鍋爐磨損機(jī)理分析及防范措施

1、鍋爐受熱面磨損機(jī)理分析鍋爐受熱面磨損機(jī)理分析及防范措施及防范措施l一、燃料中水分、灰分對鍋爐工作的影響一、燃料中水分、灰分對鍋爐工作的影響l1、水分對鍋爐工作的影響l燃料中的水分不利于燃料的燃燒，它會降低爐膛溫度，水分太高將導(dǎo)致燃料著火困難；在燃料燃燒后，燃料中的水分吸熱變成水蒸氣進(jìn)入煙氣中，導(dǎo)致煙氣流量增大，鍋爐排煙熱損失增加，鍋爐熱效率降低；煙氣流量增大，使引風(fēng)機(jī)的電耗增加，增加了廠用電率；在煙道截面積不變的情況下，煙氣體積流量增加會導(dǎo)致煙氣流速升高，加劇了鍋爐受熱面的磨損。l2、灰分對鍋爐工作的影響灰分對鍋爐工作的影響l燃料的灰分非但不能燃燒，而且還妨礙可燃物質(zhì)與氧的接觸，增加燃料著火和

2、燃盡的困難，還使氣體和固體不完全燃燒熱損失增加。水、土沙、雜物含量多的劣質(zhì)燃料，往往著火困難，燃燒也不穩(wěn)定。燃料中大量灰分的存在，也是爐排、爐膛結(jié)焦，受熱面積灰和磨損的根源。如果除塵效果不好，還會造成引風(fēng)機(jī)葉輪、殼體磨損，同時(shí)也會導(dǎo)致大氣污染。l因此，控制入爐燃料的水分和灰分，對鍋爐設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，起著十分重要的作用。 l二、生物質(zhì)鍋爐受熱面積灰磨損機(jī)理二、生物質(zhì)鍋爐受熱面積灰磨損機(jī)理l目前，引發(fā)生物質(zhì)鍋爐承壓部件泄漏的主要原因是積灰、磨損和腐蝕。其中：三、四級過熱器泄漏主要原因?yàn)閴A金屬鹽類高溫腐蝕，一級過熱器、省煤器、煙冷器泄漏主要原因?yàn)闊煔鉀_刷磨損和積灰，最后一級煙冷器泄漏主要原因?yàn)榉e

3、灰、低溫腐蝕和磨損，爐排對應(yīng)側(cè)水冷壁區(qū)域泄漏主要原因?yàn)閭?cè)密封中進(jìn)入灰渣或異物產(chǎn)生的機(jī)械磨損。這里重點(diǎn)探討鍋爐尾部受熱面省煤器、煙冷器的磨損機(jī)理分析及防范措施。l1、受熱面的積灰l當(dāng)帶灰的煙氣流經(jīng)各個(gè)受熱面時(shí)，部分灰粒會沉積到受熱面上而形成積灰，這是鍋爐運(yùn)行中常見的現(xiàn)象。積灰會影響傳熱和煙氣的流通，尤其是通道截面較小的對流受熱面，嚴(yán)重的積灰還會堵塞煙氣通道，以致降低鍋爐出力甚至被迫停爐。l在煙溫低于600700的尾部受熱面上的積灰，大多是松散的積灰。這是因?yàn)闊煔庵袎A金屬鹽類蒸氣的凝結(jié)已結(jié)束，在受熱面管子外表面不再有堅(jiān)實(shí)的沉積層。這時(shí)的積灰有兩種不同情況：一是由于氣流擾動使煙氣中攜帶的一些灰粒沉積

4、到受熱面上，形成松散積灰層；另一種是由于煙氣中酸蒸氣和水蒸氣在低溫金屬壁面上凝結(jié)，將灰粒粘聚而成的積灰。l煙氣中的灰粒是一種寬篩分組成，但大都小于200m,其中多數(shù)為1030m。當(dāng)含灰氣流橫向沖刷管束時(shí)，管子背風(fēng)面產(chǎn)生漩渦運(yùn)動。較大的灰粒子由于慣性大，不會被卷進(jìn)去。進(jìn)入漩渦并沉積在管子背風(fēng)面上的大都是小于30m的灰粒子?；伊Ｖ阅苷掣降焦鼙诒砻妫怯捎诮饘俦砻鎸釉拥牟伙柡鸵鏊鸬?。灰粒越小，相對表面積越大，當(dāng)它與管壁接觸時(shí)，就能很容易地被吸附到金屬表面上。但灰中極微小的無慣性組分，可以沿氣流的流線運(yùn)動，在受熱面上沉積的可能性也不大。實(shí)驗(yàn)證明，沉積在受熱面上的主要是1030m的灰粒。l

