2209t/h燃煤锅炉尾部受热面飞灰磨损及预防途径的探讨

<div align="center">郑福国&nbsp;&nbsp; 王维海</div><div align="center">（华能德州电厂, 山东　德州　253024)</div><div>摘要：燃煤锅炉尾部受热面飞灰磨损是火力发电厂普遍存在的问题，研究分析其磨损机理，掌握尾部受热面飞灰磨损的规律，制定相应的防范措施，对减轻磨损、避免锅炉泄漏爆管事故，延长锅炉使用寿命具有重要意义。</div><div>关键词：锅炉；尾部受热面；飞灰磨损</div><div>0&nbsp; 前言</div><div>燃煤锅炉的烟气中含有大量的飞灰颗粒，流动时对锅炉尾部受热面管束产生冲刷，使管壁表面受到不同程度的磨损，从而对电站锅炉的运行可靠性、安全性和经济性构成威胁。在燃煤锅炉运行中，因尾部受热面发生磨损泄漏造成的停炉事故占相当大的比例。锅炉制造厂设计时一般考虑尾部受热面工作寿命为100kh, 而许多锅炉在实际运行5～20kh后,部分受热面就发生严重的磨损，发生泄漏或爆管事故。锅炉尾部受热面磨损爆管势必造成停炉检修,电厂由此而受到巨大的经济损失，因此, 探索含灰气流对锅炉尾部受热面的冲击磨损机理,提出有效的防磨措施, 对锅炉的安全经济运行具有重要意义。</div><div>1&nbsp; 磨损机理</div><div>烟气流过受热面时，其中的飞灰颗粒对受热面管壁将产生冲蚀。当灰粒相对管壁表面的冲击角较小，甚至接近平行时，灰粒主要对管壁产生冲刷磨损。此时灰粒垂直于管壁表面的分力使它楔入被冲击的管壁，而灰粒与管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑动，两个分力合成的结果对管壁表面起到切削作用，使管壁表面金属颗粒脱离母体而流失。在大量飞灰长期反复切削作用下，管壁表面将产生磨损。当灰粒相对管壁表面的冲击角度较大，或接近于垂直时，灰粒主要对管壁产生撞击磨损。飞灰颗粒以一定运动速度撞击管壁表面，使管壁表面产生微小塑性变形或显微裂纹，在大量灰粒长期反复撞击下，逐渐使塑性变形层脱落而产生磨损。一般在锅炉受热面的磨损过程中，飞灰对受热面的冲击角度范围为0～90&ordm;，因此锅炉尾部受热面的飞灰磨损是冲刷磨损与撞击磨损的综合作用结果。</div><div>飞灰磨损的速度主要取决于灰粒的烟气流速（动能）、飞灰浓度、灰粒成份、灰量等等。 根据英国发电中心委员会的研究结果，锅炉尾部受热面磨损速度可用下列公式估算：磨损率（nm/year）＝57.2*磨损系数*（％灰份/％含碳量）*流速^3.3/烟气温度K。</div><div>2&nbsp; 华能德州电厂2209t/h锅炉尾部受热面易受磨损部位磨损原因分析</div><div><img alt="" src="http://www.dcsb.cn/myedit/UploadFile/2006101313025310.JPG" border="0" style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; BORDER-TOP-COLOR: #000000; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000;"/></div><div></div><div>图1&nbsp; 华能德州电厂2209t/hГ型锅炉受热面简图</div><div>华能德州电厂2209t/h Г型（又称无水平烟道的П型）亚临界自然循环锅炉，为对冲燃烧方式，设计燃用煤种为山西晋中贫煤，受热面布置如图1所示。在投产后三年的运行中，图中A、B、C区域产生了较严重的飞灰磨损：A.烟井后部低温过热器出口联箱水平段靠近左、右侧包覆过热器处；B.隔墙省煤器下集箱靠近水平低温过热器弯头处；C. 隔墙省煤器下集箱靠近低温再热器入口水平段弯头处。</div><div>A区域尤其是低温过热器靠近烟井左后角部分磨损最为严重，其原因是：①如图2（a）所示，当烟气由炉膛转向进入下行尾部烟道时，由于气流转弯时离心力的作用，飞灰被抛向烟道后墙附近，使这部分受热面周围飞灰粒子浓度增大，单位体积的烟气含灰量大，此时飞灰对受热面的磨损就大；②如图2（b）所示，低温过热器管束与烟井后墙存在间隙，形成烟气走廊，研究表明，烟气走廊进口处烟速大于截面平均烟速，而且沿烟气走廊烟气流速不断增加，在烟气走廊末端，烟速可加速至走廊入口烟速的1.5－2倍以上（见参考文献1），而飞灰磨损量随烟速的3.3 次方剧增，因此，烟气走廊处尤其是末端管壁的磨损远大于其他部位；③靠近烟井左后角处管壁比靠近右后角处管壁磨损严重，原因是该炉再热汽温为烟气挡板调节方式，由于燃烧不均致炉左侧再热汽温偏高，左侧再热烟气挡板长期维持最低开度，同侧过热烟气挡板全开，导致烟气过多的流经左侧过热器（烟井左后角），使A处靠烟井左后角部分管壁磨损严重。