如何减小燃煤锅炉的飞灰磨损

如何减小燃煤锅炉的飞灰磨损

煤粉锅炉受热面飞灰磨损和机械磨损，是影响锅炉长期安全运行的主要原因。燃用固体燃料的锅炉，在其燃烧过程中都会产生大量灰份，这些灰份部分被携带出燃烧室，随烟气进入对流烟道中，并以一定的速度冲刷烟道的受热面，导致受热面管壁表面急剧磨损，由于强度降低造成管子泄漏。运行中发生严重泄漏时，殃及设备安全运行。特别是在省煤器空预器中，于烟温降低，灰粒硬化，磨损变得更为严重。当灰份颗粒对省煤器受热面中的管壁磨损到一定程度时，会因管壁的强度不够而引起漏泄，严重的可能导致停炉。因此，磨损问题就成为尾部烟道受热面运行中突出的问题。2　飞灰磨损的机理  燃煤锅炉飞灰磨损的机理是携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗料的高速烟气通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会剥离掉极微小的金属，从而逐渐使受热面管壁变薄、烟速越高，灰粒对管壁的撞击力就越大；烟气携带的灰粒越多（飞灰浓度越大），撞击的次数就越多，其结果都将加速受热面的磨损。每次撞击磨损可分为两种形式，即冲击磨损和磨擦磨损.在固态排渣炉中，一般烟气携带的飞灰份额为0.9，当煤中灰份较大（收到基灰份大于30%）和烟气流速较高时，会使受热面遇到严重的磨损。其中以布置在锅炉转弯烟道后的省煤器空预器受热面磨损最为严重。当烟温降低，灰粒硬化，且由于气流转弯处飞灰浓度和速度不均，使局部受热面磨损加剧，长时间受磨损而变薄的管壁，由于强度降低造成管子泄漏。受热面飞灰磨损泄漏、爆管有明显的宏观特征，管壁减薄，外表光滑。运行中发生严重泄漏时，可发现两侧烟温偏差，不及时停炉处理，往往会加大泄漏范围，并殃及其他受热面的安全。 3　影响磨损的因素飞灰颗粒对受热面的磨损是非常复杂的过程，磨损主要是由于飞灰颗粒的机械作用，即由于飞灰颗粒的冲击作用和切削作用而引起的，而其中又以切削作用为主，飞灰磨损速度取决于灰粒成份（主要是SiO2）、灰量、灰粒的动能及飞灰浓度。烟气温度、烟道的漏风量、烟气中的飞灰浓度、飞灰的含碳量、飞灰颗粒的硬度和强度、飞灰的几何形状、沿烟道截面的速度场与飞灰浓度场的不均匀程度，以及管束的几何形状和管材的抗磨性等因素。金属磨损量与烟气流速的三次方成正比。因此，尾部烟道中设计烟速的大小对飞灰磨损率有决定性的影响，要选取合理的烟速。同时应尽量减小速度分布不均匀，避免在省煤器边排管与炉墙之间、省煤器弯头与炉墙之间、再热器与两侧墙之间，存在一个烟气走廊。这个区域由于烟气流动阻力小，局部烟速可增大到平均烟速的两倍，甚至更大，造成这些和所管子磨损严重。     磨损主要有以下几大因素：1、  烟气中飞灰浓度     单位时间内冲击到金属表面上的飞灰颗粒量。它除与烟气中的飞灰浓度有关外，还与飞灰速度的一次方成正比例关系。显而易见，烟气中飞灰浓度越高，对受热面管的磨损越大，烟气的飞灰浓度与管壁表面单位面积磨损量正比，燃用含灰量大的煤必然导致省煤器管磨损加快，省煤器管寿命减少，检修周期缩短。如果煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，更增加了分离器内衬的磨损2、  飞灰磨损性系数     飞灰磨损性系数与煤灰的磨损性及管束的结构特性有关，管束的结构特性与受热面的布置方式、管径、管与管间距等相关，管子的布置方式，如错列，顺列；横向，纵向，斜向节距均对磨损有影响。