5、對流受熱面管子上的積灰，主要集中在管子的背風(fēng)面，而迎風(fēng)面很少。這是因?yàn)楣茏拥恼娌糠謴囊婚_始就受到大灰粒的打擊，因此只有在煙速很低或飛灰中缺乏大顆粒時(shí)才出現(xiàn)積灰，而在管子的側(cè)面，由于受到飛灰的強(qiáng)烈磨損，即使在很低的煙氣速度下也不會有灰沉積。l灰粒在受熱面上的沉積，最初增加很迅速，但很快達(dá)到動平衡狀態(tài)。這時(shí)，一方面仍有細(xì)灰沉積，另一方面煙氣流中的大灰粒又把沉積到受熱面上的細(xì)灰粒剝落下來。達(dá)到積聚的灰和被大顆粒沖掉的灰相平衡時(shí)，就處于動平衡狀態(tài)，積灰也就不再增加了。只有當(dāng)外界條件改變，如煙氣速度變化時(shí)，才會改變積灰情況，一直到建立新的動平衡為止。l 圖一l受熱面上松散灰的積聚情況與煙氣速度有關(guān)。隨

6、著煙氣速度的增大，管子背風(fēng)面積灰逐漸減少，而迎風(fēng)面甚至可能沒有積灰，如圖一所示。 l這是因?yàn)樵阱e(cuò)列管束中氣流的擾動隨煙速升高而加劇。氣流速度較高時(shí)，松散積灰將被吹走。錯(cuò)列管束管子縱向節(jié)距越小，氣流擾動越大，氣流沖刷管子背風(fēng)面的作用越強(qiáng)，管子上的積灰也就越小。反之，在順列管束中，除第一排管子外，煙氣沖刷不到其余管子的正面和背面，只能沖刷管子的兩側(cè)。因此，不論管子正面或背面均將會發(fā)生較嚴(yán)重積灰。這也是許多鍋爐省煤器較多地采用錯(cuò)列布置的一個(gè)主要原因。國能生物質(zhì)鍋爐尾部煙道受熱面為順列鰭片管束，由于燃料灰量較大，有時(shí)形成搭橋現(xiàn)象，燒結(jié)后如果吹灰不及時(shí)，將易形成煙氣走廊，對順列管束的“出列”管排形成嚴(yán)重

7、沖刷導(dǎo)致泄漏。l研究表明，積灰程度與氣流橫向沖刷受熱面的方向無關(guān)。不論氣流自上而下或自下而上，或者在水平方向流動，都能得到類似上圖一所示的情況。l當(dāng)煙氣流速降到2.53m/s時(shí)，尾部受熱面很容易發(fā)生堵灰?？紤]到鍋爐可能降低負(fù)荷運(yùn)行，那么在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，額定負(fù)荷下尾部受熱面的煙速應(yīng)不低于6m/s。這樣就可避免在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，因煙速過低而發(fā)生堵灰。但煙速也不能太高，否則受熱面將受到嚴(yán)重的飛灰磨損。l2、受熱面的飛灰磨損l攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆粒的高速煙氣通過受熱面時(shí)，粒子對受熱面的每次撞擊都會剝離掉極微小的金屬屑，從而逐漸使受熱面變薄，這就是飛灰對受熱面的磨損過程。煙速越高，灰粒對管壁的撞擊力

8、就越大；煙氣攜帶的灰粒越多（飛灰濃度越大），撞擊的次數(shù)就越多。結(jié)果都將加速受熱面的磨損。長時(shí)間受磨損而變薄的管壁，由于強(qiáng)度降低很容易造成管子損壞。這不僅會引起受熱面管子泄漏，影響鍋爐的安全運(yùn)行，而且檢修時(shí)還要花費(fèi)大量的工時(shí)和鋼材來修復(fù)或更換被磨損的部件。l灰粒對受熱面的撞擊力可分為垂直分力（法線方向）和切向分力（切線方向）。垂直撞擊力引起撞擊磨損，切向分力引起摩擦磨損。當(dāng)灰粒斜向撞擊受熱面時(shí)，管子表面既受撞擊磨損又受摩擦，兩者的大小決定于灰粒對受熱面的撞擊速度。 l受熱面的磨損是不均勻的，不僅是煙道截面不同部位的受熱面磨損不均，而且沿管子周界磨損也是不均勻的，所以嚴(yán)重的磨損都發(fā)生在某些特定的部

