发电厂燃煤锅炉防磨技术解析

从金属磨损的机理入手，采用主动防磨和被动防磨2种策略，对锅炉本体、辅机、辅助系统防磨技术进行了分析。

长期以来，冲蚀磨损一直严重制约着燃煤电厂的安全与经济运行。磨煤机出口、排粉机机壳、叶轮、粗（细）粉分离器、煤粉管道，以及烟道、输灰、输渣、输灰浆管道等部位，由于受到高速流动的煤粉或飞灰的冲刷剥离、摩擦、缩短了系统的使用寿命。而锅炉本体受热面中的“四管”―水冷壁管、省煤器管及过热器管、空预器管等，则由于受到烟气中飞灰的冲刷、高温氧化和含硫气体的高温腐蚀，经常出现管道泄漏及爆管事故。为此，人们一直在不断地探索各种耐磨防磨技术。以期找到可靠及有效的方法和技术解决这一难题。 
　　金属磨损的机理 
　　金属磨损可分为两类：一类是金属表面在固体颗粒的冲刷下，金属部件的逐渐失重。另一类是金属表面形成一层氧化膜，膜的硬度很高，但较脆；在物料颗粒的冲刷下，氧化膜出现极小微块的剥落，在剥掉的金属表面上再形成新的氧化膜层，磨损就在这一过程中进行。 
　　相关试验证明，金属壁面的磨损速率与冲刷粒子的速度成3～3.5次方的关系，与灰颗粒直径成平方的关系。这揭示了金属磨损与流动粒子大小及其速度密切相关：一定流速下，粒子粒径越大磨损越严重；一定粒径下，流速愈高，磨损越严重，而且流速稍增加一些，磨损率却提高很多。 
　　磨损的分类与对策 
　　由物理常识可知，只要有物流存在，物与物之间就要发生摩擦，只是摩擦力大小不同而已，因此在燃煤发电厂生产过程中发生金属磨损是难以避免的。实际生产中如何能有效地减缓磨损以及将磨损所造成的影响降至最小，才是我们最关注的问题。 
　　煤仓，由于受到流动煤粉或煤粒的冲刷，尽管速度不是很快， 日久也会将煤仓壁磨漏；灰浆泵房输灰管线，尤其是变径管及弯头由于灰浆中渣粒子的不断冲刷而将管道磨穿；气力输灰、输渣系统中的管道、阀门等均因不可避免的粒子流动造成磨损，炉本体内因烟气流动使得烟气中飞灰不断冲刷“四管”外壁，再加上炉内高温区域的氧化，使飞灰所经之处无不成为磨损的对象。 
　　将上述情况中一定发生的磨损因素称为不可抗拒磨损源。对不可抗拒磨损我们应采用被动防磨策略。即用某种耐磨材料通过一定施工工艺将欲保护管壁隔离开，用耐磨材料的消耗来代替被保护的管壁的磨损，以实现设备持续安全运行、延长检修间隔，降低检修费用的目的。 
　　生产实际情况中，我们还存在另一种磨损因素，该种因素因厂因炉而异，即人为的磨损因素，称为可防范磨损源。对可防范磨损我们应采用主动防磨策略，用磨损机理去指导设计、安装、运行与检修工作，用控制磨损为准则指导正确运行操作，实现规避磨损，降低磨损，不增加费用而实现设备的连续安全运行。 
　　防磨技术应用解析 
　　一、主动防磨措施应用 
　　锅炉岛结构与设计尽可能做到优化与合理，如锅炉本体结构设计要保证不出现烟气短路，受热面布置应在保证换热效果好的前提下优先考虑飞灰冲刷因素，将烟气流速设计在经济合理范围内。对流受热面烟气流速高，换热效果好，制造成本低，但磨损加剧，反之换热效果差，制造成本高，磨损轻，因此磨损与热效率是一对矛盾，这就要求设计院专家从理论与实践出发，选择合理烟气流速，达到一个最佳平衡点。另一方面，生产使用单位在运行中对风压与烟压的控制应合理，如风机配合问题，负压炉应使负压最小为佳，正压炉应使烟压微正压为佳。烟压正、负波动过大或过偏均会加剧磨损的发生。总之，运行人员应通过科学操作、精心调整，使锅炉在不同负荷下均能保证炉膛出口烟压接近设计值。 
