锅炉磨损机理分析及防范措施.ppt

锅炉受热面磨损机理分析及防范措施,一、燃料中水分、灰分对锅炉工作的影响1、水分对锅炉工作的影响燃料中的水分不利于燃料的燃烧，它会降低炉膛温度，水分太高将导致燃料着火困难；在燃料燃烧后，燃料中的水分吸热变成水蒸气进入烟气中，导致烟气流量增大，锅炉排烟热损失增加，锅炉热效率降低；烟气流量增大，使引风机的电耗增加，增加了厂用电率；在烟道截面积不变的情况下，烟气体积流量增加会导致烟气流速升高，加剧了锅炉受热面的磨损。,2、灰分对锅炉工作的影响燃料的灰分非但不能燃烧，而且还妨碍可燃物质与氧的接触，增加燃料着火和燃尽的困难，还使气体和固体不完全燃烧热损失增加。水、土沙、杂物含量多的劣质燃料，往往着火困难，燃烧也不稳定。燃料中大量灰分的存在，也是炉排、炉膛结焦，受热面积灰和磨损的根源。如果除尘效果不好，还会造成引风机叶轮、壳体磨损，同时也会导致大气污染。因此，控制入炉燃料的水分和灰分，对锅炉设备的安全经济运行，起着十分重要的作用。,,二、生物质锅炉受热面积灰磨损机理目前，引发生物质锅炉承压部件泄漏的主要原因是积灰、磨损和腐蚀。其中三、四级过热器泄漏主要原因为碱金属盐类高温腐蚀，一级过热器、省煤器、烟冷器泄漏主要原因为烟气冲刷磨损和积灰，最后一级烟冷器泄漏主要原因为积灰、低温腐蚀和磨损，炉排对应侧水冷壁区域泄漏主要原因为侧密封中进入灰渣或异物产生的机械磨损。这里重点探讨锅炉尾部受热面省煤器、烟冷器的磨损机理分析及防范措施。,,1、受热面的积灰当带灰的烟气流经各个受热面时，部分灰粒会沉积到受热面上而形成积灰，这是锅炉运行中常见的现象。积灰会影响传热和烟气的流通，尤其是通道截面较小的对流受热面，严重的积灰还会堵塞烟气通道，以致降低锅炉出力甚至被迫停炉。在烟温低于600℃～700℃的尾部受热面上的积灰，大多是松散的积灰。这是因为烟气中碱金属盐类蒸气的凝结已结束，在受热面管子外表面不再有坚实的沉积层。这时的积灰有两种不同情况一是由于气流扰动使烟气中携带的一些灰粒沉积到受热面上，形成松散积灰层；另一种是由于烟气中酸蒸气和水蒸气在低温金属壁面上凝结，将灰粒粘聚而成的积灰。,,烟气中的灰粒是一种宽筛分组成，但大都小于200μm,其中多数为10～30μm。当含灰气流横向冲刷管束时，管子背风面产生漩涡运动。较大的灰粒子由于惯性大，不会被卷进去。进入漩涡并沉积在管子背风面上的大都是小于30μm的灰粒子。灰粒之所以能粘附到管壁表面，是由于金属表面层原子的不饱和引力场所引起的。灰粒越小，相对表面积越大，当它与管壁接触时，就能很容易地被吸附到金属表面上。但灰中极微小的无惯性组分，可以沿气流的流线运动，在受热面上沉积的可能性也不大。实验证明，沉积在受热面上的主要是10～30μm的灰粒。,,对流受热面管子上的积灰，主要集中在管子的背风面，而迎风面很少。这是因为管子的正面部分从一开始就受到大灰粒的打击，因此只有在烟速很低或飞灰中缺乏大颗粒时才出现积灰，而在管子的侧面，由于受到飞灰的强烈磨损，即使在很低的烟气速度下也不会有灰沉积。灰粒在受热面上的沉积，最初增加很迅速，但很快达到动平衡状态。这时，一方面仍有细灰沉积，另一方面烟气流中的大灰粒又把沉积到受热面上的细灰粒剥落下来。达到积聚的灰和被大颗粒冲掉的灰相平衡时，就处于动平衡状态，积灰也就不再增加了。只有当外界条件改变，如烟气速度变化时，才会改变积灰情况，一直到建立新的动平衡为止。,,图一受热面上松散灰的积聚情况与烟气速度有关。随着烟气速度的增大，管子背风面积灰逐渐减少，而迎风面甚至可能没有积灰，如图一所示。这是因为在错列管束中气流的扰动随烟速升高而加剧。气流速度较高时，松散积灰将被吹走。错列管束管子纵向节距越小，气流扰动越大，气流冲刷管子背风面的作用越强，管子上的积灰也就越小。反之，在顺列管束中，除第一排管子外，烟气冲刷不到其余管子的正面和背面，只能冲刷管子的两侧。因此，不论管子正面或背面均将会发生较严重积灰。这也是许多锅炉省煤器较多地采用错列布置的一个主要原因。