鍋爐省煤器磨損及其防治

1 省煤器磨損機(jī)理

省煤器磨損泄漏事故占四管泄漏事故的56%左右。省煤器磨損主要是煙氣磨損，易于磨損的是迎風(fēng)面前幾排管子，尤以錯(cuò)列管束的第二排最為嚴(yán)重。

2 防止省煤器磨損的主要措施

磨損的主要原因是煙氣中的飛灰磨損（簡(jiǎn)稱煙氣磨損）。省煤器爆管的主要原因是機(jī)械磨損和煙氣磨損，其部位多發(fā)生在省煤器左右兩組的中部彎頭、兩側(cè)靠近墻壁的彎頭、靠近前后墻的幾排管子和管卡附近的管子。據(jù)統(tǒng)計(jì)省煤器泄漏60%是由于煙氣磨損造成的，煙氣磨損是造成鍋爐四管泄漏的一項(xiàng)重要因素。這是因?yàn)槭∶浩饕话悴贾迷谖膊繜煹篮驼蹮熃遣课?，此處煙氣流速較高、漏風(fēng)較多，煙氣中的顆粒（一般每立方煙氣中含飛灰20g～45g）流經(jīng)受熱面時(shí)（一般設(shè)計(jì)煙速為10m/s），就會(huì)對(duì)受熱面產(chǎn)生撞擊和摩擦，所以容易造成管道磨損泄漏。研究表明當(dāng)飛灰顆粒撞擊角等于30o～50o時(shí)，磨損最嚴(yán)重。特別是省煤器，由于此處煙氣溫度已較低，顆粒變硬，磨損更為嚴(yán)重。

（1）適當(dāng)控制煙氣流速，特別是防止局部流速過高。較高的煙氣流速有助于提高受熱面的傳熱系數(shù)，節(jié)省受熱面，但阻力損失和受熱面金屬磨損增加。煙氣流速越高，磨損越嚴(yán)重。磨損量約與煙氣流速的三次方成正比（管壁的磨損程度與飛灰顆粒的動(dòng)能和飛灰撞擊的頻率成正比，而飛灰顆粒的動(dòng)能與飛灰顆粒的速度成二次方關(guān)系，撞擊頻率與灰粒速度的一次方成正比，因此管壁的磨損量與飛灰顆粒沖擊速度成三次方的關(guān)系），速度越高，動(dòng)能也就越大，磨損越嚴(yán)重。

例如黃臺(tái)電廠8 號(hào)爐省煤器進(jìn)口平均煙氣溫度470℃，折算灰分4.59%，因此允許煙氣速度僅僅7.92m/s，但是實(shí)際煙速高于10m/s，這是該廠省煤器磨損的主要原因。

為了控制煙氣流速不超過允許值，建議在尾部煙道加裝煙氣流速檢測(cè)儀，運(yùn)行人員能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)煙道流速情況，及時(shí)做出調(diào)整，保證煙氣流速不超標(biāo)。省煤器設(shè)計(jì)煙速最好不超過10m/s；但是如果煙速過低，就會(huì)在受熱面產(chǎn)生積灰，因此省煤器煙速又不能低于5m/s。

降低煙氣流速的實(shí)際辦法有：一是擴(kuò)大煙道，增加煙氣流通面積；二是采用鰭片式省煤器。

（2）降低飛灰濃度。煙氣中飛灰濃度越高，單位時(shí)間內(nèi)灰粒沖擊次數(shù)越多，磨損越嚴(yán)重。實(shí)踐證明：飛灰濃度與燃煤中的灰份成正比，當(dāng)灰份增加10%時(shí)，受熱面磨損量約增加一倍。灰份越高，飛灰濃度越大，磨損越厲害，因此應(yīng)降低飛灰濃度。燒多灰燃料的鍋爐，磨損嚴(yán)重的主要原因是煙氣中飛灰濃度大。因此可以考慮加裝沉降式灰斗除塵器、沖擊式粉塵除塵器、百葉窗式除塵器，在煙氣進(jìn)入尾部煙道前除去部分飛灰或大顆粒飛灰。

（3）灰粒的大小、形狀、軟硬、灰熔點(diǎn)大小等對(duì)磨損均有影響。飛灰硬度高、顆粒大且有棱角者，撞擊和切削的作用越強(qiáng)，磨損就比較嚴(yán)重。因此應(yīng)在易于磨損的部位加裝防磨材料。省煤器區(qū)的磨損往往大于過熱器的主要原因是省煤器區(qū)的煙溫低、灰粒變硬。磨損強(qiáng)度還與總灰量有關(guān)，而總灰量取決于燃料灰分和發(fā)熱量，因此燃用高灰分、低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤時(shí)，省煤器也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重磨損。

（4）防止“煙氣走廊”產(chǎn)生局部磨損。在布置對(duì)流受熱面時(shí)，考慮到管束受熱膨脹問題，省煤器蛇形管彎頭與爐墻之間留有幾十毫米的間隙，此間隙處流動(dòng)阻力小，煙氣流速大于煙道斷面上平均煙氣速度，稱此間隙為煙氣走廊。煙氣走廊處的阻力較小，煙氣流速大，流量多，灰粒也隨之加速（灰粒速度一般略小于煙氣流速），磨損嚴(yán)重。因此為了避免局部流速的煙氣走廊，應(yīng)保持受熱面的橫向節(jié)距均勻，防止受熱面局部堵灰；同時(shí)在尾部煙道四周及角隅處設(shè)置導(dǎo)流板，防止蛇形管與爐墻間形成“煙氣走廊”而產(chǎn)生局部磨損。

