离器，分离器本体为异形耐火砖砌筑，材质PA(磷酸铝结合高铝质耐磨砖)；
    在调研考察中，发现存在下述问题：分离器为散件供货，现场组装，组装精度欠缺，导致偏 流；分离器进口耐磨内衬浇制精度不够，加剧偏流，导致爆管；筒体内衬材质过于保守，不 具强抗磨性，PA砖运行一个月即磨出20～30mm凹坑，运行一年后全部更换，有必要选用更强 抗磨性能的耐磨材料。
    相对应的施工、安装措施是：
        C16：逐件校验所供部件的尺寸精度，包括长度、直径偏差、圆锥度等值；矫正因中途运输 对尺寸精度的影响；
        C17：组装分离器时，必须保证壳体的中心度、垂直度不得超过标准，避免中心偏移，影响 流态；
        C18：砌筑(或浇制)层的尺寸放样基线，必须是筒体中心线，严格禁止在不确定筒体中心线 状况下依壳砌筑，影响圆形旋转分离效果，加剧局部磨损；
        C19：材质强化：建议以科鲁HF-160、135高强耐磨浇注料浇注锥体内衬，替代PA砖内衬(包 括进、出口、顶部)；
        C20：复验分离器下部水冷套的标高，确保精确，避免影响返料器安装和运行；
        C21：严密进行分离器进口的浇制施工，使成型尺寸符合图纸规定；两个进口的尺寸必须一 致，无凸台和变形，严防发生偏流、诱发爆管的因素发生；
        g.料腿、返料器——浇制耐磨耐火层
    经分离器分离下来的颗粒，在分离器料腿部位富集，经返料器(回料阀)返回炉膛再燃。料腿 内灰渣多系粗大而有棱角的颗粒，所以对料腿防磨要求高。
    施工、安装措施是：
        C22：在料腿和返料器中浇注耐火耐磨材料时，须用专用振捣棒振实；
        C23：制定专项工艺，确保浇注体对U型阀的功能无任何影响；
        C24：分离器料腿，回料阀回灰口之间无强力装配。
        h.过热器(含本体和顶部烟道)——锅炉结构、挡板、导流
    业主单位应积极与锅炉厂商洽强 化措施，在锅炉设计、制造中，改进设计，采取加强结构、提高材料等级等措施以增强过热 器的抗磨性，通过提高材质抗磨性实现防磨，此外，还必须有下列施工安装措施：
        C25：防磨盖板必须与管子本体良好贴合，安装牢固，无异物卡涩；
        C26：在过热器迎向烟气的部位设防磨挡板(梁)，使烟气流向改变，使偏向过热器弯头的流 体均匀流开，强化对高过弯头的防磨保护，严防爆管：材料HF-135；
        C27：过热器顶部烟道按C3～C6要求施工。
        i.省煤器——锅炉结构、挡护
    锅炉设计、制造中对省煤器部位的防磨措施是设置保护弯头的防磨盖板(防磨罩)，材质Q235 -A.F；并在管子的穿墙部位加装保护防磨瓦。
        C28：保证防磨罩的安装与管子本体良好贴合，纵向与烟道立墙平行，缝隙均匀，无异物卡 涩；
        C29：防磨瓦与母管、与墙体做好密封、防漏施工。
        j.空气预热器——结构、施工保证
    空气预热器由搪瓷管10CrNiCrP(A)制成，烟气纵向冲刷，防磨重点在入口部位，防磨套管材 质为Q235-A.F，在施工、安装中：
        C30：要保证防磨套管与管口的良好固定，牢固、稳定无偏斜发生。
3.1.3施工安装试运行阶段中，强化磨损监护
    因循环流化床锅炉存在常规炉型所不存在的磨损问题，而耐磨损状况需一定时间的暴露过程 ，因此常规的72小时试运行，即使合格，也不能认定防磨合格。在投产运行初期，仍应作为 暴露问题的过程看待，严密监护系统各部，严密注视和分析磨损因素的严重程度及可能发生 的事故；
        72小时后的第一次停炉和初运行一个月内的停炉：这段时间是集中检验炉墙、炉内浇注体( 含分离器各部位)，各部砌筑结构的时间，若出现问题，判定为材料及施工、安装的原因；
    经调试后稳定运行半年——一年的时间(第一个大修期中段)：重点监护受热面的磨损。若出 现问题，多系专项防磨措施未到位所致。
    稳定运行一年半以后(第一个大修期后段)：重点监护炉墙、炉内浇注体的结构性破坏，包括 裂纹、脱落、膨胀缝失效，磨损变形、表面粗糙，必须及时处理。
    施工、安装措施如下：
        C31：根据锅炉厂提供的、并经锅炉厂和施工、监理单位具体确定的烘炉典线，进行烘炉操 作，缓慢升温，均匀膨胀，严防结构破坏；
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