国内循环流化床锅炉经历了容量从小到大、参数由低到高的发展历程，在循环流化床锅炉的出力和参数跳跃性发展时，引进技术已经不能支撑超大型、超高参数的发展，很多结构需要进行相关改进。锅炉达到超大型和超高参数后，尤其660MW等级高效超超临界的主蒸汽和主再热蒸汽温度达到605℃和623℃,会对管屏带来新的挑战，传统技术需要更新。

问题描述

循环流化床锅炉采用循环燃烧，煤进入炉膛后经过高温物料加热，与供入炉膛内的空气混合燃烧，在锅炉达到高负荷下，流化速度提升，整个炉膛温度趋于均匀，均为高温区，高温烟气进入尾部烟道后温度逐渐降低，所以循环流化床锅炉的温度最高点是整个炉膛。随着锅炉负荷降低，沿着炉膛高度方向上温度逐渐降低，烟气和工质侧温差逐渐减小，到了尾部烟道温差更小。超临界主蒸汽温度达到571℃,超超临界主蒸汽温度达到605℃,再热蒸汽温度达到623℃,且炉膛高度更高，烟气和工质侧的温差进一步缩减，低负荷工质侧温度更难以保证。为了保证低负荷主蒸汽和再热蒸汽温度，高参数锅炉的高温过热器和高温再热器均布置在炉膛内部。

炉内布置的高温管屏一般为末级过热器和末级再热器，管屏为L型布置，屏底采用散管，屏底横向穿出水冷壁前墙。为防止炉内循环物料对横向管束的冲刷，在高温管屏底部散管上打销钉，并敷设耐磨耐火材料。在锅炉处于300MW的亚临界等级以下时，散管材质为12Cr1MoVG等合金钢材质，此处销钉管出现问题的情况很少。循环流化床锅炉出力达到350MW以上，参数达到超临界以上，此时散管材质提升到不锈钢，管屏尺寸进一步加大，在锅炉高负荷时候出现屏底耐磨耐火材料开裂和脱落。耐磨耐火材料脱落后，循环物料开始直接接触受热面管子，对横向管子的冲刷磨损加剧，严重时造成爆管停炉的事故。

原因分析

国内超临界和超超临界循环流化床锅炉技术均为自主开发，主要技术和部件均为全新开发，高温管屏对工作条件的要求较低参数锅炉更为严格。屏底耐磨耐火材料出现问题的主要原因来自高等级材质和耐磨耐火材料的膨胀差、超大管屏结构、局部应力集中等方面的问题引起。

1)销钉管和耐磨耐火材料膨胀差大：锅炉参数达到超临界时主蒸汽温度达到570℃,超超临界主蒸汽温度达到605℃和623℃,远高于亚临界及以下参数。在如此高温下，为了防止超温和干烧等问题，末级高温过热器和高温再热器管屏的销钉管均采用不锈钢材质的销钉管。入口温度过高，销钉管区域的管子膨胀量增加。相同温度下的线膨胀系数，不锈钢是12Cr1MoVG的1.8倍，超(超)临界参数的管屏入口温度更高，使管屏的膨胀量增加到常规炉型的两倍以上。超(超)临界参数的CFB锅炉其锅炉容量达到350MW和660MW及以上，受热面尺寸也相应增加，高温管屏宽度增加，管子受热面后膨胀量进一步加大。在以上因素叠加的情况下，超(超)临界参数CFB锅炉的管屏销钉管区域的膨胀率增加，且随着水平方向的走向逐步递增。横向走向的销钉管外部敷设耐磨耐火浇注料，其硬度高刚性强，但线膨胀系数小，在受热时其膨胀量很小，直接导致不锈钢管与耐磨耐火材料出现了较大的膨胀差，在耐磨耐火材料表面出现裂纹，且离水冷壁穿墙越远裂纹越多。

2)销钉管受热不均：高温过热器管屏存在同屏管子之间热负荷偏差分布不均的情况，如不采取措施会出现同屏管子之间出口工质温度偏差的问题。为了调整同屏偏差，可能采用在销钉管区域采用不同管径的措施来匹配工质流量和热负荷，达到缩减工质温度偏差的目的。最外圈的管子因其热负荷最高、长度最长，是最需要减小阻力的管子，通常销钉管区域的最外圈管子要比其他销钉管更粗。在给管屏敷设相同厚度的耐磨耐火材料时，在外圈管子的耐磨耐火材料更薄，热阻变小使其壁温比其他管子高，同时最外圈管子的受热周长比其他管子大，所以最外圈管子的受热更强，其轴向和径向的膨胀量均比其他管子更大，更容易出现耐磨耐火材料裂纹和脱落的情况。

3)屏底直角拐点应力集中：传统的高温过热器和高温再热器为L型管屏，屏底拐角位置采用90°弯头。管屏穿墙位置为一个支点，管屏受到挤压和拉伸时，以水平管段为力臂，在直角拐点处形成应力集中点，其受力时会把拐角位置浇注料拉裂或挤压破裂。

解决措施

解决措施的关键在于解决销钉管和耐磨耐火材料的整体膨胀差在局部形成集中的大片脱落或较大裂纹，防止应力集中产生膨胀差造成部分耐磨耐火材料脱落。

1)合理选择销钉管材料：因不锈钢的线膨胀系数大，所以建议把销钉管材质改为T91材质，其中径抗氧化温度能达到630℃,在销钉管区域敷设浇注料的情况下，其壁温增量小，完全可以满足要求。销钉管材质改为T91后，其膨胀量仅为不锈钢的55%,极大的改善了销钉管与不锈钢的膨胀差问题，减小了因膨胀使耐磨耐火材料脱落的风险。

2)耐磨耐火材料差异化设计：因调整壁温偏差的需要，最外圈销钉管必须加粗时，外圈管的耐磨耐火材料采用差异化设计，进行加厚处理，耐磨耐火材料采用水滴形设计，达到增大热阻的效果，降低壁温，同时耐磨耐火材料厚度增加，其刚性也会增加。

3)改良耐磨耐火材料固定方式：常规耐磨耐火材料固定方式为销钉固定，在管子出现膨胀时，拉裂浇注料出现脱落。可采用销钉管和龟甲网结合的形式，在销钉管和管子外表面涂抹沥青，管子外表面铺上龟甲网，龟甲网与部分销钉点焊连接，再敷设耐磨耐火材料。在锅炉运行后，沥青在高温下分解，在管子、销钉和耐磨耐火材料之间留下缝隙，可吸收部分膨胀。在耐磨耐火材料出现裂纹时，因龟甲网的存在，耐磨耐火材料不会脱落，仍能保证对管子的防磨效果。另外，可在耐磨耐火材料上预开几道膨胀缝，防止耐磨耐火材料出现不规则的裂纹。

4)优化屏底结构：为消除传统屏底拐角的应力集中问题，可将屏底由一个90°拐角改为两个水平45°的拐角。缩短水平管的力臂，同时两个拐角同时吸收应力，避免了应力集中使一个点受力过大。

总 结

循环流化床锅炉进入350MW和660MW超(超)临界参数以后，因工质温度升高、材料等级提升和结构等原因，高温过热器和再热器管屏底部存在耐磨耐火材料碎裂和脱落的风险。采取材质改进、结构优化和耐磨耐火材料等针对性改进后，耐磨耐火材料破碎和脱落的问题得到了解决，保证了锅炉可靠性和安全性。