燃煤锅炉飞灰磨损因素及其预防策略

黄亮

关键词：飞灰磨损原因分析防止措施

燃煤锅炉受热面，由于内部是高温高压、超高压的工质一汽、水在流动，使其承受很大的工作压力和各种温差应力；外部是带有固体颗粒或腐蚀成分的高温烟气在冲刷磨损，其工作环境较为恶劣，导致设备健康状况日趋恶化。特别是燃烧灰分大的燃煤锅炉，其尾部受热面处烟气温度比较低，烟气中灰粒相对较硬，发生磨损尤为突出。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。

一、燃煤锅炉的飞灰磨损因素

飞灰气流横向冲刷省煤器管壁表面而产生的磨损过程是一种非常复杂的物理过程，就磨损最严重的区域看，磨损是因灰颗粒的冲击与切削作用引起的，尤以后者为主。省煤器的飞灰磨损程度决定于烟气流速、烟气温度等因素。

1、烟气流速。飞灰浓度一定的烟气，烟气流速增大时，飞灰颗粒对管壁的撞击力、冲刷力加大，磨损加快。飞灰磨损量与烟气流速的三次方成正比，即烟气的流速增加1倍，磨损速度增加7倍。由此可见，烟气流速对受热面的磨损起决定性的作用。当锅炉超出额定负荷运行时，烟速将超出设计值，飞灰对管壁的均匀磨损大大加剧；当断面烟速分布不均匀时，烟速大的部位磨损比烟速小的部位厉害，如烟气走廊。因烟气走廊处阻力较小，局部烟速可增大到平均烟速的2倍，甚至更大，使该处管子磨损较严重。在锅炉尾部受热面处，下列部位易形成烟气走廊：(1)省煤器蛇形管排的弯头与竖井烟道两侧墙之间；(2)蛇形管排边排管及穿墙部位；(3)蛇形管排的管卡部位、管排交叉部位。因为管排卡子主要是为管排平整、烟气均匀通过，防止形成烟气走廊的固定限位措施。在卡子脱落、错位、烧损处，在管排交叉部位附近以及管排中有异物存在周围，由于烟气流向局部发生变化，流速加快，易发生局部冲刷磨损现象。

2、飞灰浓度与烟灰颗粒的温度。烟气中飞灰含量与燃煤中灰分成正比，当灰分增大时，单位体积中的烟气含灰量就大，飞灰浓度高，此时飞灰对受热面的磨损就大。如尾部竖井受热面后部弯头处，由于离心力作用，此处飞灰浓度较大，磨损就很严重。当该处烟气中飞灰浓度较高，省煤器管外壁受烟气冲刷减薄严重，强度明显降低时可能引起爆管。烟灰颗粒的温度高时，颗粒较软，其磨损性能差；烟灰颗粒的温度低时，颗粒硬，其磨损性能强。因此，在尾部竖井受热面中低温段省煤器处管排飞灰磨损最为严重。另外它还与尾部竖井受热面管排相对节距有关，管排相对节距均匀，烟气流通阻力均匀，易发生均匀磨损；管排相对节距小，烟气流通面积增大，烟气流速降低，飞灰磨损量减少。

3、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。煤中的灰分一般有3个来源：①形成煤的植物中原有的矿物质，称为一次灰；②植物形成煤的过程中进入煤的矿物质，称为二次灰；③在煤的开采、运输、储存过程中进入的矿物质称为三次灰。高质量的烟煤和无烟煤所含的灰分大部分是一次灰。这种灰燃烧后形成大小不同的圆球，对受热面磨损很轻。质量较差的褐煤和元烟煤末中，含有的二次灰和三次灰较多。二次灰和三次灰粒质点不但比一次灰大得多，而且灰粒有锐利的棱角，对受热面的磨损非常严重。因此，在煤的开采和储运过程中尽量减少杂质(主要是煤矸石)混入，不但可以提高煤的发热量，减少运输量，而且还可以减轻锅炉对流受热面的磨损。管束的结构特性与受热面的布置方式、管径、管与管间距等均有关系。顺列布置对烟气的流动阻力较小，但体积较大，放热系数小；错列布置，相比之下，结构紧凑，体积较小，放热系数较高。但是，对烟气的流动阻力较大，烟气通过省煤器时，对省煤器的磨损较大。

二、燃煤锅炉飞灰磨损的防止措施

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：

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。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、安装防磨装置和喷涂防磨涂料。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。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。

3、改进对尾部受热面。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。

三、结束语

由于锅炉尾部受热面在烟气侧的冲刷磨损是一个错综复杂的技术问题，影响因素也很多，要想解决好这些问题，还需要做大量的科学试验，进一步探讨其磨损机理，研究防磨措施，对设备加以完善，提供安全可靠又经济合理的磨损允许烟速和受热面管子使用寿命的评估，并予以实施，防止锅炉尾部受热面磨损才能实现。

参考文献：

[1]耿彩华．电厂省煤器泄漏原因分析及对策．冶金动力，2006(6)

[2]白洪等．燃煤锅炉尾部受热面设计改造．发电设备．2002(4)