保障CFB锅炉长周期安全运行要切实注意这几个地方的内衬故障
现阶段国内循环流化床锅炉最常使用的耐火耐磨材料一般可分为3类：一是耐火耐磨材料的砖、浇筑料和灰浆;二是耐火保温材料的砖、浇筑料和灰浆;三是耐火耐磨材料的砖、浇筑料、可塑料和灰浆。通常采用的材料搭配方式有：耐火耐磨砖和浇筑料，刚玉砖和浇筑料，磷酸盐砖和浇筑料，硅线石砖和浇筑料，碳化硅砖和浇筑料，最高档的还有氮化硅结合碳化硅等产品。但从目前循环流化床锅炉耐火耐磨材料使用情况来看，效果均不理想。
某电厂4台循环流化床锅炉机组于2007年至2008年年底陆续投入商业运营，锅炉为690t/h无外置床循环流化床锅炉，其配套耐火耐磨材料主要包括钢纤维耐火耐磨浇筑料、耐火耐磨可塑料、耐火浇筑料、耐火保温浇筑料、耐火保温砖、配套各类耐热抓钉及其他保温材料。
常见故障及原因分析
电厂机组投运几年来，4台锅炉先后出现数次因设备结构设计不当、检修施工质量不合格、运行操作不当等原因导致的耐火耐磨材料开裂、脱落及磨损等故障，也直接导致了数起设备故障，但客观上均与耐火耐磨材料本身质量并无直接关系。具体故障主要发生在以下几个部位。
2.1 炉膛密相区
循环流化床锅炉炉膛密相区燃烧温度一般为850～1000℃，流经此处的固体颗粒粗、浓度大，因此根据防磨、防腐蚀和热平衡要求，该部位敷设一定高度的耐火耐磨绝热层，并采用销钉固定，绝热层厚度一般为50～150mm[2]。在锅炉运行过程中，密相区墙体部位耐火耐磨材料存在开裂及剥层脱落现象，各开孔边缘部位耐火耐磨材料脱落后易造成管排裸露，磨损严重，甚至发生爆管泄漏，脱落情况如图1所示。
图1 密相区墙体耐火耐磨材料脱落
分析原因为以下5方面：
一是耐火耐磨材料在基建安装选材时，骨料和粉料的质量裕度不够，未充分考虑机组运行周期增加后耐火耐磨材料使用强度下降的问题，同时施工工艺较差，未增加钢纤维等合适的添加材料;
二是在机组启、停过程中升温和降温速度过快，炉墙表面耐火耐磨材料没有抓钉，由于墙体膨胀或收缩逐渐出现局部薄层脱落现象;
三是耐火耐磨材料基建安装结束后，由于局部厚度不均匀或焊接抓钉过短、过少，使该部位未能达到烘炉效果;
四是锅炉运行操作不当导致局部磨损加剧，使耐火耐磨材料受冲刷磨损而脱落;
五是在锅炉运行中，水冷壁管泄漏后，较低温度汽水混合物急剧冷却墙体耐火耐磨材料，直接造成大面积薄层脱落。
落煤口及落渣口耐火耐磨材料脱落后，水冷壁管排裸露运行，磨损严重且发生爆管泄漏，如图2、图3所示。分析原因为，落煤管正常运行时，由于出口端与耐火耐磨材料结合处设计不合理，该部位耐火耐磨材料在播煤风与煤颗粒共同作用下，受冲刷磨损而脱落，水冷壁管遭磨损;落渣口原设计中落渣管直接与布风板焊死，锅炉运行后焊缝强度逐渐降低，在落渣管自身及管内排渣的共同重力作用下，落渣口出现脱开现象，使该部位耐火耐磨材料在一次流化风作用下逐步被冲刷而脱落，水冷布风板管遭磨损。
图2 落煤口耐火耐磨材料脱落后管排磨损
图3 水冷布风板落渣口脱落
2.2 分离器
分离器在循环流化床锅炉中的主要作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来，其运行温度一般在800℃左右[3]。目前最常用的分离器有高温绝热式分离器和水冷汽冷式分离器。该厂为高温绝热式分离器，旋风筒采用耐火保温砖砌成，进、出口烟道采用轻质保温浇筑料和耐火耐磨浇筑料浇筑。分离器常见耐火耐磨材料故障有：旋风筒上顶耐火耐磨材料局部下沉或脱落(如图4所示);旋风筒筒体耐火保温砖局部磨损脱落;鹰嘴部位耐火耐磨材料部位开裂脱落(如图5所示);进、出口烟道膨胀间隙不当，发生漏灰，进、出口烟道墙体开裂及凸起(如图6所示)。
图4 旋风筒上顶耐火耐磨材料下沉或脱落
分离器出现上述故障的主要原因为：一方面是检修维护过程中施工不到位，造成耐火耐磨材料整体刚性下降，例如该厂在更换旋风分离器中心筒支撑吊板过程中破坏了上顶浇筑料的整体刚性，随着局部捣打料修补量的不断增加，耐火耐磨材料整体强度降低，局部膨胀缝隙增大后，耐火耐磨材料的使用寿命大幅下降;另一方面是局部壳体设计不当，耐火耐磨材料依附强度不足。该厂基建期间曾发生分离器不堪重负，平面拉裂，整体下沉事件，虽然该厂在施工过程中仓促出具方案对上顶进行了加固，但加固后的上平面强度分布不均匀，个别部位多次出现因热变形造成抓钉断裂、浇筑料脱落的现象。此外，耐火耐磨材料固定使用的抓钉规格不当、尺寸过小及数量不足，使抓钉强度不够而断裂，造成耐火耐磨材料整体下沉也是原因之一，如图7所示。
