赵永清
（四川泸天化股份有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］ 四川泸天化股份有限公司生产系统的2台循环流化床（燃煤）锅炉（CFB锅炉）自2004年投运以来，运行周期较短，故障率较高，给化工装置蒸汽的稳定供给造成明显影响。为彻底改变此种被动局面，泸天化自2013以来连续多年组织技术攻关，通过全面、深入的运行故障剖析和系统性机理研究，找准了制约CFB锅炉连续、稳定运行的主要影响因素，之后在料层差压、流化风量、水冷壁管修复、涂层防磨质量等关键方面持续开展研究与优化改进，同时做好锅炉给水水质、燃料粒度、床温、风煤配比等其他重要参数的调控，基本上解决了CFB锅炉低负荷下运行不稳定和高负荷下水冷壁管磨损爆管两大主要停车故障，CFB锅炉连续、稳定运行水平持续提升，最长连续运行时间达317 d，其长周期运行能力达到国内同行业领先水平，起到了为化工装置稳定、长周期运行保驾护航的作用。
［关键词］ 循环流化床锅炉；低负荷运行不稳定；水冷壁管受热面磨损；应对措施；料层控制；临界流化风量；超音速电弧喷涂；改进效果
［中图分类号］ TK229.6+6［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）04-0048-04
0 引 言
四川泸天化股份有限公司（简称泸天化）生产系统有2台循环流化床（燃煤）锅炉（CFB锅炉），型号为YG-130/4.7-M，由济南锅炉厂设计生产，额定蒸发量130 t/h，主汽温度450 ℃，压力4.7 MPa，产汽全部供化工生产系统用。自2004年投运以来，主要存在负荷在50%以下时不能稳定运行以及高负荷下水冷壁管爆管、落渣管堵渣和流化床结焦等故障率较高的问题，2004—2012年期间2台CFB锅炉共停运95次，其中故障停运75次，最长运行周期仅为135 d，CFB锅炉非计划停车次数多，其运行周期与化工装置运行周期契合度低，对公司生产成本和化工产品产量造成较大影响，每年给企业造成的经济损失高达1 000万元以上。因此，找出CFB锅炉长周期运行的影响因素并采取相应的措施非常重要。
1 CFB锅炉主要运行故障剖析
CFB锅炉连续稳定运行受制于工艺及操作水平、设备可靠性等诸多因素。详细梳理其历年来的运行情况发现，虽然给煤机断料、落渣管堵塞等故障时有发生，但真正引发停车事故的主要集中在低负荷下运行不稳定和高负荷下水冷壁管爆管两个方面。
1.1 低负荷下运行不稳定的问题
在原料天然气供应不足或遇化工装置停车、检修、异常工况处理时，CFB锅炉往往需要长时间低负荷运行。此种状态下其操作弹性相当窄，极易造成CFB锅炉工况失控而停运。据燃煤流化床锅炉的特性，系统在低负荷运行时存在流化不均匀、料层吹穿、床温低、燃烧不稳定甚至熄火等风险。为防范低负荷下出现异常工况乃至停车事故，最核心的是保持炉膛内低床温稳定燃烧，而稳定燃烧的前提是保证料层良好的流化状态、稳定的循环灰量、合适的料层差压、稳定的燃料供应和床温，且燃料煤煤质、料层差压、床温、流化风量、循环灰量这些终端因素互相制约、互相影响。因此，只有找准关键可控因素，才能解决好低负荷下稳定运行的问题。经技术攻关、充分剖析和试验验证认为，床温由燃料煤煤质特性决定，循环灰量由锅炉设计的分离效率确定，可控的因素聚焦在料层差压和流化风量两方面。
1.1.1 料层差压
料层差压是表征流化床料层高度的物理量，是反映料层厚度的重要指标。料层差压通过排渣机进行控制，排渣时按照勤放、少放、均匀的原则操作。料层厚度过低，易被吹穿而产生沟流，影响流化状态而易出现局部结渣，同时还会因燃烧不完全造成煤渣含碳量高，增加灰渣热损失；料层厚度过高，会增加风机压头，使物料流化质量下降，底部大颗粒物料沉积，危及安全运行，锅炉热效率下降，且因床层蓄热量多而导致锅炉负荷较高。低负荷运行时，需将料层高度降低，减少蓄热量，同时提高床层可燃物含量比例，以利于床温控制。运行期间，料层差压可通过锅炉冷态/热态空床布风板阻力特性参数、风室压力、料层上部压力予以准确判断；其中，布风板阻力是指布风板上无床料时的空板阻力，由风帽进口端局部阻力、风帽通道局部阻力和风帽出口阻力组成，准确掌握每台CFB锅炉布风板阻力的特性是控制好低负荷下料层厚度的关键。
1.1.2 临界流化风量
CFB锅炉一次风机向其提供流化风，确保床料处于流化状态，同时提供炉膛密相区燃烧所需的氧量，从而使燃料稳定燃烧并避免结焦。合适的料层厚度对流化风量影响较小，但料层过薄易形成沟流，即空气大量从局部穿越料层，其余仍为固定床。冷态临界流化风量是CFB锅炉床层由固定床变为流化床时通过布风板的最低空气量；热态临界流化风量是烟气温度达燃烧床温（900 ℃左右）时通过布风板的最低空气量，由于气体受热膨胀，热态临界流化风量约为冷态临界流化风量的2倍，即热态运行时只需冷态临界流化风量的50%即可使物料达到临界流化状态。实际运行中，CFB锅炉流化风速应不低于1.5～2.0 umf（umf为临界流化风速，由临界流化风量与布风板面积计算而得），即实际运行中的最低流化风量与冷态临界流化风量相当[1]。可见，确定冷态临界流化风量是确保CFB锅炉低负荷下稳定运行的关键，继而才能确保CFB锅炉低负荷运行时的床温平稳控制和含氧量控制。
1.2 水冷壁管受热面磨损甚至爆管的问题
CFB锅炉炉膛下部物料粒径大且浓度高，在物料自身重力、气流向上推动力和物料之间摩擦力的相互作用下，大颗粒物料沿水冷壁管向下流动，对水冷壁管受热面产生摩擦，从而磨损水冷壁管受热面。影响管壁磨损的因素有物料的粒度、浓度、流速以及管壁的耐磨性能。研究表明，管壁的磨损量与烟气流速的3.6次方成正比，与物料浓度成正比。高负荷下，CFB锅炉燃料增加，物料浓度和烟气流速增大，管壁磨损加剧，当管壁局部磨损减薄至不能承受管内汽水混合物压力时就会发生爆管，导致系统紧急停车。因此，防范水冷壁管爆管的核心是提高管壁的耐磨性能。而据多次爆管现象分析，爆管主要是超音速电弧喷涂耐磨层损坏和原始管壁磨损减薄所致。可见，增加管壁厚度和提高喷涂耐磨层质量是保证水冷壁管长周期运行的关键所在。
2 应对措施
更多内容详见《中氮肥》2019年第4期