徐州華潤電力有限公司 劉新超

1 設(shè)備概況

工廠5號、6號機(jī)組為1000MW 超超臨界機(jī)組，鍋爐型號為SG-3044/27.46-M535，為上海鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、四角切圓燃燒直流塔式鍋爐。

表1 鍋爐容量和主要參數(shù)（BMCR 工況）

爐膛寬度21480mm，爐膛深度21480mm，鍋爐上部沿著煙氣流動方向依次分別布置有一級過熱器、三級過熱器、二級再熱器、二級過熱器、一級再熱器、省煤器。來自汽水分離器出口的4根蒸汽管道引入2根一級過熱器進(jìn)口集箱，經(jīng)由爐內(nèi)懸吊管從上到下引到爐膛出口處的一級過熱器，進(jìn)入一級過熱器出口集箱。一級過熱器進(jìn)口集箱分出來89片管屏，每屏7根管子，這些管子作為懸吊管，支吊省煤器、一級再熱器、二級過熱器、二級再熱器、三級過熱器、一級過熱器出口段等受熱面。省煤器布置在標(biāo)高96145mm～103875mm，為順流布置，省煤器BMCR 工況進(jìn)口煙溫507℃，出口煙溫379℃，該處煙氣設(shè)計流速7.1m/s。

省煤器管子規(guī)格為Φ42×6.5，管材為SA-210C，沿著爐膛寬度方向從左到右布置有178排管屏，每排管屏8根管子，管排橫向節(jié)距120mm，縱向節(jié)距80mm。

2 主要問題

2.1 穿墻管磨損

5號、6號鍋爐出口段穿墻管均發(fā)現(xiàn)磨損情況，尤其5號爐在靠近前墻的省煤器出口段穿墻管磨損情況較普遍，磨損嚴(yán)重位置在從上向下數(shù)第 7、8 根穿墻管，且此處位置由于空間狹小，測厚數(shù)據(jù)無法保證測到最低點(diǎn)，后通過割除省煤器出口聯(lián)箱對應(yīng)的水冷壁鰭片進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)從爐左往爐右數(shù)1到37排、第89到178排管排均為從上向下數(shù)第8根管迎風(fēng)面磨損最嚴(yán)重，壁厚磨損量均超過30%，已達(dá)換管標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 省煤器管磨損部位

2.2 讓位懸吊管磨損

靠近吹灰器通道的懸吊管都加裝了防磨瓦，但部分靠近省煤器蒸汽吹灰器的讓位懸吊管，防磨瓦長度不夠，無防磨瓦處磨損減薄嚴(yán)重。

2.3 管卡處磨損

與爐內(nèi)懸吊管管卡接觸的省煤器管排部分有明顯的碰磨痕跡，在迎風(fēng)面還呈現(xiàn)出與穿墻管類似的磨損平面凹溝。檢查發(fā)現(xiàn)爐后第7排懸吊管區(qū)域省煤器托塊部位，從右墻向左墻數(shù)第1到24排的省煤器管迎風(fēng)面均存在磨損情況（1～2mm），從左墻向右數(shù)1到24管排磨損情況類似。

3 原因分析

3.1 飛灰磨損機(jī)理

攜帶固態(tài)灰粒的煙氣以一定的速度流過受熱面時，由于灰粒的撞擊和沖刷作用，致使受熱面管壁逐漸變薄，這種現(xiàn)象稱為飛灰磨損。飛灰磨損有沖刷磨損和撞擊磨損兩種基本類型。

沖刷磨損是灰粒相對管壁的沖擊角較小，甚至接近于平行。灰粒垂直于管壁表面的分離使它楔入被沖擊的管壁，而灰粒與管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑動，兩個分力合成的結(jié)果起到一種對管壁表面切削的作用，如果管壁經(jīng)受不起合力的切削作用，就有金屬顆粒脫離母體而流失。在大量飛灰長期反復(fù)切削作用下，管壁表面將產(chǎn)生磨損。

撞擊磨損是指灰粒響度與管壁表面的沖擊角度較大，或接近于垂直，以一定的運(yùn)動速度撞擊管壁表面，使管壁表面產(chǎn)生微小的塑性變形或顯微裂紋。在大量飛灰長期反復(fù)地的撞擊之下，逐漸使塑性變形層整片脫落而形成磨損。