　　易发生磨损的输料管道，在管道膨胀的前提下，尽可能少设计弯头、变径管；在保证使用功能前提下，尽可能少装不必要的阀门，减少管路内壁和阀门的磨损。运行方面，考虑到任何物料的设计流速均有一定备用系数，运行人员可用最小流速（以满足工艺条件为前提）控制物料的输送。 
　　在安装及检修过程中，质检人员应严格要求按设计图施工，尤其在抢修过程中，不能因为时间紧而忽视安装与检修工艺质量；坚决杜绝形成烟气走廊。因为一旦锅炉内部在烟气流经途中发生飞灰短路，将使局部飞灰流速剧增，造成局部磨损加剧。 
　　二、被动防磨措施应用 
　　被动防磨方法较多，而且不同部位相应方法不同。随着新材料新工艺的发展，防磨方法不断推陈出新。有非金属与金属之分： 
　　a.非金属材料有：铸石管与石板，陶瓷管与陶瓷板，高分子塑料板，耐火耐磨砖，耐火耐磨浇注料。 
　　b.金属防磨材料有：普通钢材厚壁管，耐磨钢管与钢板，防磨抓钉，防磨角铁、板、瓦（弧形板），耐磨合金丝或粉料，球型弯头，含耐磨合金的铸铁。 
　　对于给煤系统，原煤仓适合采用铸石板作内衬或采用高分子塑料板作内村，推荐使用高分子塑料板。因为铸石板较厚，运行中易脱落，荷重大；高分子塑料板较薄，运行中不易脱落，荷重轻，造价略高些。对于制粉系统的磨煤机出口、排粉机机壳，可考虑采取局部金属喷涂的方式，粗（细）粉分离器既可用耐磨合金喷涂内壁，出口衬陶瓷材料，若管径允许，可采用陶瓷复合管制作粗（细）耪分离器壳体。对于煤粉管道宜采用厚壁管或陶瓷复合管。 
　　对于灰渣系统，水力除灰系统中，灰渣沟一般可采用铸石板作内衬，造价较低；对于室内灰渣沟也可考虑采用高分子塑料板作内衬；直接接触高温灰渣沟段，可局部采用耐磨材料浇注烧结成形砌筑沟壁。输灰渣浆管道可采用复合铸石管（加筋最佳），或陶瓷复台管。一般来说铸石制品选择，以辉绿岩最佳，玄武岩其次，辉绿岩各项指标优于玄武岩，而且理化性能优的铸石制品往往内加钢筋网。直管线，尤其在室外直埋的灰渣管线以采用铸石管最优，室内管线及室内、外弯头处采用陶瓷复合管为优。除干灰系统中，灰、渣仓库内衬可用铸石板，输干灰渣的管路均可采用陶瓷复合管或直管采用陶瓷复合管而弯头采用球形耐磨弯头或者在灰渣流速设计值较低情况下，直管段采用碳钢厚壁管，弯头采用球形耐磨弯头也较好。 
　　锅炉本体，水冷壁（炉膛部分）密相区或卫燃带区域、孔门处可浇注耐火耐磨浇注料，或采取耐磨合金喷涂办法。对于折焰角处可采用耐磨浇注料或金属喷涂方法，屏式过热器可局部采用防磨瓦、防磨板（金属）或金属喷涂方式，也可采用耐火耐磨浇注料方式。顶棚或转向烟室烟气冲剧处，侧包墙过热器可用防磨金属弧形板，耐磨角钢，金属热喷涂等方式。在不影响传热前提下，也可采用耐火耐磨浇注料覆盖。对于尾部竖井中受热面，包括低过（个别炉型含高过）、省煤器、空预器（尤其卧式空预器）管子防磨可根据烟气流速，易冲刷部位综合采用防磨板、瓦（金属）、金属盖板、耐磨鳍片管省煤器或金属喷涂等方法。值得一提的是防磨喷涂技术中，有非金属喷涂（附着力小，影响传热）与金属喷涂（附着力大，不影响传热）之分，喷涂工艺上有冷、热喷涂，选用材料、配方及施工工艺十分关键。 
　　结论 
　　在实际应用防磨策略中，我们必须搞清磨损的机理与部位，分清原因，因地制宜地综合考虑防磨方法，将主动防磨与被动防磨有机地结合起来，具体部位视具体情况采用不同策略来处理各种磨损问题。