煤粉锅炉磨损问题分析与研究_陶林.pdf

煤粉锅炉磨损问题分析与研究 陶 林，杨秀军，聂怀平（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨；高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江 哈尔滨）摘 要：受国内煤价的波动和煤企限产能的影响，燃煤锅炉煤源波动较大，大部分锅炉存在掺烧、混烧现象。掺烧后由于燃煤磨损特性变化和锅炉热力参数的变化，很多电厂锅炉出现磨损的问题。本文根据燃煤电站锅炉出现的一些磨损问题，论述了出现磨损的原因，提出一些针对性的措施。关键词：燃煤电站锅炉；磨损；爆管中图分类号：文献标识码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：陶林（），男，工程师，本科，现从事电站锅炉的设计、研发工作。引言燃煤锅炉“四管泄露”是影响锅炉安全稳定运行的一大隐患，也是锅炉“非停”的主要原因，而因磨损问题引起的爆管在“四管泄露”事故中占较大的比例。锅炉磨损是一个缓慢发展的物理、化学变化过程，磨损的危害在短期内难以察觉，但是随着锅炉运行小时数的增加，炉内长期受冲刷的元件将会逐渐减薄，当壁厚小于允许壁厚时就可能发生爆管、泄露，进而引起机组事故非停，不仅会造成巨大的经济损失，同时对于供热机组还会产生恶劣的社会影响。因此对锅炉磨损问题进行深入研究，预防和治理锅炉爆管意义重大。煤粉锅炉介绍煤粉锅炉根据其燃烧方式的不同大体可以分为切圆燃烧锅炉、前后墙对冲锅炉、“”火焰锅炉。以亚临界锅炉为例沿烟气行程方向炉内受热面按如下方式布置：炉膛水冷壁墙式再热器分割屏过热器后屏过热器前屏再热器末级再热器末级过热器立式低温过热器水平低温过热器省煤器。依据工质温度的不同又可以分为低温受热面（低温过热器、省煤器）、高温受热面（分割屏、后屏过、前屏再热器、末级过热器、末级再热器）和炉膛水冷壁。图 锅炉受热面布置 煤粉锅炉磨损分类煤粉锅炉在长期运行时受燃料特性的影响将会出现磨损，依据磨损分布区域大致可以分为以下几类：第 期锅 炉 制 造 年 月）煤粉燃烧器区域。煤炭是煤粉锅炉的主力燃料，依据煤炭的类别和成分不同其磨损特性也千差万别，煤粉燃烧器的磨损主要是由于煤粉颗粒的冲刷引起，一般集中出现在流场突变区域，如弯头、变径部位、插板门处。）水冷壁区域。煤粉颗粒在经过燃烧器进入锅炉，受磨煤机、煤粉管道布置方式和燃烧器设计、安装的影响可能会出现煤粉气流直接冲刷水冷壁造成水冷壁局部磨损，燃烧器区域水冷壁处易出现该类问题。）低温受热面区域。煤粉在锅炉内部燃烧的过程中，将会产生大量煤灰，煤灰在低温烟气中会凝固成磨损性较强的灰粒子，造成低温受热面磨损、减薄，易导致受热面管爆管，其危害十分严重，该类问题一般易发生在锅炉内低烟温区和流场突变区，如立式低温过热器、水平低温过热器、省煤器等区域。）吹灰器区域。锅炉定期吹灰是一项提高机组效率的重要措施，伴随着吹灰器投运往往也易发吹损，一般发生在吹灰器吹灰半径内。磨损原因分析根据磨损部位的不同，磨损的原因也有所差别，本文分别对其主要原因进行分析如下：）煤粉燃烧器磨损原因分析。煤粉燃烧器中流通介质为带粉气流，煤粉颗粒的冲刷是导致煤粉燃烧器磨损的主要诱因。该区域磨损成因大致可分为以下三类：煤粉颗粒的磨损特性由入炉煤的煤质特性决定，在入炉煤掺混磨损特性较强的煤（如石子煤）时将加剧煤粉燃烧器的磨损；煤粉气流的磨损速率与流速呈指数关系，因此煤粉气流流速过高也会加剧煤粉燃烧器的磨损；煤粉燃烧器处设置有检修插板门，在锅炉正常运行时该插板门应处于全开状态，若此时插板门未全开将导致煤粉局部集中，将加重燃烧器处的磨损。）水冷壁区域磨损原因分析。水冷壁区域磨损多发生在燃烧器区域，未完全燃烧的煤粉颗粒（含灰气流）直接冲刷水冷壁是引起磨损的主要原因，其主要成因大致可分为以下三类：热态运行中煤粉气流直接冲刷水冷壁；燃烧器安装时未进行校正，局部存在气流刷墙；燃烧器各角动量分配不均，造成切圆 气流偏斜，出现局部刷墙。）低温受热面区域磨损原因分析。燃煤锅炉运行时大量飞灰伴随着烟气流经各级受热面，飞灰在低温烟气中冷却其硬度和磨损性大幅度增加，对低温受热面的磨损也会急剧加重。低温受热面布置在尾部烟道中，由于 形炉的特殊结构烟气在此呈 转向，在炉后方向上灰浓度急剧增加，一般后墙区域磨损更为严重。）吹灰器区域磨损原因分析。吹灰器是用于锅炉热态运行时受热面清洁提高传热效率的重要手段，但在运行过程中由于运行操作不当和设备故障易出现吹损的问题：吹灰频次、压力过高；吹灰器退出不及时，长时间吹灰；吹灰器吹灰时卡涩，受热面吹损；吹灰器内漏，蒸汽直接冲刷管子。