一般在鍋爐受熱面的磨損中，飛灰對受熱面的沖擊角度范圍為0°～90°，因此鍋爐受熱面的磨損是上述兩類磨損綜合作用的結(jié)果。鍋爐受熱面管排受煙氣磨損的最大磨損量可按以下經(jīng)驗(yàn)公式近似計算：

式中，Emax表示管壁最大磨損量，α 表示磨損系數(shù)，kμ表示飛灰濃度不均勻系數(shù)，kω表示飛灰速度不均勻系數(shù)，μ 表示煙氣中的飛灰濃度，ω 表示平均煙氣流速，s1表示管束橫向節(jié)距，d 表示管子外徑，kD表示額定負(fù)荷與運(yùn)行負(fù)荷下煙速的比值τ 表示鍋爐運(yùn)行時間，R90表示飛灰細(xì)度，η 表示灰粒碰撞管壁的頻率因子。

從上述式子可看出，管壁磨損量與煙氣流速的3.3次方成正比，與灰粒飛灰濃度成正比，飛灰細(xì)度越大，灰粒越粗，磨損也越大[1]。

3.2 省煤器出口段穿墻管位置影響

省煤器進(jìn)口煙溫為507℃，出口煙溫為379℃，煙氣溫度相對較低，煙氣中灰粒相對較硬，使省煤器的管子易于磨損。省煤器出口段穿墻管上方除一級過熱器進(jìn)口段穿墻管外，無其他受熱面管束布置，且兩者高度約2.7m，形成較明顯的煙氣阻廊，煙氣流速高，而管壁磨損量與煙氣流速的3.3次方成正比，故此處穿墻管磨損嚴(yán)重。

圖2 煤器出口段穿墻管位置

3.3 蒸汽吹灰器吹損

由于新能源裝機(jī)容量不斷增加，燃煤機(jī)組深度調(diào)峰時長和頻率增加，伴隨著高灰分煤種摻燒比例的上升，本廠5號、6號鍋爐深調(diào)期間多次出現(xiàn)塌灰現(xiàn)象，導(dǎo)致運(yùn)行磨組多火檢丟失，嚴(yán)重影響鍋爐低負(fù)荷安全運(yùn)行。為防止積灰，省煤器區(qū)域的吹灰頻次明顯增加。而省煤器懸吊管中部分讓位懸吊管距離省煤器區(qū)域蒸汽吹灰器較近，且其防磨瓦長度未能有效覆蓋蒸汽吹損區(qū)域，造成長期蒸汽吹損，吹灰頻次的增加，加劇其吹損減薄。

3.4 入爐煤種的影響

受煤炭市場影響，本廠鍋爐摻燒低熱值、灰分大、可磨系數(shù)小等經(jīng)濟(jì)煤種比例呈上升趨勢。管壁的磨損量與煙氣中的飛灰濃度成正比，與灰粒的直徑成正比，燃用灰分大、可磨系數(shù)小的煤種時，會造成煙氣的飛灰濃度大，灰粒粗，受熱面管子更易受到磨損。摻燒低熱值煤種時，相同負(fù)荷下總煤量增加，對應(yīng)的煙氣量增大，導(dǎo)致煙氣整體流速升高，使得煙氣攜帶飛灰的動能增大，加劇了受熱面管子的沖刷磨損。

4 治理措施

4.1 穿墻管更換及加裝護(hù)瓦

省煤器管排布置密集，管排橫向節(jié)距120mm，縱向節(jié)距80mm，受熱面彎頭與前墻中心線距離150mm，省煤器出口穿墻管與下部彎頭距離為140mm，此次需更換的穿墻管均為從上往下數(shù)第8根管，檢修空間狹窄，對此穿墻管磨損管段直接切割換管及后續(xù)焊接、焊口檢測均不具備施工條件?？紤]在盡可能減少因換管帶來的犧牲焊口數(shù)量及滿足現(xiàn)場施工的條件，采取最優(yōu)方案：在省煤器第8根穿墻管對應(yīng)的管子的爐后彎頭前的直管段上選取一個切割焊口A，從鍋爐前墻往爐外拉出需更換的穿墻管段至B 點(diǎn)，更換并加裝護(hù)瓦后再推入爐內(nèi)原位置焊接，如圖3所示。

