摘要：本文结合CFB锅炉运行中风帽出现的问题进行简要的分析，并针对我车间3台CFB锅炉提出简要的预防措施。
关键字：风帽 磨损 烧损 漏渣
一、引言
循环流化床锅炉的风帽是燃烧系统中的重要附件。风帽布置在布风板上，其主要作用是将流化床料所需要的风均匀稳定的送入炉膛，保证炉内床料的良好流化，以及保证燃料正常燃烧。由于循环流化床锅炉的燃烧特性，决定了循环流化床锅炉循环流化床（CFB）锅炉风帽的运行环境，即高温高磨损，因此，风帽极易造成损坏。一旦风帽发生损坏，将会直接造成布风不均匀，使得正常的流化状态被破坏，严重时会导致锅炉结焦，同时还会影响锅炉的正常排渣；当风帽脱落时，会形成漏渣，使风室积渣严重，加剧了其他风帽和水冷风室的磨损，严重危及锅炉安全运行。此外，风帽损坏还会导致厂用电率升高，锅炉效率下降，影响锅炉经济运行。所以，风帽的正常与否将直接影响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。
二、现状
目前，应用于循环流化床锅炉的风帽主要有钟罩式风帽、Γ型风帽和箭头式风帽。我车间3台CFB锅炉应用的风帽形式为箭头形风帽。该种风帽由风管和连接在风管上部的喷口管组成，其特征是喷口是有两个组成，且喷口对称布置在主风管两侧，每个喷口与主风管的中心线夹角为45°左右。理论上该类型风帽的设计结构较好的减少了风帽之间的磨损，但从实际运行情况看，风帽的磨损、漏渣等问题依然较为严重。每次停炉检修，需更换的风帽大约在300个左右，由于风帽的造价较高，直接导致停炉检修费用提高。
三、存在的问题及原因分析
1、磨损
运行中，为了保证锅炉床料的正常流化，需要维持一定的流化风量，以保证足够的风帽出口风速，且炉内物料浓度高，因此，风帽的磨损是不可避免的。同时，由于运行中床温相对偏高，导致一次风量偏大，也加剧了风帽的磨损。通常磨损的位置主要发生在风帽的帽头、风帽喷口出口处以及风帽帽头与主风管连接部位。磨损程度如下图所示。
风帽帽头的磨损 主风管的磨损
1）风帽帽头的磨损
该类型的磨损几乎在所有风帽中均存在，其主要表现为风帽帽头表面被磨损减薄，长时间运行将会导致风帽磨损穿孔甚至脱落。产生该类型磨损的主要原因如下：
（1）运行特性
循环流化床锅炉炉内含有高浓度物料，磨损速率主要与物料的浓度、物料颗粒的速度、粒度、硬度等有关。一般物料对管壁的磨损速率与其速度、浓度及粒度的关系为：
式中：E──磨损速率，μm/100h；
W──物料速度，m/s；
D──物料粒度，mm；
U──物料浓度，kg/(m2•s)。
为保证炉内物料的正常流化，一次风就需要较大的动量，动量越大，传递给物料颗粒的动量越大，物料速度越高，对风帽的磨损也越大，磨损越严重。
目前，由于我车间三台CFB锅炉高负荷运行中床温相对较高，这就需要较大的一次风量来尽量维持床温正常，因此，无形中加剧了风帽的磨损，据悉，风量每增加15%，磨损速率增加50%。另，为防止长周期全焦运行，炉内重金属含量超标（全焦运行时），锅炉需要定期掺烧贫煤，煤的颗粒大，灰份较高，也使得风帽的磨损加剧。通常我车间主要是针对每台锅炉的#2或#3焦仓上煤，因此，磨损较严重的风帽区域主要集中在#2、#3给煤机下料口处。入冬后，由于石油焦的湿度相对较大，易发生给煤机堵煤事故，这就要求较高的二次风压力，给煤机的播煤风由二次风提供，当二次风压力提高时，煤粒入炉的初速度提高，会对下煤口附近的风帽冲刷加剧，磨损加剧。由于以上几种原因，每次停炉后，对风帽进行检查发现，靠近给煤口附近的风帽磨损较为严重。
（2）高温环境
我车间3台CFB锅炉高负荷运行时，平均床温在900℃左右，严重时床上最高温度可达960℃。停炉检修对风帽进行检查，发现部分风帽帽头表面有一层氧化皮（高温氧化所致），这层氧化皮较脆，轻敲后即可脱落，运行中这层氧化皮会在高浓度物料的冲刷下逐渐脱落，氧化皮所覆盖的金属会暴露在高温有氧的条件下，经过一段时间后新的金属会逐渐发生氧化并再次脱落，这样风帽帽头的厚度就会逐渐减薄。另外，风帽在高温条件下运行时，其自身的耐磨强度也会有所下降，这也是风帽磨损的主要原因之一。
（3）硫腐蚀