国能生物质锅炉尾部烟道受热面为顺列鳍片管束，由于燃料灰量较大，有时形成搭桥现象，烧结后如果吹灰不及时，将易形成烟气走廊，对顺列管束的“出列”管排形成严重冲刷导致泄漏。,,,研究表明，积灰程度与气流横向冲刷受热面的方向无关。不论气流自上而下或自下而上，或者在水平方向流动，都能得到类似上图一所示的情况。当烟气流速降到2.5～3m/s时，尾部受热面很容易发生堵灰。考虑到锅炉可能降低负荷运行，那么在设计锅炉时，额定负荷下尾部受热面的烟速应不低于6m/s。这样就可避免在低负荷运行时，因烟速过低而发生堵灰。但烟速也不能太高，否则受热面将受到严重的飞灰磨损。,,2、受热面的飞灰磨损携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗粒的高速烟气通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会剥离掉极微小的金属屑，从而逐渐使受热面变薄，这就是飞灰对受热面的磨损过程。烟速越高，灰粒对管壁的撞击力就越大；烟气携带的灰粒越多（飞灰浓度越大），撞击的次数就越多。结果都将加速受热面的磨损。长时间受磨损而变薄的管壁，由于强度降低很容易造成管子损坏。这不仅会引起受热面管子泄漏，影响锅炉的安全运行，而且检修时还要花费大量的工时和钢材来修复或更换被磨损的部件。灰粒对受热面的撞击力可分为垂直分力（法线方向）和切向分力（切线方向）。垂直撞击力引起撞击磨损，切向分力引起摩擦磨损。当灰粒斜向撞击受热面时，管子表面既受撞击磨损又受摩擦，两者的大小决定于灰粒对受热面的撞击速度。,,受热面的磨损是不均匀的，不仅是烟道截面不同部位的受热面磨损不均，而且沿管子周界磨损也是不均匀的，所以严重的磨损都发生在某些特定的部位。譬如，烟气横向冲刷错列布置的受热面（如省煤器）管子时，磨损情况如图二所示。最大磨损发生在管子迎风面两侧30～50范围内。,,,图二横向冲刷时，管束排列方式不同，磨损情况也不一样。错列管束要比顺列管束磨损严重。在错列管束中第二排管子磨损要比其它管排更严重。这是因为第一排管子前的烟气流速较低，受灰粒的撞击较轻。在第一排管子以后，气流速度增大，第二排管子受到更大的打击。固体灰粒撞击到第二排管子后，动能减小，因此以后各排管子的磨损又减轻。顺列管束磨损较轻，这是因为后面的管子受到前面管子的屏蔽而处于“死角”中。灰粒特性对磨损也有很大影响。首先，在磨损中起主要作用的是飞灰中那些大的颗粒；其次，具有足够硬度和锐利棱角的颗粒要比球形颗粒磨损更严重些。灰粒磨损性能主要决定于灰中SiO2的含量，当其含量超过60时，磨损显著加重。磨损强度当然还与总灰量有关。而总灰量决定于燃料收到基灰分和低位发热量。总灰量愈多，灰粒对受热面撞击的次数就愈多，磨损就愈严重。因此，燃用高灰分、低发热量的劣质燃料的生物质锅炉，其省煤器、烟冷器等尾部受热面会发生严重磨损。,,实际上，在一组受热面中磨损是不均匀的，凡是烟速较大或飞灰浓度较大的部位，受热面的磨损就较为强烈。例如靠近墙壁的管子弯头部位，由于这些地方缝隙较大，烟速较高而形成严重的局部磨损。对生物质锅炉来说，当烟气由转弯烟道转入第四烟气回程烟道时，由于气流转弯，飞灰被抛向后墙附近，使这里的飞灰浓度增高，因而靠近后墙的管子就会受到更大的磨损，这也是近期多台锅炉机组高温段省煤器靠后墙部位管排发生频繁泄漏的原因。受热面金属表面的磨损正比于飞灰粒的动能和撞击次数。飞灰粒的动能同速度的平方成正比，而撞击次数同速度的一次方成正比。这样管子金属的磨损就同烟气流速的三次方成正比（最新研究表明为3.3次方关系）。可见烟速的大小对受热面磨损的影响是很大的。,,三、受热面积灰、磨损防范措施（一）受热面积灰防范措施1、正确合理地使用吹灰器吹灰器是电厂锅炉不可缺少的重要附件之一，其使用的合适与否，直接影响着锅炉的安全经济运行。炉内过程是一种极其复杂的物理化学过程，燃料特性、受热面的结构、温度水平及空气动力工况因素，都影响着受热面的积灰和结渣。