图7 耐火耐磨材料固定抓钉拉断
2.3 返料器
返料器的基本任务是将分离器分离下来的高温固体颗粒稳定地送回压力较高的炉膛燃烧室内，并保证气体反蹿进入分离器的量最小。该设备的可靠性对循环流化床锅炉安全、稳定运行极为重要，因此该部位必须有可靠的耐火耐磨材料起到防磨作用[3]。该部位常见缺陷有耐火耐磨材料开裂、蹿火及局部耐火耐磨材料脱落后烧红壳体(如图8所示);耐火耐磨材料大面积崩塌，使返料停止等。
图8 返料器内壁耐火耐磨材料逐步脱落
返料器出现上述故障的主要原因与分离器基本一样，但区别在于分离器在运行中为负压，返料器在运行中为正压，同样在耐火耐磨材料开裂的情况下，分离器由于外壁有钢板封闭，对其影响不大。但在返料器内，固定颗粒随烟气进入裂缝，不断冲刷磨损管壁，最终掏空耐火耐磨材料，严重时耐火耐磨材料会整体塌落而阻止返料的进行。因此，同一故障在返料器和分离器中的处理措施完全不一样。
2.4 膨胀缝
锅炉膨胀节膨胀缝预留的大小，要满足锅炉运行过程中浇筑料膨胀的需要，浇筑料的膨胀系数约等于钢材的一半，分离器进口烟道膨胀缝如图9所示。膨胀缝预留过小，会造成运行的锅炉内部浇筑料膨胀受限，周边浇筑料销钉断裂，浇筑料坍塌;膨胀缝预留过大，运行时蹿风，膨胀节烧损，同时，锅炉在运行过程中受热面突然发生爆管时，由于炉膛突然升温膨胀，极易造成炉膛短时压力过高，损坏非金属膨胀节。
图9 分离器进口烟道膨胀缝
处理措施及注意事项
3.1 处理措施
(1)耐火耐磨材料内部修补。在不影响其自如膨胀的基础上对运行过程中产生的较大裂纹和脱落部分进行修补，如填充较大裂纹内部时使用钢纤维耐火绳或磷酸铝溶液浸泡后的针刺毯，并加以固定。
(2)由于从内部修补耐火耐磨材料投入的人力、物力较大，浇筑料修补所需的工期较长，同时拆除耐火耐磨材料也存在不同程度的风险，所以在耐火耐磨材料破损面积不大于1m2的情况下，可以从外部进行修补。
(3)在耐火耐磨材料检修施工中，必须严格按照要求对相应耐火耐磨材料进行修补，使用的骨料和粉料应符合质量要求，选择合适的结合剂、添加剂及添加材料，如钢纤维、棉质纤维等，严禁使用过期或受潮耐火耐磨材料。
(4)在耐火耐磨材料修补过程中，如非特殊情况，一般尽量少用高温耐火耐磨修补料，这种材料未必能取得良好效果，在增加检修维护费用的同时还可能损坏原来的基体材料。
(5)耐火耐磨材料施工中所使用的抓钉必须符合材质、规格等要求，很多厂家选用抓钉不当后发生烧断、拉断。对于特殊部位应采用特殊结构、形状的抓钉，以加强耐火耐磨材料的固定强度，如交错布置扁钢、Y形抓钉等。
(6)正对落煤口及落渣口等设备结构存在问题的区域，应从根本上解决设备结构的膨胀问题，如采用防磨板加龟甲网加耐火耐磨材料、机械迷宫密封加耐火耐磨材料等措施，从而彻底解决耐火耐磨材料经常脱落的问题。
3.2 注意事项
(1)浇筑料施工前，首先将销钉涂抹一定厚度(约2mm)的沥青漆，或在销钉端部套以塑料帽，以保证运行过程中销钉在浇筑料内部有一定的膨胀间隙，不会顶掉浇筑料。
(2)浇筑料施工制模时要求每块模板不大于1m2，且膨胀缝要预留成梯形或迷宫形(顺风向预留膨胀缝)，避免留直缝，预留的膨胀缝要呈倒V形，以满足浇筑料在运行中的膨胀需要。
(3)浇筑料修补前要将已脱落的浇筑料尽量拆除干净，直至露出销钉，再涂抹2mm厚沥青漆，自然通风干燥后再进行浇筑施工。
(4)加强锅炉受热面防磨防爆检查力度，将耐火耐磨材料也纳入检查范畴，避免由于耐火耐磨材料磨损脱落造成的受热面管爆管泄漏事故，防止运行中受热面突然爆管，造成浇筑料大面积损伤、脱落、坍塌。
(5)通过采用相对完善的耐火耐磨材料烘炉工艺方案，最大程度使材料具备优良的表面珐琅质和基材硬度、强度，最终有效解决循环流化床锅炉耐火耐磨材料的脱落、炸开、龟裂等问题。
(6)在耐火耐磨材料施工过程中应充分考虑基材抓钉的数量、形状及分布，浇筑过程中必须充分夯实湿料;同时必须保证烘炉前耐火耐磨材料自然干燥且有充分的养护时间，一般不少于8～10d。此外，在施工过程中应注意预留够热工测点，位置要精确，防止耐火浇筑料固化后无法实现测点的优化。
结束语
本文作者：杜佳军(神华亿利能源有限责任公司电厂)
参考资料：
[1]谢清泉，吴志坚，杨福涛.循环流化床锅炉耐火材料的探讨
[2]刘德昌，陈汉平，张世红，等.循环流化床锅炉运行及事故处理
[3]杨建华，王玉召，屈卫东.循环流化床锅炉设备及运行
[4]吕俊复，岳光溪，张建胜，等.循环流化床锅炉运行与检修
[5]蒋敏华，肖平.大型循环流化床锅炉技术