9、位。譬如，煙氣橫向沖刷錯(cuò)列布置的受熱面（如省煤器）管子時(shí)，磨損情況如圖二所示。最大磨損發(fā)生在管子迎風(fēng)面兩側(cè)3050范圍內(nèi)。l 圖二l橫向沖刷時(shí)，管束排列方式不同，磨損情況也不一樣。錯(cuò)列管束要比順列管束磨損嚴(yán)重。在錯(cuò)列管束中第二排管子磨損要比其它管排更嚴(yán)重。這是因?yàn)榈谝慌殴茏忧暗臒煔饬魉佥^低，受灰粒的撞擊較輕。在第一排管子以后，氣流速度增大，第二排管子受到更大的打擊。固體灰粒撞擊到第二排管子后，動能減小，因此以后各排管子的磨損又減輕。順列管束磨損較輕，這是因?yàn)楹竺娴墓茏邮艿角懊婀茏拥钠帘味幱凇八澜恰敝?。l灰粒特性對磨損也有很大影響。首先，在磨損中起主要作用的是飛灰中那些大的顆粒；其次，具有足夠

10、硬度和銳利棱角的顆粒要比球形顆粒磨損更嚴(yán)重些。灰粒磨損性能主要決定于灰中SiO2的含量，當(dāng)其含量超過60%時(shí)，磨損顯著加重。磨損強(qiáng)度當(dāng)然還與總灰量有關(guān)。而總灰量決定于燃料收到基灰分和低位發(fā)熱量?？偦伊坑?，灰粒對受熱面撞擊的次數(shù)就愈多，磨損就愈嚴(yán)重。因此，燃用高灰分、低發(fā)熱量的劣質(zhì)燃料的生物質(zhì)鍋爐，其省煤器、煙冷器等尾部受熱面會發(fā)生嚴(yán)重磨損。l實(shí)際上，在一組受熱面中磨損是不均勻的，凡是煙速較大或飛灰濃度較大的部位，受熱面的磨損就較為強(qiáng)烈。例如靠近墻壁的管子彎頭部位，由于這些地方縫隙較大，煙速較高而形成嚴(yán)重的局部磨損。對生物質(zhì)鍋爐來說，當(dāng)煙氣由轉(zhuǎn)彎煙道轉(zhuǎn)入第四煙氣回程煙道時(shí)，由于氣流轉(zhuǎn)彎，飛灰被

11、拋向后墻附近，使這里的飛灰濃度增高，因而靠近后墻的管子就會受到更大的磨損，這也是近期多臺鍋爐機(jī)組高溫段省煤器靠后墻部位管排發(fā)生頻繁泄漏的原因。l受熱面金屬表面的磨損正比于飛灰粒的動能和撞擊次數(shù)。飛灰粒的動能同速度的平方成正比，而撞擊次數(shù)同速度的一次方成正比。這樣管子金屬的磨損就同煙氣流速的三次方成正比（最新研究表明為3.3次方關(guān)系）?？梢姛熕俚拇笮κ軣崦婺p的影響是很大的。l三、受熱面積灰、磨損防范措施三、受熱面積灰、磨損防范措施l（一）受熱面積灰防范措施l1、正確合理地使用吹灰器l吹灰器是電廠鍋爐不可缺少的重要附件之一，其使用的合適與否，直接影響著鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。爐內(nèi)過程是一種極其復(fù)雜

12、的物理化學(xué)過程，燃料特性、受熱面的結(jié)構(gòu)、溫度水平及空氣動力工況因素，都影響著受熱面的積灰和結(jié)渣。迄今，還缺乏真正能夠解決爐內(nèi)積灰、結(jié)渣的理論與實(shí)踐。因此，僅通過鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整往往是不能完全徹底解決爐內(nèi)積灰、結(jié)渣問題。l實(shí)踐證明，采用足夠數(shù)量的吹灰器，在鍋爐運(yùn)行過程中，經(jīng)常對受熱面進(jìn)行吹掃，能較好地預(yù)防鍋爐的積灰與結(jié)渣問題，保障鍋爐安全運(yùn)行，提高機(jī)組可用率。同時(shí)，由于受熱面在運(yùn)行中保持清潔的狀態(tài)和有效的傳熱，還可提高鍋爐效率和降低輔機(jī)電耗，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。l國內(nèi)外在鍋爐運(yùn)行中采用的較為有效的吹灰清掃方式有以下幾種：對于對流過熱器受熱面，多數(shù)使用旋轉(zhuǎn)伸縮式吹灰器，采用介質(zhì)一般為蒸汽、壓縮空

