燃煤锅炉尾部低温受热面异常磨损分析及对策

孔祥添

（大唐河北发电有限公司马头热电分公司 河北，邯郸 056044）

摘要：本文针对某火电厂尾部低温受热面发生的大面积异常磨损现象进行分析，并由此提出了对于大型燃煤锅炉尾部低温受热面短期和长期的治理对策。目前火电厂燃煤锅炉受热面的防磨技术已普遍成熟，但对于一些非常规原因引起的磨损，仅通过设备治理仍然比较困难，需从多方面入手进行治理。

关键词：尾部受热面；防磨防爆；磨损泄漏；燃煤锅炉

1 概述

某机组锅炉为DG1025/17.4－Ⅱ12型、亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架的∏型汽包炉。该机组近几年锅炉受热面情况均良好，持续6年未发生泄漏缺陷。某日，运行人员发现除氧器补水量较同工况偏高约20t/h，检查发现锅炉右侧低温再热器第一组与第二组人孔门处响声异常，判断低温再热器泄漏，立即申请停运。对低温再热器处进行检查发现炉右边排管靠近中隔墙处发生大面积泄漏，泄漏管多达18处，磨损超标管5处。

2 尾部受热面磨损分析

该机组于2010年投入运行，因原始低温再热器蛇形管组设计制造及基建安装等因素，对管束的平整度、节距等精度约束不够，导致形成“烟气走廊”而产生的飞灰磨损无法克服，且低温再热器受热面设计偏小，再热汽温年平均较设计值低10℃左右，于2013年对低温再热器进行了改造，将蛇形管排整体进行更换，并增加驼峰受热面，以提高再热汽温。

检查泄漏点情况。低温再热器炉右方向数第8排上数第12根后弯头泄漏点附近管材磨损平整、光滑，爆口边缘锋利，爆口外翻为菱形破口，其他管段泄漏点附近均存在凹坑状吹损痕迹，确认该位置爆口为原始泄漏点；原始泄漏点高压蒸汽向左侧偏上部吹损第8排上数第11根低再弯头管，第11根管被吹损泄漏后，开始向周边扩散吹损，随着时间的推移，造成周边低再管排及中隔墙过热器吹损泄漏。本次泄漏原始爆口为菱形破口，破口边缘锐利，壁厚小于1mm，附近管壁较薄，测厚壁厚3.0mm，破口未见撕裂张开，未见管材过热现象，因此判断本次泄漏性质为飞灰磨损泄漏。

2.1 烟气走廊造成局部烟气流速高

在布置锅炉对流管束时，管束之间以及管束与外墙之间均留有一定间隙，此处的间隙就称为烟气走廊。因烟气走廊阻力较小，其中烟气速度和流量均较大；且当此处间隙越大，烟气流速的速度便越高，类似于电流短路的原理。该机组低温再热器设计管排节距为130mm，现场去除低再上数第一组后弯头均流板后发现，南数第7排与第8排蛇形管排后弯头节距为160mm（远大于设计值130mm），节距宽造成烟气通过时阻力减小，烟气量增大，烟气通过流速高，形成烟气走廊，造成管排磨损速率异常升高。

2.2 锅炉尾部烟气流场特性影响

当锅炉烟气从水平烟道进入对流后竖井时做90度转向并下行,靠近转向外侧烟气流速增加，在离心力作用下,飞灰颗粒向炉后侧聚集，飞灰浓度增大，经过低温再热器竖井烟道时，形成“之”字型特性，本次低温再热器泄漏部位正位于烟气流速高、灰尘浓度大的部位，加之烟气走廊，加剧了管排磨损，造成管子磨损泄漏。

2.3 防磨防爆检查存在死角

该机组原始设计的低温受热面区域均较为紧凑，其中低温再热器管排横向间隙小于66.5mm，防爆检查人员只能对低温再热器管排上数1-5排进行手触检查，其它深层管段借助强光手电进行宏观照射检查。由于后弯头管排布置均流板，减小了检查空间，只能触到上数第3根管子，强光手电检查存在局限性，仅能观测到受热面管内侧，此种检查方法不能全面、细致的掌握深层管排健康状况，导致设备的隐患未能及时发现。

2.4 煤质影响

该机组原设计煤种低位发热量为21350kJ/kg，收到基灰分为31.5%，设计煤种入炉煤量为130.82t/h,计算灰量为130.82 t/h×31.5%=41.2t/h。配煤掺烧后，实际入炉煤低位发热量约为16800kJ/kg，收到基灰分为37-41%。按照机组在满负荷工况（300MW）运行时计算，入炉天然煤量达到（21350*130.82）/16800=166.25t/h，灰量达到166.25t/h×39%=64.84t/h，实际运行时的产生量是设计值的1.57倍，相应锅炉受热面磨损速率比设计值增加1.57倍。

