浅谈省煤器的磨损

摘要:省煤器是锅炉本体中重要的热交换设备,是衡量锅炉热效率的主要换热设备。本文通过对锅炉中省煤器的主要失效模式--磨损的分析,阐述省煤器磨损的产生原因及特点,并提出减少磨损的方法、措施。

关键词:锅炉 省煤器 磨损

省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换器,其主要作用是降低排烟温度,提高锅炉效率,节省燃料,并充当部分加热受热面或蒸发受热面。从省煤器的失效模式来看,磨损和腐蚀是省煤器常见的故障。而省煤器受热面管子因磨损而发生损坏是省煤器最常见的故障,就锅炉各受热面的磨损来看,省煤器受热面的磨损也是最严重的。

1、省煤器磨损的特点及原因

对省煤器管子磨损实际情况进行分析得出:烟气携带的灰粒对受热面管子的磨损与灰粒和被冲击面之间的夹角有关;当烟气流均匀地横向正面冲刷省煤器管子时,由于迎烟气侧管壁圆弧形,灰粒与冲击面之间的夹角各点是不相同的。因此,省煤器迎烟气流的第一排管子上的磨损是不均匀的,而是集中于两个对称点与正前方约成30°～40°的角度。对错列布置的省煤器管子,以后各排管子的磨损集中于25°～30°的对称点,而且最大磨损发生在第二排的管子上;对顺列布置的省煤器管子,以后各排管子的磨损则集中于60°的对称点,最大磨损则发生在第五排及以后各派的管子上。一般每级省煤器或每管组省煤器顶排（顺排）或前两排（错排）装有防磨护板,对于整个省煤器管排而言,第一排未加护板的管子往往磨损较严重。

省煤器受热面管子的磨损过程相当复杂,但影响磨损的主要因素是:

(1)烟气流中灰粒的动能,它和烟气流速的平方成正比。

(2)单位时间内冲击到管子表面的灰粒量,它除了与灰粒浓度有关外,还与烟气流速成比例。

(3)灰粒的颗粒特性,粒径大的灰粒含量愈多,磨损的程度加剧。

(4)灰粒的磨削性能,灰粒的磨削性能越强,磨损愈严重。

(5)烟气的灰粒的均匀性,当烟气和灰粒分布不均匀时,可能造成局部受热面管子严重磨损。

(6)省煤器的结构和布置。

烟气流速过高是造成省煤器严重磨损的首要原因。受热金属表面的磨损正比灰粒子的动能和撞击次数,飞灰粒子的动能同速度的平方成正比,而撞击次数同速度的一次方成正比,这样管子的磨损量就同烟气流速成三次方成正比。

烟气流速过高有两种情况:一种是由于设计的原因或省煤器前漏风量过大使整个省煤器流动截面的烟气流速过高;另一种则是存在烟气走廊。由于在布置对流受热面时,考虑到管束受热膨胀等问题,省煤器蛇形管弯头与炉墙之间留有几十毫米的间隙,此间隙称为烟气走廊。运行实践表明,不仅在烟气走廊进口处烟气流速大于烟道截面上的平均烟速,在烟道走廊内,烟气流速也在不断增加,使管子弯头处磨损加剧。如省煤器靠前后墙处或弯头处局部烟气流速过高,两者特别是局部烟气流速过高危害性极大。因为有时局部烟气流速比平均流速大3～4倍,这样磨损就要大几十倍,使管子很快被摸损坏。

烟气灰粒浓度大,也会引起严重的磨损。烟气灰粒浓度大也有两种情况,一种是由于燃烧的煤种灰分大,使烟气含灰粒多,另一种则是烟气流动方式或存在烟气走廊使局部烟气含灰粒浓度增大,靠近后墙处烟气进入尾部竖井烟道时转90°弯,由于受离心力作用烟气含灰粒浓度局部增加,而且大灰粒含量增加,因而往往造成局部的严重磨损。锅炉燃烧偏斜,也可能造成局部烟气含灰粒浓度大和局部烟气流速过高。

灰粒的粒径分布对省煤器管子的磨损也有一定影响,因此,当煤粉细度变粗或煤粉细度不均匀性恶化时,会使省煤器磨损加剧。

灰粒的磨削性能对管子的磨损影响很大。一般来讲,灰粒中含硅量达,灰粒多为菱形则其磨削性强,若无有效的措施,省煤器管子的磨损会十分严重。

2、省煤器磨损的的预防

(1)降低烟气含灰粒浓度:灰粒浓度首先取决于燃料中的灰分。我国动力燃料以煤为主,而且尽可能燃用劣质煤。因此,锅炉燃用的煤一般质量很差,固有灰分大,这是无法改变的,但是,燃烧方法对灰粒浓度有很大影响,例如液态排渣炉,尤其是旋风炉可使烟气含灰粒浓度大大降低,并且液态排渣炉的烟气灰粒粒径较小,磨损性要小得多。在燃用高灰分,灰粒磨削性能强的煤种时,采用液态排渣炉可减轻甚至防止灰粒磨损,是可取的。

(2)根据煤种的含灰量合理选择烟气的流速,灰粒的速度约等于烟气流速,因此,合理选择烟气流速是减轻省煤器磨损的重要措施。为避免过大的磨损,最主要的是正确选取烟气流速,同时也应减小速度不均和飞灰浓度不均。适当提高烟速可以改善传热效果,但将增大通风阻力和飞灰磨损。锅炉设计中,对横向冲刷管束额定负荷下的烟速不应低于6m/s。省煤器中烟速不宜超过9m/s。否则会加速对管壁的磨损。按设计要求,烟气流速是一定的,实际运行中要改变烟气流速来减轻磨损,需要采取一些防护措施。

(3)防止局部烟气流速和灰粒浓度大。要完全避免局部烟气流速和灰粒浓度大是困难的,但是从结构设计和运行调整采取以下措施可以有一定效果:省煤器受热面管子横向节距布置均匀。管子与炉墙之间的间隙,弯头与炉墙之间的膨胀间隙均不宜过大,以消除烟气走廊。大型锅炉采用Π型布置或塔型布置。使烟气折向时部分大粒径灰粒分离出来掉落在下部灰斗中或使烟气不折向,防止局部烟气灰粒浓度增大。、调整燃烧,防止火焰偏斜。保持煤粉细度并保持煤粉细度的均匀。

采取有效的防磨措施:对省煤器管子磨损严重处可焊上钢条来进行防磨,在实际运行中起到了良好的效果。同时这种防磨方法用钢材少,对传热影响也小并能有效防磨;对磨损严重的省煤器管段或弯头处可采用加装防磨罩来减轻磨损。防磨罩的作用之一为可避免被保护的省煤器管段与烟气中的灰粒直接接触,作用之二可减少省煤器管弯头与护墙之间间隙中的烟速以减轻该处的管段磨损;局部采用厚壁管或管子外表面层涂以防磨涂料。

3、结语

省煤器的磨损是造成省煤器泄露的主要原因,是省煤器失效的主要模式之一,对锅炉的安全运行、提高锅炉效率及节省燃料均起到决定性作用。怎样减少省煤器的磨损,涉及到设计、安装、运行等诸多方面,还需要更多的摸索和研究。

参考文献

[1]《电站锅炉检验》.2004.

[2]林宗虎,徐通模.《实用锅炉手册》.2003.