我车间锅炉燃用燃料主要为高硫石油焦，由于燃料中含硫量较高，风帽在高温含硫的条件下，也会受到一定程度的硫腐蚀作用。
2）风帽喷口的磨损
风帽喷口磨损机理
运行中，风帽喷口的磨损除高温和硫腐蚀外，还存在其他形式的磨损。当两个相邻的风帽相互作用，风帽喷口中会进入少量的物料，物料会在风帽中循环运动，从而逐渐对喷口产生磨损。如上图所示，当左侧的风帽由于布风不均匀，风帽小孔出口气速较低，相邻的右侧风帽出口气速较高，处在两风帽之间的物料颗粒，会有一部分颗粒进入出口气速较低的风帽中，且会在气流的作用下在风帽内运动，并由另一个喷口排出，这样物料颗粒就会在风速较弱侧的风帽内循环流动，使风帽喷口磨损严重。
3）风帽主气管的磨损
停炉检修时，对风帽进行检查，发现部分风帽的主气管有减薄甚至穿孔的现象。发生此现象的区域主要发生在4台给煤机的给煤口处，一方面是由于二次风的作用下，使得煤粒具有一定的动量，造成了对风帽主气管的直接冲刷磨损；另一方面，风帽的喷口为斜向下吹风，相邻近的风帽之间气流相互作用，会在风帽帽头与主风管连接部位产生局部的涡流；运行中炉内床料颗粒（在各风帽喷口处）在各风帽的作用下，会高速冲向布风板，并发生反弹，当遇到风帽后，部分颗粒会对风帽的帽头与主风管的连接凸起部位产生冲击，在两者的共同作用下，风帽主气管磨损减薄严重甚至会发生穿孔。
2、烧毁
运行中风帽烧毁会直接导致布风板漏渣，加剧风帽和水冷风室水冷壁的磨损，此外，还会破坏床料的正常流化，影响锅炉稳定运行，降低锅炉效率。
停炉后对风帽进行检查，发现个别风帽被烧毁。通常发生风帽烧毁的原因有以下几点：
1）布风板布风不均匀，炉内流化工况不良，导致局部床温超标，风帽长期在超温条件下运行，风帽本身材质被严重氧化，使得风帽自身强度远低于设计强度，直接导致风帽损坏或脱落。
2）运行中大颗粒堵塞风帽喷口，风帽通风不良，无法得到足够的冷却，使风帽长期过热，最终直接导致风帽烧损。
3）风帽自身材质不合格。
3、漏渣
大量的灰渣(床料)直接经过风帽或风帽损坏、脱落后漏至水冷风室及管燃器内。大量的床料会堵塞一次风通道，对锅炉正常运行危害极大；漏渣还会在一次风的扰动下，对水冷风室内衬造成严重磨损，细小颗粒随一次风进入风帽会使其内壁受到磨损，严重威胁锅炉安全运行。
引起漏渣的主要原因有：
1) 两个相邻的风帽相互作用，风帽喷口中会进入少量的物料，物料会在风帽中循环运动，稍大的颗粒无法被一次风从风帽中带走，会直接通过风帽进入水冷风室，产生漏渣。
2）低负荷运行时，由于一次风量降低，风帽出口气速降低，无法托住床料，在上述作用下，进入风帽的物料颗粒增多，漏渣量增大；若运行中床压过高也会导致风帽漏渣量增大。
3）运行中，由各种原因引起的风帽损坏、脱落，导致的布风板漏渣。
以上为我车间运行中风帽出现的几种主要问题，另外，风帽的焊接质量和安装精度也是风帽损坏的主要原因。
四、预防措施
为降低布风板风帽出现问题的几率，本文提出以下几点建议：
1.高负荷时，合理调整一二次风配比，降低床温，并尽量将一次风量控制在较低值，在保证正常稳定流化的前提下，降低风帽出口气速，降低风帽的磨损速率。
2.保证燃料的干燥程度。燃料干燥，可以适当降低二次风压力，在条件允许时，可以适当关小播煤风门和给煤机密封风门，降低入炉燃料颗粒的初速度，减轻由燃料冲刷引起的风帽磨损。
3.低负荷时，保证足够的流化风量，防止因一次风量过低而导致风帽漏渣。
4.每次停炉检修时，应对风帽进行疏通检查，保证检修质量。
5.提高风帽的焊接质量和安装精度。
循环流化床锅炉布风装置的稳定运行是相当关键的，而风帽的正常与否将直接决定锅炉布风装置运行状态，因此，应对风帽的状态给予足够的关注，这样才能保证锅炉长周期稳定运行。
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5. 岑可法等著．循环流化床锅炉的理论、设计及运行．北京：中国电力出版社，1998．
论文作者:董雷
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：风帽论文; 磨损论文; 锅炉论文; 物料论文; 风管论文; 流化床论文; 颗粒论文; 《电力设备》2018年第19期论文;