综上，低温再热器局部形成烟气走廊，且处于高烟气流速、高粉尘浓度部位，引起管束异常磨损是此次低温再热器泄漏的主要原因。入炉煤质长期偏离设计值，灰分较高是此次低温再热器泄漏的次要原因。

3 防范对策

3.1、限制烟气流速

烟气中携带的飞灰具有一定的能量，当其冲击受热面时，会使受热面金属遭到磨损。烟气速度越高，该磨损越激烈。在设计烟气流速值时，应根据换热效率、磨损速率等条件，综合考虑确定最经济合理的烟气流速。

在实际运行中，应根据入炉煤质理论计算尾部各受热面的烟气平均流速，并通过试验进行数据校核，测量不同负荷变挡板开度前后竖井出入口静压，测量不同负荷工况下预热器后烟气量，并计算3-6%区间的烟气量。同时对尾部各受热面烟道内实际烟气流速测量，作为给粉机限定前后烟气流速比较数据。

同时，为保证机组的升负荷及正常运行稳定性，在DCS内限制给粉机转速上限达到入炉煤热值降低时限制锅炉出力目的。当一台或多台给粉机掉闸时，给粉机平均转速将无法达到要求，由运行人员通过偏置提升其他给粉机转速。如果转速偏大，应重新核定转速数值。

另外，机组实际燃用煤质收到基低位发热量与设计煤质热值偏差较大，灰分含量较高，造成烟气量增加，飞灰浓度增加，烟气流速增大，最终导致磨损异常。为避免以上问题应提高入炉煤热值，控制入炉煤质灰分，使其尽量接近设计煤种。结合入炉煤化验结果数据进行调整，煤质差时不得强带负荷。

3.2、控制煤粉细度

煤粉细度，直接影响飞灰的细度。随着飞灰细度的升高，受热面磨损程度也将加剧。由于影响磨损量的因素与灰量及灰粒特性有关，其中灰粒特性主要有灰粒的直径、硬度、灰粒形状。粒径越大磨损越严重；硬度越高、磨损越严重；具有锐利棱角的灰粒比球状颗粒磨损严重。因此，实际入炉煤质全分析周期应缩短，周期宜缩短为1个月，同时增加灰分成分分析，便于根据灰粒特性监视受热面磨损趋势。

同时应进行粗粉挡板的调整和定期清理工作，防止出现粗粉分离器局部堵塞造成煤粉细度及均匀性变差。对煤粉细度进行定期监测，保证煤粉细度合理、均匀；分析典型燃料灰分SiO2含量，定期监测飞灰SiO2含量。

3.3、燃烧调整

降低运行中过剩空气系数，将飞灰可燃物控制在合理范围内，降低碳粒的冲刷磨损。在日常运行中，应对相关参数做详细规定，并纳入点检范围，跟踪监督；对机组过剩空气系数、飞灰可燃物数据进行监测，对比机组设计参数，对指标严重异常的时间进行记录，积累相关数据对受热面磨损的规律及经验，逐步摸索能有效降低碳粒冲刷磨损的相关具体运行参数。

3.4、设备治理

当受热面管处锅炉本体存在漏点，则该部位灰粒的速度高于该断面的设计烟气流速，当热烟气遇到冷烟气后，温度骤降，体积收缩，压差增大，灰粒速度增加、灰粒变硬，造成受热面局部磨损加剧。需对各部密封进行全面治理，比如人孔门、吹灰器等处。另外，需对节距偏大管排进行整形，恢复至设计值，并对深层管段进行排查，对存在磨损的区域进行专项治理，消除工艺不佳造成的缺陷。

4、总结

燃煤锅炉通过近几十年的发展，锅炉受热面防磨损的设备治理技术和经验已经相当成熟。但四管泄漏仍频发于各火电厂，尤其以尾部受热面为甚。电厂技术管理人员应及时转变思路，从多方面积极入手，对受热面健康状况进行全面综合的控制。除现有的设备治理手段外，在运行控制、操作规范、金属监督及化学监督等全方位提前控制，做到彻底杜绝锅炉受热面泄漏。

参考文献：

[1]大唐国际防磨防爆培训基地.锅炉防磨防爆培训教材[M].中国电力出版社,2016.

[2]周金晃. 锅炉低温受热面磨损的分析及防范措施[J].大科技:科技天地, 2011, 000(017):437-438.