熱電廠鍋爐高溫過熱器管磨損原因與防磨技術(shù)分析

黃舜堯

【摘 要】本文分析某熱電廠鍋爐高溫過熱器管磨損減薄原因，并對高溫過熱器管防磨技術(shù)進(jìn)行分析，提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】熱電廠；鍋爐

1.設(shè)備簡介

福建省某味精有限公司熱電廠1#鍋爐是由湘潭鍋爐有限責(zé)任公司設(shè)計制造，江蘇金馬工程有限公司安裝。該鍋爐系單汽包自然水循環(huán)、循環(huán)流化床鍋爐，型號為：XTG-40/3.82-M，采用單鍋筒橫置式、單爐膛、自然循環(huán)、全懸吊結(jié)構(gòu)、全鋼架Π形布置，主要由爐膛、旋風(fēng)分離器、水平煙道和尾部煙道組成。爐膛采用光管水冷壁，水平煙道布置1組高溫過熱器，尾部豎井煙道布置1級低溫過熱器、兩組光管省煤器及一次、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器。該鍋爐累計運(yùn)行小時數(shù)已超過5萬小時。

在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，煤粉通過給煤機(jī)進(jìn)入爐膛，鍋爐燃燒所需空氣分別由一次、二次風(fēng)機(jī)提供。一次風(fēng)機(jī)輸出的空氣經(jīng)一次風(fēng)空氣預(yù)熱器加熱后，通過左右兩側(cè)風(fēng)道引入水冷風(fēng)室，通過水冷風(fēng)室上方布風(fēng)板風(fēng)帽進(jìn)入爐膛。二次風(fēng)機(jī)輸出的空氣經(jīng)二次風(fēng)預(yù)熱器加熱后，通過分布在爐膛前后墻上的風(fēng)口噴入爐膛，具有補(bǔ)空氣、強(qiáng)化擾動的作用。煤粉與空氣在爐膛內(nèi)流動、摻混燃燒，并與布置在四周的水冷壁進(jìn)行熱交換。爐膛內(nèi)燃燒后的煙氣攜帶大量未燃燼炭粒，在爐膛上部進(jìn)行二次燃燒。摻雜大量灰料的煙氣經(jīng)爐膛出口進(jìn)入水平煙道，在水平煙道分別與高溫過熱器對流換熱。煙氣經(jīng)水平煙道后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器，其中大顆?；伊媳环蛛x出來，經(jīng)返料器重新進(jìn)入爐膛，實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后的煙氣依次經(jīng)轉(zhuǎn)向室、低溫過熱器、省煤器、一次風(fēng)空氣預(yù)熱器、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器。由于該鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒原理，可通過向爐膛添加石灰石，降低煙氣的SO2的含量。采用低溫與空氣分級供風(fēng)燃燒技術(shù)，可顯著抑制NOX的產(chǎn)生，具有極高的綜合利用價值。

2.高溫過熱器管磨損情況分析

2.1 磨損情況說明

在該鍋爐2012年內(nèi)部檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)部分高溫過熱器管存在嚴(yán)重磨損減薄現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場超聲波測厚檢測，高溫過熱器管實(shí)測最小壁厚為1.4mm。查閱鍋爐技術(shù)資料，該高溫過熱器管材質(zhì)為12Cr1MoVG，公稱壁厚為4mm，最小需要壁厚為1.488mm。本次高溫過熱器管測厚部位與測厚記錄詳見圖1、表1。

2.2 高溫過熱器管磨損、腐蝕機(jī)理研究

高溫過熱器管磨損減薄機(jī)理極為復(fù)雜，與燃料的種類和飛灰的磨損特性有很大的關(guān)系，如飛灰的顆粒度、硬度、煙氣溫度、煙氣流速、管排布置、管子的耐磨性等。由于循環(huán)流化床鍋爐的飛灰中含有大量未熔化的高硬度礦物質(zhì)，如石英砂、鐵礦石和石灰石等。這些大小不一、形狀各異的雜質(zhì)混雜在煙氣流中，高速沖刷管子表面，磨掉管子表面的氧化物和金屬表層微觀顆粒。煙氣流速與高溫過熱器管磨損速率呈三次方正比關(guān)系，流速越高，煙氣顆粒濃度越大，管子磨損越快。高溫過熱器管腐蝕主要影響因素是燃煤的含硫量，鍋爐在運(yùn)行過程中，高溫過熱器管溫度高達(dá)850℃以上，由于燃煤中的硫等雜質(zhì)的存在，導(dǎo)致高溫過熱器管易發(fā)生高溫腐蝕。參與高溫腐蝕有危害物主要有燃燒過程中產(chǎn)生的SO2、SO3、H2S、HCl、堿金屬鹽等，是多種化全物在高溫環(huán)境下對金屬管壁進(jìn)行復(fù)雜、動態(tài)的腐蝕過程。其中，硫化物是高溫過熱器管產(chǎn)生高溫腐蝕的主要因素。一是煙氣中的硫化氫與管壁產(chǎn)生的腐蝕，硫化氫在高溫下產(chǎn)生硫原子，硫原子與管子中的鐵發(fā)生反應(yīng)生成硫化鐵；二是由不可燃硫在高溫作用下生成硫酸鹽混入灰分熔敷于金屬管壁，降低其高溫機(jī)械性能，實(shí)際上導(dǎo)致高溫過熱器管有效壁厚減少，降低其有效承載能力。

2.3 磨損原因分析

該臺鍋爐高溫過熱器管排產(chǎn)生磨損原因有以下幾個方面：

①該臺鍋爐采用無煙煤與煤矸石摻燒方式，煤質(zhì)較差，導(dǎo)致煙氣中飛灰的顆粒度、硬度較大，還含有大量的鐵礦石與石灰石。煙氣高速沖刷高溫過熱器管表面，磨掉管子表面金屬氧化物與母材，造成管子磨損減薄。

②高溫過熱器管排布置在水平煙道，后側(cè)布置兩個旋風(fēng)分離器，由于循環(huán)流化床的結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致水平煙道靠近爐墻兩側(cè)煙氣流速大幅增加，導(dǎo)致高溫過熱器管在靠近爐墻兩側(cè)部分管排產(chǎn)生較為嚴(yán)重磨損減薄。

③該組高溫過熱器管排僅前數(shù)第1管排迎風(fēng)面布置有防磨瓦，導(dǎo)致后部未布置防磨瓦管排防磨能力不足，進(jìn)一步加大高溫過熱器管排發(fā)生磨損減薄的概率。

3.高溫過熱器管防磨技術(shù)分析

①根據(jù)該臺鍋爐燃燒煤種特性，調(diào)整摻燒煤種比例或改燒無煙煤，改善煙氣中灰分含量，從源頭上降低高溫過熱器管產(chǎn)生磨損減薄概率。

②選用合適的高溫過熱器管防磨涂料。在涂料的選用過程中，應(yīng)選用能夠在金屬管材表面形成一層保護(hù)層，該保護(hù)層能夠有效提高管材的高溫強(qiáng)度、耐高溫特性及耐高溫磨損等，從而延長高溫過熱器管的使用壽命。

③在高溫過熱器管磨損嚴(yán)重部位，加裝防磨瓦，避免管材直接與煙氣接觸，防止管排發(fā)生磨損減薄。

4.結(jié)論

在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，應(yīng)根據(jù)鍋爐高溫過熱器管的實(shí)際磨損情況，及時采取相應(yīng)防磨措施，延長高溫過熱器管使用壽命，充分發(fā)揮鍋爐自身的經(jīng)濟(jì)價值，保障社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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