在错列束中，横向节距s1/d=2.9时，出现各排管子的磨损最大值，合理的S1/d宜大于4。对于同一s1/d，如增加纵向节距s2/d，可使斜向节距s3/d增大，烟气扰动减弱，磨损亦减弱。  3、烟气的流速流动着的飞灰颗粒的动能。它与飞灰颗粒的大小成正比，并和飞灰颗粒的速度的平方成正比例关系。即飞灰颗粒越大，速度越高，动能亦就越大。在燃料种类和烟气冲刷受热面方式相同的情况下，管壁表面单位面积磨损量与烟气流速的三次方成正比，即烟气的流速增加一倍，磨损速度增加七倍。由此可见，烟气流速对受热面的磨损起决定性的作用。在烟气流速较低时,极易造成大量未燃尽的可燃物沉积以及受热面积灰4、灰粒的大小、形状、软硬、灰熔点大小等对磨损均有影响飞灰颗粒与金属管壁表面发生撞击的可能性系数。它与飞灰颗粒尺寸和烟气流速成正比。飞灰颗粒越大，撞击的可能性越大。在磨损中起主要作用的是飞灰中那些大的颗粒；其次，具有足够硬度和锐利棱角的颗粒要比球形颗粒磨损更严重些。灰粒磨损性能主要决定于灰中SiO2的含量，当其含量超过60%时，磨损显著加重。      5、与管子的布置与结构有关                           含灰气流在流动过程中，灰粒速度一般小于烟气流速。在管束四周与烟道的间隙中，即所谓的烟气走廊中，由于阻力较小，烟气加速，灰粒也随之加速。在烟气走廊中烟速随流程逐渐加大，局部烟速可达到平均流速的二倍。       在靠近墙壁的管子弯头部分，由于这些地方缝隙较大，烟速较高而形成严重的局部磨损。当烟气经水平对流烟道转入下行尾部烟道时，由于气流转弯，飞灰被抛向后墙附近，使这里的飞灰度增高，因而靠后墙的管子就会受到更大的磨损。 6、其它因素       除上述因素外，燃料灰分、炉型、燃烧方式、烟道形状、局部飞灰浓度、管径等等对磨损均有影响。燃用高灰分，低发热量的劣质煤，也会发生严重磨损       锅炉运行时，随着锅炉负荷的增加，烟气流速亦相应增加，飞灰磨损亦就加快。对于负压燃烧的锅炉，烟道漏风量增大时，因烟气容积增大流速相应增高，磨损也将加快。锅炉燃烧时，因燃烧不良而使飞灰含碳量增高时，由于焦碳颗粒的硬度比飞灰的硬度高，因此磨损亦会增大。大容量锅炉的过热器、再热器的壁温较高，尤其是左右两侧烟温相差较大时，磨损现象也相当严重。此外，当省煤器受热面发生局部烟道堵塞时，烟气偏流向未堵塞侧烟速提高，造成单侧局部磨损。造成严重飞灰磨损的原因是结构因素，设计、安装与检修的不足都可能导致磨损加剧。位于烟气走廊的省煤器、再热器的弯头，过热器下弯头及管卡附近的边排管和穿墙管部位是飞灰磨损较为严重的部位，特别在省煤器区，烟气温度已较低，灰粒变硬，磨损更为突出。喷燃器、吹灰器和三次风喷嘴附近水冷壁等处也是煤粉磨损较为严重的部位。在安装、运行和检修过程中，如果受热而管子未固定牢或管卡受热变形，管排就会发生振动并与管卡发生碰撞磨损，造成机械磨损而漏泄。    4　防止飞灰对受热面磨损的措施加强运行管理，燃料部门要确保燃煤质量，尽可能符合锅炉设计煤种，为稳定燃烧提供物质基础。燃料煤中灰分含量越高，则烟气中灰分含量越高，而且燃料煤中灰分含量越高，燃料煤相应的发热量越低，发热量越低，必然导致单位时间内燃煤量加大，致使烟气中飞灰浓度进一步增加，磨损速度加剧。所以，我们必从平衡和比较燃料煤费用和降低检修费用和制粉费用方面入手，尽可能选用含灰量低的燃煤，节约生产成本。