锅炉尾部受热面低温腐蚀的条件 [对锅炉尾部受热面防磨的分析]
时间：2019-04-01 03:22:24 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:本文分析了电厂锅炉尾部受热面运行中存在的问题及治理措施,从而减轻飞灰磨损,提高锅炉效率, 延长锅炉使用寿命。 关键词: 锅炉；尾部受热面；磨损原因；治理措施
Abstract: This article analyzes the boiler tail heating surface existing problems in operation and management measures, so as to reduce the fly ash abrasion, improve the boiler efficiency, prolong the boiler service life.
Keywords: boiler; tail heating surface; abrasion reason; control measures
中图分类号：TU74文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
燃煤锅炉受热面，由于内部是高温高压、超高压的工质一汽、水在流动，使其承受很大的工作压力和各种温差应力；外部是带有固体颗粒或腐蚀成分的高温烟气在冲刷磨损，其工作环境较为恶劣，导致设备健康状况日趋恶化。特别是燃烧灰分大的燃煤锅炉，其尾部受热面处烟气温度比较低，烟气中灰粒相对较硬，发生磨损尤为突出。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，从而逐渐使受热面管壁变薄。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，其结果都将加速受热面的磨损。导致“四管” 泄漏事故发生，对电厂安全运行和经济效益受到很大影响。因此，通过锅炉尾部受热面的冲击磨损机理，提出有效的防磨措施。
1、磨损的机理
锅炉受热面管壁金属的飞灰磨损,是由于高温烟气携带的飞灰颗粒具有的动能所引起,飞灰颗粒冲击受热面金属表面时,消耗了动能并对金属表面产生冲击和切削作用,也就是锅炉烟气中的飞灰在一定温度下有足够硬度和动能,对受热面管子产生磨削作用造成的。
1.1 受热面管磨损位置
飞灰颗粒冲击到金属壁面时的情况可分为正向冲击和斜向冲击二种,而斜向冲击根据力学原理可以分为切线和法线二个方面,切线方向的切向力可使管壁金属产生磨损。 气流中的飞灰颗粒对管壁金属的作用力包括法线方向的冲击力和切线方向
的切削力,而对管壁金属磨损起主要作用的则是切向力,因此当飞灰颗粒的冲击角逐渐减少时,切向力逐渐增大,磨损逐渐严重,当冲击角为30°~50°时,由于冲击力和切向力的双重作用达到最大值,所以磨损也最为严重。当飞灰颗粒的冲击角再继续减少时,切向力和冲击力综合结果所造成的磨损又逐渐减少。
1.2磨损机理和影响因素
飞灰颗粒对于金属表面的磨损主要是机械作用,即由于飞灰颗粒的冲击作用和切削作用所引起,而其中又以切削作用为主。
管壁金属表面的最大磨损量见以下公式。 磨损主要取决于以下一些因素:
式中E max ——管壁金属表面的最大磨损量,g/m2;
a——烟气中飞灰的磨蚀系数,与煤种有关;
M——受热面管材的抗磨系数;
µ——飞灰浓度;
T——锅炉运行时间,h;
kµ ——横断面烟气中飞灰浓度不均匀系数;
kv ——横断面烟气速度分布不均匀系数;
Vg ——烟气速度,m/s;
R90 ——在90µm筛子的飞灰剩余量,%;
kD ——设计烟气速度与平均运行负荷下烟气速度的比值;
S1 ——受热面横向节距,mm;
d——受热面直径,mm。
