火力燃煤锅炉飞灰磨损及对策

摘 要：摘要针对燃煤锅炉尾部受热面磨损严重的现状，对飞灰磨损机理进行初步研究，分析磨损的机理，并提出相应的预防措施。

关键词：锅炉；飞灰；磨损；对策

目前，发电用煤的分布很不均衡，同时发电用煤多是未经过洗选等加工处理的原煤杂质较多，虽然很多电厂都采取了预防锅炉结渣、积灰的措施，但因设计依据不足导致预防措施针对性和技术水平受到限制，主要是机组用煤的煤质特性数据不足。因此，预防锅炉磨损、提高发电机组的经济运行、降低发电成本有重要作用。

1. 锅炉磨损机理分析

含灰气流以一定速度和角度流过受热面时，具有一定动能的灰粒子，对受热面的每次撞击都会切削掉极微小的金属屑，使管壁逐渐减薄，此过程即为磨损。

磨损按其机理大致分为2种:一种是撞击磨损。撞击磨损是指颗粒垂直撞击固体壁面，使其产生微小的塑性变形或显微裂纹，在长期大量的颗粒反复撞击之下，逐渐使塑性变形层整片脱落而形成的磨损。另一种是冲刷磨损。冲刷磨损是指颗粒切向冲刷固体壁面，切削掉固体壁面金属而形成的磨损。

影响对流受热面的磨损的主要因素是飞灰颗粒的动能。它与飞灰颗粒的质量成正比，并与飞灰颗粒的速度成二次方关系；因此飞灰颗粒越大，速度越高，动能也越大。飞灰颗粒的质量正比于单位时间内冲击到管壁金属表面上的飞灰量。它与烟气中飞灰浓度有关，又与飞灰速度成一次方关系。飞灰颗粒与管壁金属表面发生撞击的可能性系数或飞灰撞击率与飞灰颗粒的大小有关，飞灰颗粒越大，撞击的可能性越大。

通常将上述因素综合考虑，管壁金属表面的磨损量可表示为：

式中：为管壁表面的金属磨损量，；为使用时间，；为颗粒的速度，飞灰颗粒很细，可近似地认为滑移速度为0，取为烟气速度，；为飞灰的撞击率，%；为烟气中飞灰的质量浓度，；为与煤种有关的常数；为与受热面材质有关的常数。

从公式（1）可以看出：

1）对管子的磨损影响最大，起决定因素的是烟气的流速，流速增加一倍，磨损量则增加9倍。因此，正确设计省煤器的形状，尺寸、和结构、控制烟气流速是设计者的首要问题。

2）烟气中灰的颗粒度及灰的浓度，尾部灰颗粒的大小由分离器的分离效率决定。分离效率越高，进入尾部的灰粒子越细，磨损越轻。而灰浓度的大小基本由煤中灰含量决定，均有约60%的灰进入尾部受热面，但是，在进入尾部受热面后，由于尾部受热面结构的不密封，进而导致的局部灰浓度过高，是造成磨损的另一个主要原因。

2.防止磨损的措施

根据以上对飞灰磨损影响因素的分析，可以从选用合理的烟气流速、降低飞灰浓度、消除烟气走廊、采取合理的受热面结构着手来减轻或防止飞灰对省煤器的磨损，主要包括以下几方面：

2.1采用合理的烟气流速，消除烟气走廊

由前面的分析可知，烟气流速对磨损的影响最为严重，磨损量与烟气速度的三次方成正比。因此，在设计时选用合理的烟气流速，对受热面的磨损影响很大。目前国内根据煤的折算灰分含量的不同，对于省煤器中的最大允许烟气速度推荐数

值如表1。

表1最大允许烟气速度

在设备检修时，对易形成烟气走廊部位进行重点检查，发现烟气走廊应及时进行消除。

2.2在经常发生磨损的部位安装防磨装置

在局部烟速较高、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，在省煤器的弯头和直段部分可加装半圆形防磨罩。