13、氣和水等。在使用蒸汽吹掃某些鹽類硬塊積灰時(shí)，用飽和蒸汽比過熱蒸汽更有效。對尾部受熱面，有的采用固定式吹灰管，以蒸汽或壓縮空氣吹掃等。有的還采用了聲波及脈沖燃燒噴射式等形式的吹灰器。l蒸汽吹灰器，如果位置安裝不當(dāng)或吹灰蒸汽壓力控制不當(dāng)，會引起鍋爐管子的嚴(yán)重磨損。當(dāng)吹灰射流經(jīng)過一個(gè)噴嘴直徑距離時(shí)，射流將卷吸與射流本身的體積相同的煙氣，即射流體積增加一倍。因此，到射流沖擊管子時(shí)，射流大部分是由載灰的煙氣組成。吹灰器每8小時(shí)運(yùn)行一次，每次吹灰約1020s,如果射流速度高且含有大量灰粒，這個(gè)短時(shí)間吹灰也可能產(chǎn)生管子嚴(yán)重磨損。因此，對生物質(zhì)鍋爐而言，如果灰分加大的情況下，蒸汽吹灰壓力偏高的情況下，也會對管

14、子產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損，必須適當(dāng)降低吹灰壓力，當(dāng)前經(jīng)驗(yàn)值控制在1.5MPa左右。l2、對流受熱面設(shè)計(jì)合適的橫向節(jié)距l(xiāng)燃用灰分較大的燃料時(shí)，對流受熱面橫向節(jié)距設(shè)計(jì)得應(yīng)該大些，以保證沾污后仍能達(dá)到設(shè)計(jì)的溫度水平。但是，如果橫向節(jié)距太大，則煙氣流速太低，也易造成受熱面的積灰。l3、合理的運(yùn)行方式來減少受熱面的積灰和結(jié)渣l主要采取合理的過量空氣系數(shù)，控制煙氣量和煙氣流速。l（二）受熱面防磨措施l1、技術(shù)措施l為避免受熱面磨損，最主要的是控制煙氣流速，同時(shí)也盡量減小速度分布不均。適當(dāng)提高煙速可以提高受熱面的傳熱效果，節(jié)省鋼材，但將增大通風(fēng)阻力和飛灰磨損。鍋爐設(shè)計(jì)中，對于煙氣橫向沖刷管束，額定負(fù)荷下的煙速不應(yīng)

15、低于6m/s。這樣在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙速可不低于3 m/s，確保不產(chǎn)生嚴(yán)重積灰。根據(jù)有關(guān)調(diào)查，省煤器中的煙速不宜超過9 m/s，否則會引起嚴(yán)重磨損（受熱面每年磨損達(dá)0.50.6mm）。而這又同煙氣中的飛灰濃度、飛灰磨損特性以及受熱面的容許磨損速度有關(guān)。就目前生物質(zhì)鍋爐而言，由于尾部受熱面磨損嚴(yán)重，集團(tuán)公司采取的一項(xiàng)很重要的措施就是根據(jù)燃料品質(zhì)來調(diào)度機(jī)組負(fù)荷，其根本出發(fā)點(diǎn)就是控制煙氣流速，減輕受熱面的磨損程度。l減少煙氣中飛灰濃度，特別是防止局部濃度過高，也是避免嚴(yán)重磨損的有效方法。例如，在煙氣第二行程和第三行程之間加裝慣性分離器設(shè)備，也可使進(jìn)入尾部煙道的飛灰量有所降低，磨損減輕。l加裝防磨板或防

16、磨瓦的裝置。由于結(jié)構(gòu)問題或流動分布不均，仍會出現(xiàn)局部煙速過高，飛灰濃度過大，從而引起嚴(yán)重的局部磨損。因此要在受熱面易受磨損的部位加裝防磨裝置。如圖三為一級過、省煤器管子經(jīng)常采取的防磨保護(hù)裝置。這時(shí)受磨損的不是受熱面管子而是保護(hù)部件，檢修時(shí)只要更換這些部件即可。l 圖三l采用加鰭片管束的防磨措施。試驗(yàn)研究表明，加鰭片后管子的磨損量明顯下降，加鰭片之所以能夠減輕沖擊磨損，主要原因是原來要沖擊到管子壁面的顆粒有一大部分或是沖擊到鰭片并反彈離開了管子，或者是先沖到鰭片反彈后減弱了沖擊能量再撞擊到管壁，從而導(dǎo)致顆粒對管壁的沖擊磨損能力的減弱（見圖四）。l 圖四l增加了鰭片或膜板后即等于增加了受熱面，從而

