國內循環(huán)流化床鍋爐經歷了容量從小到大、參數由低到高的發(fā)展歷程，在循環(huán)流化床鍋爐的出力和參數跳躍性發(fā)展時，引進技術已經不能支撐超大型、超高參數的發(fā)展，很多結構需要進行相關改進。鍋爐達到超大型和超高參數后，尤其660MW等級高效超超臨界的主蒸汽和主再熱蒸汽溫度達到605℃和623℃,會對管屏帶來新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)技術需要更新。

問題描述

循環(huán)流化床鍋爐采用循環(huán)燃燒，煤進入爐膛后經過高溫物料加熱，與供入爐膛內的空氣混合燃燒，在鍋爐達到高負荷下，流化速度提升，整個爐膛溫度趨于均勻，均為高溫區(qū)，高溫煙氣進入尾部煙道后溫度逐漸降低，所以循環(huán)流化床鍋爐的溫度最高點是整個爐膛。隨著鍋爐負荷降低，沿著爐膛高度方向上溫度逐漸降低，煙氣和工質側溫差逐漸減小，到了尾部煙道溫差更小。超臨界主蒸汽溫度達到571℃,超超臨界主蒸汽溫度達到605℃,再熱蒸汽溫度達到623℃,且爐膛高度更高，煙氣和工質側的溫差進一步縮減，低負荷工質側溫度更難以保證。為了保證低負荷主蒸汽和再熱蒸汽溫度，高參數鍋爐的高溫過熱器和高溫再熱器均布置在爐膛內部。

爐內布置的高溫管屏一般為末級過熱器和末級再熱器，管屏為L型布置，屏底采用散管，屏底橫向穿出水冷壁前墻。為防止爐內循環(huán)物料對橫向管束的沖刷，在高溫管屏底部散管上打銷釘，并敷設耐磨耐火材料。在鍋爐處于300MW的亞臨界等級以下時，散管材質為12Cr1MoVG等合金鋼材質，此處銷釘管出現問題的情況很少。循環(huán)流化床鍋爐出力達到350MW以上，參數達到超臨界以上，此時散管材質提升到不銹鋼，管屏尺寸進一步加大，在鍋爐高負荷時候出現屏底耐磨耐火材料開裂和脫落。耐磨耐火材料脫落后，循環(huán)物料開始直接接觸受熱面管子，對橫向管子的沖刷磨損加劇，嚴重時造成爆管停爐的事故。

原因分析

國內超臨界和超超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術均為自主開發(fā)，主要技術和部件均為全新開發(fā)，高溫管屏對工作條件的要求較低參數鍋爐更為嚴格。屏底耐磨耐火材料出現問題的主要原因來自高等級材質和耐磨耐火材料的膨脹差、超大管屏結構、局部應力集中等方面的問題引起。

1)銷釘管和耐磨耐火材料膨脹差大：鍋爐參數達到超臨界時主蒸汽溫度達到570℃,超超臨界主蒸汽溫度達到605℃和623℃,遠高于亞臨界及以下參數。在如此高溫下，為了防止超溫和干燒等問題，末級高溫過熱器和高溫再熱器管屏的銷釘管均采用不銹鋼材質的銷釘管。入口溫度過高，銷釘管區(qū)域的管子膨脹量增加。相同溫度下的線膨脹系數，不銹鋼是12Cr1MoVG的1.8倍，超(超)臨界參數的管屏入口溫度更高，使管屏的膨脹量增加到常規(guī)爐型的兩倍以上。超(超)臨界參數的CFB鍋爐其鍋爐容量達到350MW和660MW及以上，受熱面尺寸也相應增加，高溫管屏寬度增加，管子受熱面后膨脹量進一步加大。在以上因素疊加的情況下，超(超)臨界參數CFB鍋爐的管屏銷釘管區(qū)域的膨脹率增加，且隨著水平方向的走向逐步遞增。橫向走向的銷釘管外部敷設耐磨耐火澆注料，其硬度高剛性強，但線膨脹系數小，在受熱時其膨脹量很小，直接導致不銹鋼管與耐磨耐火材料出現了較大的膨脹差，在耐磨耐火材料表面出現裂紋，且離水冷壁穿墻越遠裂紋越多。