迄今，还缺乏真正能够解决炉内积灰、结渣的理论与实践。因此，仅通过锅炉设计和运行调整往往是不能完全彻底解决炉内积灰、结渣问题。实践证明，采用足够数量的吹灰器，在锅炉运行过程中，经常对受热面进行吹扫，能较好地预防锅炉的积灰与结渣问题，保障锅炉安全运行，提高机组可用率。同时，由于受热面在运行中保持清洁的状态和有效的传热，还可提高锅炉效率和降低辅机电耗，具有显著的经济效益。,,国内外在锅炉运行中采用的较为有效的吹灰清扫方式有以下几种对于对流过热器受热面，多数使用旋转伸缩式吹灰器，采用介质一般为蒸汽、压缩空气和水等。在使用蒸汽吹扫某些盐类硬块积灰时，用饱和蒸汽比过热蒸汽更有效。对尾部受热面，有的采用固定式吹灰管，以蒸汽或压缩空气吹扫等。有的还采用了声波及脉冲燃烧喷射式等形式的吹灰器。蒸汽吹灰器，如果位置安装不当或吹灰蒸汽压力控制不当，会引起锅炉管子的严重磨损。当吹灰射流经过一个喷嘴直径距离时，射流将卷吸与射流本身的体积相同的烟气，即射流体积增加一倍。因此，到射流冲击管子时，射流大部分是由载灰的烟气组成。吹灰器每8小时运行一次，每次吹灰约10～20s,如果射流速度高且含有大量灰粒，这个短时间吹灰也可能产生管子严重磨损。因此，对生物质锅炉而言，如果灰分加大的情况下，蒸汽吹灰压力偏高的情况下，也会对管子产生较严重的磨损，必须适当降低吹灰压力，当前经验值控制在1.5MPa左右。,,2、对流受热面设计合适的横向节距燃用灰分较大的燃料时，对流受热面横向节距设计得应该大些，以保证沾污后仍能达到设计的温度水平。但是，如果横向节距太大，则烟气流速太低，也易造成受热面的积灰。3、合理的运行方式来减少受热面的积灰和结渣主要采取合理的过量空气系数，控制烟气量和烟气流速。,,（二）受热面防磨措施1、技术措施为避免受热面磨损，最主要的是控制烟气流速，同时也尽量减小速度分布不均。适当提高烟速可以提高受热面的传热效果，节省钢材，但将增大通风阻力和飞灰磨损。锅炉设计中，对于烟气横向冲刷管束，额定负荷下的烟速不应低于6m/s。这样在低负荷运行时，烟速可不低于3m/s，确保不产生严重积灰。根据有关调查，省煤器中的烟速不宜超过9m/s，否则会引起严重磨损（受热面每年磨损达0.5～0.6mm）。而这又同烟气中的飞灰浓度、飞灰磨损特性以及受热面的容许磨损速度有关。就目前生物质锅炉而言，由于尾部受热面磨损严重，集团公司采取的一项很重要的措施就是根据燃料品质来调度机组负荷，其根本出发点就是控制烟气流速，减轻受热面的磨损程度。,,减少烟气中飞灰浓度，特别是防止局部浓度过高，也是避免严重磨损的有效方法。例如，在烟气第二行程和第三行程之间加装惯性分离器设备，也可使进入尾部烟道的飞灰量有所降低，磨损减轻。加装防磨板或防磨瓦的装置。由于结构问题或流动分布不均，仍会出现局部烟速过高，飞灰浓度过大，从而引起严重的局部磨损。因此要在受热面易受磨损的部位加装防磨装置。如图三为一级过、省煤器管子经常采取的防磨保护装置。这时受磨损的不是受热面管子而是保护部件，检修时只要更换这些部件即可。,,,,图三采用加鳍片管束的防磨措施。试验研究表明，加鳍片后管子的磨损量明显下降，加鳍片之所以能够减轻冲击磨损，主要原因是原来要冲击到管子壁面的颗粒有一大部分或是冲击到鳍片并反弹离开了管子，或者是先冲到鳍片反弹后减弱了冲击能量再撞击到管壁，从而导致颗粒对管壁的冲击磨损能力的减弱（见图四）。,,,图四增加了鳍片或膜板后即等于增加了受热面，从而可以减少管数。因此，在相同的烟道截面积下，可降低烟气流速，这将明显减轻受热面的磨损。关于采用鳍片管束的实验研究表明，鳍片管传热性能比光管高30以上，在保持吸热量不变的前提下，鳍片管代替光管可使尾部受热面减少25左右的管排数，从而可使烟气速度降低7.2以上，若按照磨损量与烟速的三次方成正比计算，磨损速度为光管时的0.8倍，即可延长使用寿命25左右。管子表面可进行热处理。