另一方面尾部烟道内积灰增加，堵住了一部分烟气通道，形成烟气走廊，也加剧受热面的磨损。运行人员应了解近锅炉煤质情况，及时做好锅炉燃烧调整，保证较佳的过量空气系数和减少漏风，以防管子磨损；合理配风和防止炉内气流偏斜，注意控制煤粉细度，控制过量空气系数的升高，降低炉膛出口扭转残余和烟温偏差，减少热偏差，防止炉内火焰偏斜，炉膛出口温度偏高、过热器和再热器的积灰，以避免过热器和再热器金属发生过热。消除风道漏风的影响,风道内的风以极高的流速进入烟道，造成省煤器内局部烟气流速大幅升高，高速的气流带动烟气中的灰粒，切割省煤器管，致使省煤器管迅速减薄而在很短的运行时间内发生爆管事故。加强设备维护制度管理,应建立健全锅炉防磨防爆制度，在锅炉大修、小修中，对受热面磨损、管外腐蚀、胀粗和撕裂等情况做定期、有计划的检查，做到防患于未然，保证锅炉长周期安全运行。保证燃烧完全,火焰均匀充满度好，要加强对锅炉各受热面的吹灰，以有效防止受热面结焦和积灰。应充分重视吹灰器的调试，并提早与锅炉同步投运，机组负荷首次达到50％以上时就应该开始吹灰，尤其是加强对水冷壁的吹灰，及时对锅炉各受热面进行吹灰，可以有效减轻各受热面的结焦和积灰。增强了传热，可以适当减小燃料，降低烟速，减轻磨损，目前主要采用的蒸汽吹灰、声波吹灰及燃气高能脉冲吹灰根据以上对飞灰磨损规律的分析，可以从选用合理的烟气流速、降低飞灰浓度，采取合理的受热面结构和布置着手，防止出现局部的烟气速度增高和局部的飞灰浓缩集中。受热面的磨损总是带有局部性，可采用如下措施。1、采用合理的烟气流速及降低飞灰浓度     烟气流速的提高，在传热温差一定的情况下，可提高对流放热系数，可降低生产成本，由前面已知烟气流速对磨损的影响最为严重，磨损量与速度的三次方成正比。在设计时选用合理的烟气流速，对受热面的磨损影响很大。必须根据我厂的实际情况，认真分析，采用合理的、经济的烟气流速。根据不同的煤种，利用控制风门开度，采取不同的烟气流速2、防烟气走廊的产生防止受热面中产生局部过高的浓度和速度,我们知道烟速对磨损的影响，还应强调的一点是，引起严重磨损的是局部烟气走廊。防止局部烟速提高和局部飞灰浓缩，但要完全避免这种不均性却不太可能。为避免形成局部流速的烟气走廊，应保持受热面的横向节距均匀，防止受热面局部堵灰。受热面管弯头与炉墙之间和管弯头之间的间隙越大，则局部烟速超过平均烟速越多。为此，在保证受热面膨胀间隙的前提下，尽量减小烟气走廊的间隙。另外还必须加装合适的阻流板，以减小局部流速。3、  采用合理的受热面结构与布置       燃用多灰燃料时，采用顺列布置和较大的管径可减轻磨损。对于错列布置的管束，宜使s1/d＞4。采用膜式省煤器，可以较低的烟速得到较高的传热率，对节省金属和减小锅炉尺寸，减轻受热面的磨损和提高锅炉效率有明显效果。   4、  在局部磨损剧烈的部位加装防磨盖板         由于磨损总是带有局部性，所以可以在容易引起磨损的部位，装设各种型式的防磨装置。对于受磨损严重的弯头部分可以加装集中的防磨板，或在省煤器的弯头和直段部分加装半圆形防磨罩。为消除省煤器弯头和炉墙之间的烟气走廊还可装设阻流板。只对部分管段的对流放热系数有所影响，大型锅炉一般采取这种形式。防磨套管一般采用Q235-F等低价位的钢管，磨损后只需更换防磨套管，从而保护了省煤器空预器管。

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