</div><div>B、C区域虽然属于不同类型的受热面，但都位于隔墙省煤器垂直段下部附近，其磨损的原因也是相同的：①B区位于隔墙省煤器与低温过热器间形成的烟气走廊后部，C区位于隔墙省煤器与低温再热器间形成的烟气走廊后部，因此烟气走廊的烟气加速作用使这些区域磨损较重；②如图2（c）所示，B、C区域下方的省煤器水平段对烟气具有导流作用，使烟气走廊的高速灰粒转向，撞击在低过、低再水平弯头上，造成磨损。</div><div><img alt="" src="http://www.dcsb.cn/myedit/UploadFile/2006101313132938.JPG" border="0" style="BORDER-LEFT-COLOR: #000000; FILTER: ; BORDER-BOTTOM-COLOR: #000000; BORDER-TOP-COLOR: #000000; BORDER-RIGHT-COLOR: #000000;"/></div><div></div><div>图2&nbsp; 易磨损部位磨损原因示意图</div><div>另外，尾部受热面各蛇形管排的弯头、边排管及联箱、穿墙管等部位，由于所在位置与周围均留有间隙，易产生烟气走廊；部分联箱由于体积相对较大，对烟气的导流作用会使附近烟速、浓度突增，并且联箱处焊口较多，焊接时易留下缺陷；管束、支架穿墙部位保温耐火材料易脱落，漏风会改变烟气流动方向。所以这些部位往往会造成烟气流场不均匀或产生较大的热应力而发生磨损泄漏的危险。</div><div>3 预防锅炉磨损泄漏的措施</div><div>由于锅炉尾部受热面的磨损是多方面因素综合作用的结果，只有找到主要原因，通过消除发生磨损的根源或采取抑制措施，来降低磨损速度。</div><div>1）利用停炉机会对重点磨损部位进行防磨防爆检查。对于易发生磨损的部位如尾部烟井后墙左右墙角区域、烟气走廊处、蛇形管排的弯头、固定卡子、管排交叉部位重点检查，对于脱落在管排间的支吊架、卡子、耐火砖等异物及时清除，防止这些异物对烟气产生导流作用而发生烟速局部变化，加快局部管束的冲刷。</div><div>2）为消除局部烟速过高产生的磨损，可加装烟气均流挡板，使烟气均匀流过受热面管子，消除烟气走廊。在不影响受热总面积情况下将错列布置管排改成顺列布置，利用顺列管束的绕流作用消除灰粒对后列管束的冲刷。</div><div>3）采用耐高温防磨涂料对易受磨损部位进行喷涂。喷涂层与管子粘贴力强，传热性好，致密耐磨，相比传统的防磨盖板或防磨罩而言，防磨涂层不妨碍烟气通流，不会增大烟速，又能有效提高受热面防磨能力。</div><div>4）加强燃煤及运行管理。燃用煤种应接近设计煤种，且要相对稳定。若迫不得以改烧灰分高、水分大、热值低、挥发份少的劣质煤时，运行应适当提高煤粉细度，并且严禁锅炉超出力运行。再热汽温靠烟气挡板调节的锅炉，运行调整应尽量使两侧烟气挡板开度均衡，避免两侧烟气流通量存在较大偏差，产生不均匀磨损。</div><div>5) 提高设备检修维护水平。应严格控制锅炉尾部烟道的严密性，若负压燃烧室锅炉漏风严重，不但锅炉效率降低，而且使烟气流速提高，加剧受热面管子磨损，因此应及时发现并堵漏，并在运行中控制好炉膛负压，提高炉墙的保温密封质量。</div><div>4 结束语</div><div>由于锅炉尾部受热面的飞灰磨损是一个错综复杂的技术问题，影响的因素很多，要想解决好这些问题，还需要做大量的科学试验和实践论证，进一步探讨其磨损机理，研究防磨措施，以进一步提高尾部受热面的使用寿命，达到锅炉长期安全稳定运行的目的。</div><div>参考文献：</div><div>1.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 邓剑华、池作和等.锅炉烟气走廊形成原因及消除措施.广西电力技术.2002.1.P30-321　</div><div>作者简介</div><div>郑福国，(1976-),男，汉族，工程师，1999年毕业于华北电力大学（保定），现从事大型火电机组生产运行工作。</div>王维海，（1966—），男，汉族，高级工程师，现从事大型火电机组生产管理工作。