主要有渗碳处理，可延长12左右寿命；固态渗硼处理，管子经渗硼后其渗硼层的耐磨性较好，耐磨性为碳钢的5倍；双层涂料碳氮共渗工艺，使用该新工艺后渗入深度达0.5～0.7mm，硬度为HRC67,,2、管理措施受热面防磨防爆工作，是电厂里平凡的常规工作，没有什么高深的理论，关键是管理思路、制度措施体系和具体的做法上的区别，更重要的是态度。设备是电厂生产的基础，对待设备和四管泄漏问题，应该像对待我们自己的身体一样来关心和爱护，才能保证设备运行健康和持久。锅炉“四管”检查是防止泄漏的重要手段和措施，很多单位采用的方法是多人进行短时突击检查。但是由于检查人员的水平不一、责任心不一，且个人未承担明确的责任，“四管”检查起不到应有的作用。因此，锅炉“四管”检查必须采取专人进行检查，每人有明显的检查范围，并在检查结果上签字，对因责任心不强，能够检查而未检查到的部位承担相应的责任。只有采取这样的检查方法，才能增强检查人员的责任心。,,具体的防磨防爆工作，往往都以问题和事故为主导，这个方面存在问题，就狠抓这个方面，治理一段时间会归于平静，再去重视其他问题，但机组的运行条件总会不断发生变化，例如燃料料质、运行方式、人员、体制等方面的一些变化，或者治理不彻底、工作阶段性放松，都会使问题和原因重新出现和积累，导致再次发生；而且问题存在不同层面，也有不同的作用机理和方式，由于认识和重视不足，会使问题向深层次和另一个方面转化。所以锅炉四管泄漏具有周期性和反复性的特点。,,引发锅炉四管泄漏的因素总是存在，而且这些因素所造成的结果在不断积累，那么防磨防爆工作首先是风险评估和预防，就是去面对那些琐碎的具体问题，做起来又存在大量艰苦的管理、协调和总结工作，表面上一时也不一定能够看到明显的效果；所以防磨防爆工作要常抓不懈，重在优化运行、消除原因和预防。重在检查、判别和消除问题累积。如果这方面工作松懈，做不到位，导致问题持续累积，尤其是焊接质量、磨损等问题造成的泄漏一旦发生，容易重复出现，做起来又不能一招制敌、一时见效，容易出现懈怠和忽视。所以，防磨防爆工作平淡而艰苦，不具有功利性。,,各个项目机组的运行条件和设备健康状况不同，锅炉四管泄漏问题也或轻或重，甚至在一定时期内没有发生，但是造成四管泄漏的因素总是存在的，所以不管电厂自己设备的现状如何，都必须重视这方面的工作，常抓不懈，只有做扎实系统性的具体工作，才能起到预防作用和少出问题。发生问题后，必须深入分析原因和整改，所以不论从管理和思路、制度和措施、人员安排和学习培训、具体工作和技术档案建立、交流和协作方面，都需要非常强的系统性和适应性。防磨防爆的工作方法，总体说来，有几点比较重要。,,1）建立层次分明的网络和考核制度。项目公司领导亲自抓，建立厂级、部门和班组的防磨防爆网络，建立专项考核制度和激励机制。2）建立完善的工作制度和标准体系。对于电厂来说，现在管理和技术都在不断地深入，不论是制度、标准和规程，都不可能是一个就可以包打天下，都越来越细化、具体和具有适应性，成为完整的体系。防磨防爆工作内容比较多，电厂应该有一套完善的工作制度和措施标准体系来规范这方面的工作，使具体人员有章可依。,,3）配备合格和充分的专业人员。防磨防爆工作的专业性和经验性非常强，有一整套具体的做法要去执行，所以有关专业人员应该固定，应该有积累和传承。必须抓好人员的稳定、培训和协作。4）规范检查工作和下功夫进行设备治理。防治四管泄漏是以预防为主，所以检查和分析工作是首要的。但电厂受热面大，管子数量多，如何检查，不能单靠人的因素，必须做到制度化、规范化、程序化。5）建立完整的设备技术档案。防磨防爆工作非常细碎、具体，更要重视技术数据、资料的积累和档案管理。,,6）解放思想、转变观念、开拓工作。防磨防爆工作难做深做实，所以要解放思想，还要自己创造条件，发挥主动性，在人员技术培训和设备治理方面舍得花大力气。可利用机组检修的机会，邀请兄弟单位的防磨防爆专家，在电科院配合下，开展防磨防爆示范性工作，既能发现问题，又能培训自己的人员，制度也能得以不断完善和创新。,,谢谢大家,