CFB锅炉风帽磨损原因分析及处理措施

CFB锅炉风帽磨损原因分析及处理措施

葛红军

中国电建集团河南工程有限公司，河南 郑州 450000

摘要：风帽是循环流化床（CFB）锅炉实现均匀布风以及维护炉内合理的气固两相流动和锅炉的关键部件，是炉内高温高磨损下的易损部件，风帽的质量直接影响CFB锅炉的流化工况和燃烧的稳定性，是CFB锅炉安全运行的保证。锅炉运行时，风从风帽小孔出来进入流化床吹动物料，使流化床内的物料均匀流化和燃烧，其作用是形成均匀的阻力，保证流化风的均匀性。

关键词：CFB锅炉；风帽磨损；分析；处理

1 存在的问题及分析

1.1 工艺的影响

锅炉运行时，由一次风机输送过来的一次风，经过一次风室后，通过布风板上的风帽进入流化床，形成两个旋转方向相反的旋流，炉内底部空气动力流场紊乱，在风帽上部形成涡流区。物料在流化床内上下翻腾不断撞击、冲刷风帽，这些物料是由粒度≤8 mm的细煤，粒度≤2 mm的石灰石等固体颗粒组成。当固体颗粒相对于风帽表面的冲击角较小，甚至接近平行时，固体颗粒垂直于风帽表面的分速度，使颗粒锲入风帽的表面，而固体颗粒与风帽表面的分速度，使它沿风帽表面滑动，这两个分速度的合成效果，就起到一种“刨削”作用。

若风帽表面经受不起这种“刨削”作用，就会被切削掉很微小的一小块。即产生冲刷磨损，当这种“刨削”现象大量重复时，风帽表面就产生明显的磨损。固体颗粒相对于风帽表面冲击角度较大，或接近于垂直时，以一定的运动速度撞击风帽表面，使其产生微小的塑性变形或显微裂纹；在大量固体颗粒的反复撞击下，逐渐使风帽塑性变形层整片脱落而形成磨损。而且由于流化床的温度很高（850～900℃），同时也加剧了风帽的磨损。

2.2 备件质量的影响

圆柱形风帽是顶部封闭中空的圆柱体，在风管靠近顶部的四周开孔，这种风帽结构简单，具有布风均匀性好，物料流化均匀，不堵塞，不磨损，安装维护方便等优点，但这种结构布风的缺点是不能使流化床底料产生定向流动，对大块沉积物料不能移动排渣，造成排渣不畅，需要将床面倾斜才能排渣。顶板、风管、风筒通过焊接连接在一起，因材料是稀土耐热铸钢，焊接时易产生焊接热应力，对焊接质量要求较高；而且对铸件本身的质量要求较高。根据实际检修情况和通过对磨损的风帽和未磨损的风帽对比分析发现，个别风帽的质量无法得到保证。

2.3 检修质量的影响

CFB锅炉在试车运行后，准备的风帽备件是整体圆柱式风帽，即风管、风筒、顶板是焊接在一起的，当需要更换风帽时需将磨损的风帽从布风板上整体割下才能更换。这就需要打掉流化床底部的浇注料，整体更换磨损的风帽后重浇浇注料；而且在切割磨损的风帽和焊接新风帽时，由于气割和焊接时热量大，容易引起布风板和风帽的热变形，产生焊接应力，无法保证风帽的安装质量，也会使风帽磨损加剧。同时打掉和重浇浇注料也费时费力，还要对炉床的烘干养护，企业成本增加。安装风帽时，焊缝的焊接质量也会对风帽的磨损产生影响。结合检修的实际情况分析后发现:焊缝质量不好，焊肉不饱满光滑，凹凸不平，极易引起物料颗粒对风帽的冲刷撞击，造成风帽磨损；焊缝有裂纹、气孔直接加剧风帽的磨损，而且会产生掉渣、一次风压不稳等故障。因此检修时应尽量做到检修工艺简单，检修费用低廉，检修工期短，而且严格控制检修质量，焊接时需要选用合适的焊材和焊接工艺，将检修对风帽磨损的影响降至最低。

3 处理措施

针对CFB锅炉风帽使用过程中出现的问题，提出如下的处理措施并加以实施，经过先后几次检修，现已基本解决了锅炉风帽磨损、漏渣的问题，提高了风帽的使用寿命。检修时间也大大缩短，检修费用也有所降低。