17、可以減少管數(shù)。因此，在相同的煙道截面積下，可降低煙氣流速，這將明顯減輕受熱面的磨損。關(guān)于采用鰭片管束的實(shí)驗(yàn)研究表明，鰭片管傳熱性能比光管高30%以上，在保持吸熱量不變的前提下，鰭片管代替光管可使尾部受熱面減少25%左右的管排數(shù)，從而可使煙氣速度降低7.2%以上，若按照磨損量與煙速的三次方成正比計(jì)算，磨損速度為光管時(shí)的0.8倍，即可延長使用壽命25%左右。l管子表面可進(jìn)行熱處理。主要有：滲碳處理，可延長12%左右壽命；固態(tài)滲硼處理，管子經(jīng)滲硼后其滲硼層的耐磨性較好，耐磨性為碳鋼的5倍；雙層涂料碳氮共滲工藝，使用該新工藝后滲入深度達(dá)0.50.7mm，硬度為HRC67l2、管理措施l受熱面防磨防爆工

18、作，是電廠里平凡的常規(guī)工作，沒有什么高深的理論，關(guān)鍵是管理思路、制度措施體系和具體的做法上的區(qū)別，更重要的是態(tài)度。設(shè)備是電廠生產(chǎn)的基礎(chǔ)，對待設(shè)備和四管泄漏問題，應(yīng)該像對待我們自己的身體一樣來關(guān)心和愛護(hù)，才能保證設(shè)備運(yùn)行健康和持久。l鍋爐“四管”檢查是防止泄漏的重要手段和措施，很多單位采用的方法是多人進(jìn)行短時(shí)突擊檢查。但是由于檢查人員的水平不一、責(zé)任心不一，且個(gè)人未承擔(dān)明確的責(zé)任，“四管”檢查起不到應(yīng)有的作用。因此，鍋爐“四管”檢查必須采取專人進(jìn)行檢查，每人有明顯的檢查范圍，并在檢查結(jié)果上簽字，對因責(zé)任心不強(qiáng)，能夠檢查而未檢查到的部位承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。只有采取這樣的檢查方法，才能增強(qiáng)檢查人員的責(zé)任

19、心。l具體的防磨防爆工作，往往都以問題和事故為主導(dǎo)，這個(gè)方面存在問題，就狠抓這個(gè)方面，治理一段時(shí)間會歸于平靜，再去重視其他問題，但機(jī)組的運(yùn)行條件總會不斷發(fā)生變化，例如燃料料質(zhì)、運(yùn)行方式、人員、體制等方面的一些變化，或者治理不徹底、工作階段性放松，都會使問題和原因重新出現(xiàn)和積累，導(dǎo)致再次發(fā)生；而且問題存在不同層面，也有不同的作用機(jī)理和方式，由于認(rèn)識和重視不足，會使問題向深層次和另一個(gè)方面轉(zhuǎn)化。所以鍋爐四管泄漏具有周期性和反復(fù)性的特點(diǎn)。l引發(fā)鍋爐四管泄漏的因素總是存在，而且這些因素所造成的結(jié)果在不斷積累，那么防磨防爆工作首先是風(fēng)險(xiǎn)評估和預(yù)防，就是去面對那些瑣碎的具體問題，做起來又存在大量艱苦的管理

20、、協(xié)調(diào)和總結(jié)工作，表面上一時(shí)也不一定能夠看到明顯的效果；所以防磨防爆工作要常抓不懈，重在優(yōu)化運(yùn)行、消除原因和預(yù)防。重在檢查、判別和消除問題累積。如果這方面工作松懈，做不到位，導(dǎo)致問題持續(xù)累積，尤其是焊接質(zhì)量、磨損等問題造成的泄漏一旦發(fā)生，容易重復(fù)出現(xiàn)，做起來又不能一招制敵、一時(shí)見效，容易出現(xiàn)懈怠和忽視。所以，防磨防爆工作平淡而艱苦，不具有功利性。l各個(gè)項(xiàng)目機(jī)組的運(yùn)行條件和設(shè)備健康狀況不同，鍋爐四管泄漏問題也或輕或重，甚至在一定時(shí)期內(nèi)沒有發(fā)生，但是造成四管泄漏的因素總是存在的，所以不管電廠自己設(shè)備的現(xiàn)狀如何，都必須重視這方面的工作，常抓不懈，只有做扎實(shí)系統(tǒng)性的具體工作，才能起到預(yù)防作用和少出問題。發(fā)生問題后，必須深入分析原因和整改，所以不論