4.2 優(yōu)化省煤器出口阻流板布置

結(jié)合制造廠家建議，將省煤器出口阻流板由原來的腰形孔阻流板更換為圓孔阻流板，阻流板寬度由300mm 增加至700mm，增加其調(diào)整區(qū)域，因阻流板寬度增加，考慮其整體效果，經(jīng)制造廠家計算，同步將阻流板與省煤器管排的間距由300mm 增加至350m，如圖4所示。

圖4 省煤器出口阻流板樣式

4.3 讓位懸吊管防磨瓦加長，受熱面加裝聲波吹灰器

第一，利用檢修機(jī)會，將省煤器讓位懸吊管的防磨瓦加長，消除磨損防護(hù)盲區(qū)。原省煤器與一級再熱器區(qū)域吹灰器布置見表2。

表2 吹灰器布置統(tǒng)計表

第二，在一級再熱器與省煤器之間增加一層聲波吹灰器，適當(dāng)降低省煤器區(qū)域蒸汽吹灰頻次，防止受熱面蒸汽吹損。聲波吹灰器布置如圖5所示。

圖5 加裝聲波吹灰器布置圖

第三，加強(qiáng)聲波吹灰器的維護(hù)。聲波清灰的原理是將一定強(qiáng)度和能量的聲波送入運(yùn)行中的鍋爐內(nèi)各種可能積灰結(jié)渣的空間區(qū)域，通過聲能量的作用使這些區(qū)域中的空氣分子與粉塵顆粒產(chǎn)生振蕩，破壞或阻止粉塵粒子在受熱面管子表面沉積，使之始終處于懸浮流化狀態(tài)，被煙氣帶走。而受熱面上結(jié)成的塊狀灰渣和硬灰垢，在聲波的作用下，尤其是在極高的加速度的外力策動下，會從受熱面斷裂、剝離，落入灰斗或被煙氣帶出煙道。為了確保聲波喇叭有一個適當(dāng)?shù)目諝鈮毫?，以便正常工作，?yīng)定期檢查壓力表（每周一次）。這些壓力表在聲波喇叭工作期間顯示的壓縮空氣壓力應(yīng)不低于0.4MPa，應(yīng)定期清理過濾器，定期檢查電磁閥。

4.4 與省煤器懸吊管管卡結(jié)合處管排加裝阻流板

檢修期間對與省煤器懸吊管管卡結(jié)合處管排磨損、沖刷情況重點(diǎn)排查，對磨損區(qū)域管排敷設(shè)阻流板封堵，阻流板采用圓孔設(shè)計，選用SA204-A 材料，寬度距懸吊管中心前后各延伸496mm。

4.5 減小灰粒直徑

嘉峰煤等無煙煤摻燒比例上升，嘉峰煤揮發(fā)分含量低，著火困難，不易燃盡，屬低反應(yīng)能力燃料。嘉峰哈氏可磨性系數(shù)約為38，可磨性較差，本廠磨組為中速輥式磨，設(shè)計哈氏可磨系數(shù)為65，對無煙煤等可磨系數(shù)低的煤種適應(yīng)性較差。燃用嘉峰煤后，磨煤機(jī)內(nèi)部磨損大，維護(hù)、大修周期縮短，且易導(dǎo)致磨組出力下降、石子煤量增大，易發(fā)生堵磨，影響燃燒，磨煤機(jī)容易發(fā)生振動等情況，只能控制磨組降低磨煤量。按照經(jīng)驗(yàn)，灰粒直徑越大，磨損也越大。燃用難磨煤種時，應(yīng)及時化驗(yàn)煤粉細(xì)度，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果同步調(diào)整加倉方案和煤粉細(xì)度，防止灰粒過粗，加劇磨損。

4.6 減少煙道漏風(fēng)

煙道漏風(fēng)嚴(yán)重不僅會使鍋爐效率降低，還會使煙氣流速升高，加劇受熱面管子磨損。加強(qiáng)鍋爐嚴(yán)密性檢查，重點(diǎn)檢查穿墻管、人孔門、伸縮節(jié)等部位，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)及時消除，提高爐墻的保溫密封質(zhì)量[2]。

4.7 治理效果

省煤器穿墻管、管卡、讓位懸吊管等區(qū)域防磨盲區(qū)消除，優(yōu)化了吹灰方式，調(diào)整加倉方式及控制煤粉細(xì)度，對吹灰及煤種帶來的影響進(jìn)行了針對性防治，省煤器受熱面運(yùn)行正常，未發(fā)生受熱面管子明顯減薄及泄漏。