3.1 优化工艺操作

从风帽在流化床内的磨损机理看出，物料的粒度、风压、风速等对风帽的磨损影响最大，因此严格控制工艺参数、优化工艺操作就显得尤为重要。

（1）严格控制物料粒度

入炉物料粒度过大，固体颗粒对风帽表面的冲刷、撞击就越严重，风帽磨损加剧甚至磨穿；同时引起严重漏渣，流化床不能正常流化。因此需严格物料粒度。细煤粒度要求≤8 mm；石灰石粒度要求≤2 mm；启动床料（砂）粒度要求≤8 mm。

（2）严格控制运行参数，确保锅炉稳定运行

尽量调整锅炉的各工艺运行参数在工艺要求的范围内，如一次风量40 528 Nm3·h-1，风压为14 500 Pa；二次风量为24 317 Nm3·h-1，风压为5850 Pa。一次、二次风量配比控制在45:55，上、下二次风量配比控制在60:40，流化床温度控制在850～900℃，避免各运行参数忽高忽低的变化，使锅炉平稳的运行。

3.2 改进备件质量和备件结构

根据实际检修情况和通过对磨损的风帽和未磨损的风帽对比分析发现，个别风帽的质量无法得到保证，而且原来整体圆柱风帽的结构在检修时费时、费工、费力，材质耐磨性较差，因此需要确保风帽的质量，采用更合理的材料。

（1）对新采购的风帽在入库前进行全部探伤检查，确保每个风帽质量合格。

（2）改进风帽备件的结构，不采用整体式结构，将风帽分解为风管、风筒、顶板零散件后分别购进，检修时根据需要进行更换风筒、风帽，不需要整体更换，省时、省力。

（3）风帽采用新的材料ZG30Cr26Ni3Re。原风帽材料为ZGCr25Ni20Si2，这种材料在高温下有良好的抗氧化性，最高使用温度可达1000～1200℃。但这类钢的强度和硬度偏低，高温力学性能一般；铬镍含量接近，对抗腐蚀不利。在高温含硫环境中，镍和硫易形成低熔点共晶体，会导致合金腐蚀。现使用了一种新型稀土耐热铸钢材料ZG30Cr26Ni3Re，这种材料添加了能脱氧去硫、清除有害杂质并能有效提高热强性的稀土元素，大大提高了其高温使用性能。从实际运行效果看，这种风帽的使用寿命有了较大提高。

（4）增加材料厚度。原风筒、风管材料厚度为4.5 mm，壁太薄不耐磨损，现适量增加其壁厚，改为6.3 mm，从而增加风帽的使用时间，延长风帽的使用寿命。

3.3 改进检修工艺

原来风帽磨损后更换检修工艺比较复杂，需要打掉流化床底部的浇注料，整体更换磨损的风帽后重浇浇注料，还需要烘炉。既浪费时间，又浪费人力和物力，检修效率不高。现在改进检修工艺，使用更换风帽部件的方法，哪个部位磨损，更换哪个部件；直接焊接更换部件，既不需要打掉浇注料，也不需要重浇浇注料。检修工艺既简单，检修费用少，工期短，易损件费用较少，又能提高检修效率。

检修时，焊接必须严格按焊接工艺作业，焊缝焊接前必须打磨至见金属本体光泽；清除焊缝周围的油污、氧化铁以及各种杂质；组对好每一条焊缝后，施焊前对所焊焊缝必须加温至150℃左右，再进行焊接。每一条焊缝施焊完毕，清理焊缝药皮及飞溅物；对焊缝进行保温处理，对焊缝加热至150℃时用石棉绳或石棉将焊缝包上，直至冷却到室温方可撤下保温材料；每一条焊缝的焊角高度按图纸技术要求不得低于风帽管道的管壁厚度，由持有Ⅲ类材质焊工合格证的焊工担任焊接任务；角焊缝施焊完毕对焊缝进行100%PT检测，按JB/T 4730标准Ⅰ级合格。

4 结论

通过从工艺、备件、检修这三方面采取处理措施后，经过先后几次检修，现已基本解决了锅炉风帽磨损、漏渣的问题，提高了风帽的使用寿命。检修时间也大大缩短，检修费用也降低了。

参考文献

[1]岑可法，倪明江.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社，1997.

[2]张全胜.CFB锅炉风帽存在问题及对策[J].发电设备，2009（4）:266-269.

[3]段宏波.SG475 t/h循环流化床锅炉风帽改造[J].江西电力，2006（2）:35-37.