受热面磨损主要与烟速、飞灰浓度、灰粒特性、管束结构、烟气温度等有关。
1.2.1飞灰速度w
由上述公式可知,烟速若增加一倍,磨损量将增加10倍。烟气流速对受热面磨损的影响最为严重,因此,对于燃用高灰分燃料的锅炉,不宜采用过高的烟气流速,在设计布置受热面时,更应避免局部的烟气流速增大。对于布置在尾部竖井进口处的再热器、省煤器,在靠近前后墙和两侧墙处的管子,最易发生剧烈的磨损,因为这些地区最容易发生局部烟气流速增大,一般可比平均流速高3~4倍,这样由于局部烟气流速增高而引起的局部磨损可增大几十倍,而且在这些局部烟气流速增大的区域,飞灰浓度也随着烟气流速的增大而相应增加,因此磨损情况就更为严重。
锅炉运行时,随着锅炉负荷的增加,烟气流量及流速相应增加,飞灰磨损加快。对于负压燃烧的锅炉,烟道漏风量增大时,因烟气容积增大,流速相应增高,磨损也将加快。
当受热面管处锅炉本体存在漏点,则该处灰粒的速度远高于该断面的设计烟速,因为热烟气遇冷风后,由于温度的骤降,体积将收缩,进出口压差加大,导致烟气速度加大,灰粒速度也将随之骤增。 同时,烟气的流动方向发生骤变,这个方向是烟气的垂直流向与漏入冷风的水平方向的合成,这样会造成有规律的局部磨损,见图1。
图1有冷风时烟气流冲刷锅炉管束
在布置锅炉对流管束时,因为管束不能碰到炉墙或中隔墙,所以管束和炉墙(或中隔墙)之间应留有一定的间隙,该间隙即所谓的烟气走廊。在烟气走廊中的气流因阻力较小,其速度将逐渐增大。
通常用kv来考虑横断面速度分布的不均匀性。当气流转弯90°时,kv =1.25,而转弯180°冲刷时, kv =1.6; kv由1增加为1.25,磨损量将增加一倍以上。
对管束和炉墙之间存在着间隙(即所谓烟气走廊)时, kv值可由此间隙的大小而定,如表1所示。
表1烟气走廊间隙L和kv值的关系
1.2.2飞灰浓度µ
磨损量与飞灰浓度µ的一次方成正比。 飞灰浓度越高,对锅炉受热面的磨损亦越强烈,燃用高灰分燃料的煤粉锅炉,尾部烟道中的受热面管,磨损情况严重。
问题更严重的是由于运行和结构上的原因,如因设计安装不妥而在烟道局部地区形成飞灰浓度集中,例如烟道中存在着烟气走廊或烟气流的急剧转弯等使灰粒分布不均匀,使飞灰浓度在某处局部增大而引起局部磨损加剧。kµ表示其增加的倍数,当转弯90°时, kµ =1.2,而转弯180°时, kµ =1.6。
1.2.3飞灰撞击率η
飞灰撞击管壁的机率与多种因素有关,主要与飞灰的粒径、浓度有关,还与烟速、烟气粘度有关。η越大则η越高。直径越大,撞击的几率也高,因此大灰粒对磨损起了主要作用。
1.2.4灰粒特性
影响磨损量的灰粒特性主要有灰粒的粒径、硬度、粒颗形状。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形灰颗磨损严重。
表2判别灰粒磨损性的等级界限
1.2.5管束的结构特性
烟气横向冲刷管束比纵向冲刷严重,冲刷错列布置管束比冲刷顺列管束严重得多。
1.2.6烟气的温度
烟气温度对许多影响因素都起决定性作用。烟气温度越低,则灰颗粒的硬度越高,对管壁的磨损越严重。另外,如热烟气突然遇到冷空气,温度急降,导致烟气体积收缩,飞灰浓度增加,同时,也增加了其进、出口的压差,使其流速加快,从而加重磨损。
2、影响磨损的因素
受热面磨损受飞灰速度、飞灰浓度、灰粒特性、管束的结构特性和飞灰撞击率等影响。磨损分布是不均的，带有局部的性质。管子金属被灰粒磨去的量正比于冲击管壁的灰粒的动能及冲击次数。灰粒的动能与烟气流速的二次方成正比，而冲击次数在烟气浓度一定时与烟气流速的一次方成正比，因而管子磨损量与烟气流速的三次方成正比。锅炉尾部受热面磨损速度可用下列公式估算：磨损率（nm/year）=57.2×磨损系数×（%灰份/%含碳量）× 流速3.3/烟气温度K。