锅炉运行优化建议及总结通过上述锅炉磨损问题的分析，结合煤粉锅炉运行的实际情况，对于锅炉防磨、防爆管，建议在运行和检修过程中重点考虑以下几方面措施：）煤粉燃烧器及其相关设备防磨建议。入炉煤的特点直接决定了煤粉和煤灰的磨损特性，因此煤源的控制和掺配策略直接影响设备的磨损速率。首先掺烧强磨损性煤种时建议采用炉外掺混，应避免分磨掺烧；其次应控制每台磨的一次风量，避免一次风速过高，加剧磨损；最后应检查送粉管道上所有挡板、阀门开度，避免因设备误操作造成局部磨损。）水冷壁区域防磨建议。燃烧器切圆角度直接决定了炉膛充满度和传热效率，燃烧器设计、安装、运行不合理均会导致气流刷墙，造成水冷壁磨损。因此当出现水冷壁磨损时首先建议进行燃烧系统冷热态摸底试验，确定具体原因和偏差范围；其次根据具体原因进行专项整改。）低温受热面区域防磨建议。烟气中的灰粒直接冲刷管子是低温受热面磨损的直接诱因，燃煤锅炉不可避免的会存在大量的灰粒，对于该区域防磨建议首先是针对性的增加防磨瓦或防磨喷涂；其次是控制锅炉过量空气系数，尾部烟道维持低烟气流速运行；最后在锅炉设计时尾部受热面应尽量采用顺列布置。）吹灰器区域防磨建议。蒸汽冲刷管子是引起吹灰器区域磨损的重要原因，避免蒸汽直接冲刷对于吹灰器区域防磨至关重要。因此吹灰器区域防磨治理建议应着重关注以下几方面：锅炉热态运行时应定期巡检，根据锅炉各部位结渣、积灰的不同制定针对性的吹灰计划，避免过度下转第 页 第 期 陶 林，等：煤粉锅炉磨损问题分析与研究其割下，也没有发现明显的异物。故而排除此项原因。考虑屏过小集箱存在节流，并且根据壁温测点布置图对应，第 屏第 根管对应的位置为左侧第一屏最内圈管子，对应的屏过入口小集箱开孔孔径为，正是开孔较小的位置。虽然在吹管结束后已对该小集箱进行过内窥镜检查，并已将查出的异物取出，但仍存在小集箱上游管道中的异物在吹管后进入的可能性。针对此项猜想，现场对该小集箱用内窥镜进行再次检查，发现内部确实存在异物，取出后确认异物为一块直径 左右的石子。集箱内部异物来源分析及处理措施 异物来源分析由于在锅炉吹管结束后 号小集箱已割开检查孔进行了异物检查，并且发现的异物已在多方见证下取出。所以后来又发现的异物来自于上游受热面或管道。虽然上游管道和受热面也已进行了检查，但是受限于管道结构，无法全面进行排查，只能通过汽水流程判断容易沉积异物的位置。例如屏式过热器入口汇集集箱的截止流向是从锅炉左侧至右侧（另一根是从右侧至左侧），所以对于屏式过热器入口汇集集箱最容易沉积异物的位置应为集箱的圆形封头位置，但是该集箱的检查孔布置于锅炉中心线位置，所以对于封头处的异物的发现和清理均存在较大难度。所以判断异物沉积应为安装过热器连接管时掉入，并一直存在于低过至屏过入口连接管道中。处理措施考虑第 根管子超温时间较短，在 负荷下累计运行 小时，在 负荷下累计运行 小时，在 负荷共计 小时。通过检查，管子外观没有明显的涨粗变形，且若作换管处理存在多种异种钢焊接现场无法实施、小 弯管现场无法制作、如工厂制作后发至现场时间周期较长等困难，最终对超温的管子不做处理，后续检修过程中重点跟踪检查。防止类似案例发生的举措根据本案例的异物来源分析，异物在锅炉运行过程中会被蒸汽吹到下游设备中，在小集箱开孔小于异物尺寸的情况下，异物无法继续往下一级受热面移动，由此可见，该小机箱结构起到了一定的过滤作用。如果本工程在吹管时采用稳压吹管的方式并在吹管合格后再持续多吹几靶，本案例中的异物在吹管后检查时就会被发现。所以建议后续基建机组在吹管时还是要按部就班的进行，不可为抢试运节点而简化或缩短吹管及其后续检查的过程。结束语锅炉内部清洁度的检查不是一朝一夕就能完成，要想彻底控制好内部清洁度，要贯彻整个制造、保存、安装、试运等各个阶段。只有做到各个环节严格管控，才能保证锅炉的后续的安全稳定运行，避免因受热面内异物给电厂带来不必要的损失。上接第 页吹灰；吹灰器停运时应及时退出，避免长期停留在锅炉内；定期对吹灰器进行检查，发现故障时应及时消除。总的来说，防磨、防爆管工作取决于煤质，也取决于设备状态和运行习惯，电厂需加强现场设备的质量检查，避免人为事故造成的锅炉泄露。参考文献 王建洲 锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损分析 电力学报，（）岑可法，樊建人，池作和，等 锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算北京：科学出版社，：上接第 页是结合具体项目以及车间实际制造总结出的经验，具有一定的理论依据以及可操作性，并且笔者认为上述改进在降低成本、提升生产制造效率的同时，并不会对产品的性能产生影响，将对提高生产效率和产品质量具有积极意义。第 期 段宝玉：某电厂锅炉屏式过热器壁温超温案例分析