2.3受热面管表面喷涂防磨涂料

采用耐高温防磨涂料对易受磨损部位进行喷涂处理。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流通，不会增大烟速，既增大了烟气流通面积、降低烟温，又起到防止管子磨损目的。但在防磨涂料的选择上一定要考虑其涂料的耐热温度、导热系数、耐磨抗蚀性及对受热面管子腐蚀作用，以防止涂料脱落和受热面管子的腐蚀。

2.4对尾部受热面局部烟气流速和飞灰浓度过高的不合理结构进行改进

只有改进尾部结构才是防止受热面管子磨损的关键所在。主要方法有：

（1）在不影响受热总面积的情况下，将错列布置改为顺列布置，可消除灰粒对管子的二次冲刷磨损。错列布置由于气流方向改变，第2排磨损最厉害，S1/d=S2/d=2时，第2排是第1排磨损量的2倍，以后各排磨损量比第1排一般高30%~40%。因顺列管束的绕流作用，灰粒向气流中心集中，减轻了对受热面的磨损。顺列布置第1排与错列布置第1排相同，以后各排由于气流冲击不到，管子磨损较轻。在其它条件相同情况下，顺列管束的最大磨损量比错列管束少3~4倍。

（2）对尾部磨损较为严重的光管省煤器改用膜式省煤器，既降低排烟温度、提高锅炉热效率，又由于管子和膜板的绕流作用，使灰粒向气流中心集中，从而减少磨损和积灰，是既安全又经济的防磨措施。热电厂3号炉低温省煤器原为光管错列布置，管子磨损减薄较为严重，2003年，将低温段光管省煤器全部更换为膜式省煤器，效果较好，运行至今，管壁未出现减薄现象。

2.5提高设备安装、检修质量

（1）在进行设备安装时，严格按设计施工，保证尾部受热面管排设计间隙和相对节距以及外形尺寸的准确，不得随意改动，避免形成烟气走廊和堵塞。认真检查尾部烟道的严密性和漏风情况，若漏风严重，不但降低锅炉热效率，而且烟气流速提高，加剧受热面管子磨损，因此应及时发现并堵漏。

（2）在进行设备检修时，对重点磨损部位进行防磨防爆检查。

（3）对易磨损部位壁厚进行测量和计算，采取相应的预防措施：当尾部受热面管子年磨损速度大于0.1mm时，必须考虑加护板或喷防磨涂料进行保护；当尾部受热面管子年磨损速度大于0.25mm时，就要考虑结构改进，使烟气流速、飞灰浓度降下来；当磨损严重，面积大于50mm2，管子实测壁厚达到理论计算壁厚时，必须换管处理，不能补焊，更不能加护瓦了事。

2.6加强燃煤管理，燃用煤应接近设计煤种且要相对稳定

当锅炉掺烧或改烧灰分高、水分大、热值低、挥发份少的劣质煤时，由于燃用煤偏离设计煤种较大，往往燃烧不良，飞灰浓度和烟气流速会增加很多，必然会造成尾部受热面的磨损加剧，因此要确保燃煤质量，尽可能符合锅炉设计煤种。

2.7加强锅炉的运行管理

首先要调整好燃烧，控制好飞灰可燃物在规定范围内。若锅炉燃烧不良，使飞灰可燃物及飞灰浓度增加，烟气流速加快，必然会加剧尾部受热面的磨损。其次控制煤粉细度在规定经济范围内，若煤粉太粗，燃烧不完全，锅炉不完全燃烧热损失及飞灰浓度增加，也会加剧尾部受热面的磨损。再则应避免高负荷时机组超出力运行，导致烟气流速提高，致使尾部受热面及其他设备均匀磨损和局部磨损加剧，使用寿命缩短。

3.结束语

综上所述，磨损是省煤器泄漏的重要原之一。对锅炉,要做到真正的防磨和减轻磨损，应该从设计、安装、运行、预防和维护、检修等全过程来进行。合理的结构布置和防磨措施、运行控制和维护检修等方面降低受热面的磨损，增长使用寿命，提高锅炉安全可靠性。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。