（5）防止煙道漏風(fēng)。鍋爐尾部煙道由于其內(nèi)部為負(fù)壓狀態(tài)，環(huán)境空氣可能通過空隙進(jìn)入煙道，改變了煙道內(nèi)部煙氣的流向，使煙氣對(duì)省煤器、過熱器管子進(jìn)行沖刷，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后管道磨損致漏；同時(shí)由于煙道漏風(fēng)量增大，因煙氣容積增大流速相應(yīng)增大，磨損也隨之加劇。高溫省煤器前漏風(fēng)量增加10%，磨損速度將加快25%。因此必須加強(qiáng)對(duì)尾部煙道漏風(fēng)進(jìn)行檢查消除，特別是省煤器處，重點(diǎn)檢查管道傳墻管、空心梁、人孔門、爐墻、伸縮節(jié)等部位，防止外界空氣進(jìn)入尾部煙道造成管道磨損。

（6）采用順列管束。改善受熱面結(jié)構(gòu)特性，錯(cuò)列管束要比順列管束的磨損嚴(yán)重。試驗(yàn)表明：在s1/d=4.25 時(shí)，錯(cuò)列管子磨損量是順列布置管束磨損量的一倍。但是順列布置管束時(shí)傳熱效果差，自吹灰能力差，所以由錯(cuò)列管束改為順列管束時(shí)，應(yīng)增加受熱面，否則排煙溫度將要增加20℃左右。

（7）擴(kuò)大煙道，增加煙氣流通面積。擴(kuò)大尾部煙道有兩種方法，一種是向煙道前后擴(kuò)大，另一種由省煤器四周爐墻分別向外擴(kuò)大，到底采用哪種方法擴(kuò)大煙道好，取決于磨損情況和現(xiàn)場(chǎng)改造條件。

（8）在局部磨損嚴(yán)重的部位加裝防磨板、護(hù)瓦、阻力柵等。由于省煤器的磨損總是帶有局部性，所以可以在容易引起磨損的部位裝設(shè)各種型式的防磨裝置，例如對(duì)于受磨損嚴(yán)重的彎頭可以加裝防磨板等。

（9）采用膜式省煤器。膜式省煤器可以使同長(zhǎng)度光管的幾何受熱面增加1.5 倍以上，除了可以在相同的空間布置更多地受熱面之外，另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是整流作用，這將使隨煙氣流入管間流道的灰粒對(duì)金屬管壁的沖刷磨損大大減輕。在總結(jié)國(guó)內(nèi)外膜式省煤器的研究成果和使用情況的基礎(chǔ)上，建議膜片采用3（膜片厚度，mm）×58（膜片寬度，mm）。在焊接時(shí)，盡量避免虛焊，以減少熱阻，提高膜片的熱有效系數(shù)。

（10）采用Φ32×4 或Φ38×4.5 鋼管的螺旋肋片式省煤器。螺旋肋片式省煤器可以使同長(zhǎng)度光管的幾何受熱面增加3 倍以上，使省煤器的管數(shù)大幅度下降，這不僅有利于降低平均煙速，而且由于肋片的保護(hù)作用，管束磨損大大將減輕。

（11）采用鰭片式省煤器。試驗(yàn)表明，鰭片管傳熱性能比光管高30%以上。在同樣的金屬耗量下，采用焊接鰭片式省煤器所占據(jù)的空間比光管式大約減小20%～25%，而采用軋制鰭片管可使省煤器的外形尺寸減小40%～50%。目前在省煤器改造中，鰭片式省煤器被公認(rèn)為最佳改造模式。

（12）消除機(jī)械磨損現(xiàn)象。在安裝和檢修過程中，如果受熱面管子未固定牢或管卡受熱變形，受熱面管子就會(huì)振動(dòng)，并與管卡相互碰撞摩擦，造成機(jī)械磨損，使管壁減薄。這種情況在過熱器、再熱器和省煤器上都會(huì)發(fā)生，當(dāng)水冷壁與相鄰部件有撞擊和摩擦?xí)r，也有可能發(fā)生。

（13）在管壁進(jìn)行高溫噴涂防腐防磨。噴涂工藝一般為氧乙炔粉末噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂。由于前一種工藝火焰溫度低，材料熔化不完全而使涂層形成較多氧化物，結(jié)合強(qiáng)度降低，并且因噴涂速度低，顆粒撞擊速度慢而使涂層孔隙率較高；后兩種工藝都能形成高結(jié)合強(qiáng)度、低孔隙率和極少氧化物的涂層，因此目前為各大噴涂公司在噴涂工藝中采用。目前我國(guó)開發(fā)出多種價(jià)格低廉的耐高溫、防腐防磨新材料，使用壽命均可達(dá)到一個(gè)大修周期，而且防腐防磨效果好。