2)銷釘管受熱不均：高溫過熱器管屏存在同屏管子之間熱負荷偏差分布不均的情況，如不采取措施會出現同屏管子之間出口工質溫度偏差的問題。為了調整同屏偏差，可能采用在銷釘管區(qū)域采用不同管徑的措施來匹配工質流量和熱負荷，達到縮減工質溫度偏差的目的。最外圈的管子因其熱負荷最高、長度最長，是最需要減小阻力的管子，通常銷釘管區(qū)域的最外圈管子要比其他銷釘管更粗。在給管屏敷設相同厚度的耐磨耐火材料時，在外圈管子的耐磨耐火材料更薄，熱阻變小使其壁溫比其他管子高，同時最外圈管子的受熱周長比其他管子大，所以最外圈管子的受熱更強，其軸向和徑向的膨脹量均比其他管子更大，更容易出現耐磨耐火材料裂紋和脫落的情況。

3)屏底直角拐點應力集中：傳統(tǒng)的高溫過熱器和高溫再熱器為L型管屏，屏底拐角位置采用90°彎頭。管屏穿墻位置為一個支點，管屏受到擠壓和拉伸時，以水平管段為力臂，在直角拐點處形成應力集中點，其受力時會把拐角位置澆注料拉裂或擠壓破裂。

解決措施

解決措施的關鍵在于解決銷釘管和耐磨耐火材料的整體膨脹差在局部形成集中的大片脫落或較大裂紋，防止應力集中產生膨脹差造成部分耐磨耐火材料脫落。

1)合理選擇銷釘管材料：因不銹鋼的線膨脹系數大，所以建議把銷釘管材質改為T91材質，其中徑抗氧化溫度能達到630℃,在銷釘管區(qū)域敷設澆注料的情況下，其壁溫增量小，完全可以滿足要求。銷釘管材質改為T91后，其膨脹量僅為不銹鋼的55%,極大的改善了銷釘管與不銹鋼的膨脹差問題，減小了因膨脹使耐磨耐火材料脫落的風險。

2)耐磨耐火材料差異化設計：因調整壁溫偏差的需要，最外圈銷釘管必須加粗時，外圈管的耐磨耐火材料采用差異化設計，進行加厚處理，耐磨耐火材料采用水滴形設計，達到增大熱阻的效果，降低壁溫，同時耐磨耐火材料厚度增加，其剛性也會增加。

3)改良耐磨耐火材料固定方式：常規(guī)耐磨耐火材料固定方式為銷釘固定，在管子出現膨脹時，拉裂澆注料出現脫落。可采用銷釘管和龜甲網結合的形式，在銷釘管和管子外表面涂抹瀝青，管子外表面鋪上龜甲網，龜甲網與部分銷釘點焊連接，再敷設耐磨耐火材料。在鍋爐運行后，瀝青在高溫下分解，在管子、銷釘和耐磨耐火材料之間留下縫隙，可吸收部分膨脹。在耐磨耐火材料出現裂紋時，因龜甲網的存在，耐磨耐火材料不會脫落，仍能保證對管子的防磨效果。另外，可在耐磨耐火材料上預開幾道膨脹縫，防止耐磨耐火材料出現不規(guī)則的裂紋。

4)優(yōu)化屏底結構：為消除傳統(tǒng)屏底拐角的應力集中問題，可將屏底由一個90°拐角改為兩個水平45°的拐角?？s短水平管的力臂，同時兩個拐角同時吸收應力，避免了應力集中使一個點受力過大。

總 結

循環(huán)流化床鍋爐進入350MW和660MW超(超)臨界參數以后，因工質溫度升高、材料等級提升和結構等原因，高溫過熱器和再熱器管屏底部存在耐磨耐火材料碎裂和脫落的風險。采取材質改進、結構優(yōu)化和耐磨耐火材料等針對性改進后，耐磨耐火材料破碎和脫落的問題得到了解決，保證了鍋爐可靠性和安全性。