660 MW超超臨界機組鍋爐尾部受熱面磨損分析

易大銳，王曉亞

(1.江蘇國華陳家港發電有限公司，江蘇 鹽城 224631;2.江蘇電力建設第三工程公司，江蘇 鎮江 212003)

0 引言

燃煤鍋爐煙氣中含有硬度較高的顆粒，會在鍋爐流道內對受熱面管產生沖擊。運行時間越長，管子表面磨損越嚴重，致使鍋爐無法安全、穩定運行。據大量文獻數據統計，鍋爐事故占整個機組停機事故的70%，磨損爆管占鍋爐受熱面事故的70%，因此，對于鍋爐磨損問題的研究顯得非常重要［1］。

目前，有關鍋爐飛灰顆粒對管子磨損的問題，國內、外都做了大量研究，取得了較大進展［2］，豐富了磨損的數值計算理論，同時也在運營電站中進行了實踐。

1 鍋爐尾部受熱面概況

江蘇國華陳家港發電有限公司配備上海鍋爐廠生產的SG－2037/26.15－M626型2037 t/h超超臨界直流Π型鍋爐。

Π型鍋爐尾部煙道煙氣流場較平穩，受前、后煙氣流場影響較小，流場情況相對簡單，故本文只對尾部受熱面磨損原因進行分析［3］。

低溫水平過熱器全部布置于后煙井后煙道(中間隔墻與后墻之間區域)內，低溫再熱器布置于后煙井前煙道(前包墻與中間隔墻之間區域)內。均順列排列，與煙氣成逆流布置，共134片，沿爐膛寬度均布。省煤器布置于鍋爐后煙井低溫過熱器、低溫再熱器下方，如圖1所示。

低溫過熱器、低溫再熱器只在吹灰器孔區域設計有防磨瓦，省煤器在吹灰器孔區域原設計有防磨瓦。

鍋爐原設計只在后煙井前煙道的中隔墻上、后煙道的后包墻上(如圖2所示)及省煤器進口處前、

圖1 省煤器布置情況

后墻上(如圖3所示)焊有煙氣阻流板，以防形成煙氣走廊而造成局部磨損。

2 計算與分析

由于磨損受飛灰顆粒在煙氣中分布、煙氣流速、顆粒大小、硬度等多個條件的影響，選用1973年鍋爐熱力計算標準(前蘇聯)推薦計算公式

式中:Emax為最大磨損量;a為與煤灰磨損特性及管束結構有關的磨損系數，可近似選取a=14×10－9mm·s3/(g·h);η為灰粒碰撞管壁的頻率因子，求最大磨損量時，η=1;M為管材的抗磨系數，碳鋼管M=1.0，合金鋼管M=0.7;qV為管束計算斷面處煙氣中飛灰的質量濃度(根據空氣預熱器出口煙氣中飛灰的質量濃度 8.14 g/m3，近似取 qV=10.00 g/m3);kqV為飛灰質量濃度場不均勻系數，Π形布置時，kqV=1.2;t為鍋爐運行時間(鍋爐廠承諾80 000 h);R90為飛灰細度(近似取磨煤機煤粉設計細度R90=18%);kv為煙氣速度場不均勻系數，Π形布置時，kv=1.25;kD為鍋爐額定負荷時煙速與平均運行負荷下煙速的比值，對于蒸發量≥120 t/h鍋爐，kD=1.15;vg為管束間最窄截面處的平均煙氣流速(假定灰粒沖擊管壁的速度等于來流速度)，管束前平均煙速為，則，m/s(d為受熱面管子外徑，mm;s1為管束橫向節距，mm)。

2.1 低溫過熱器磨損計算結果

2.2 低溫再熱器磨損計算結果

2.3 省煤器磨損計算結果

結合火力發電廠檢修標準:碳鋼和低合金鋼管的壁厚減薄大于30%，低溫過熱器管減薄量δ=7.50×30%=2.25(mm);低溫再熱器管減薄量 δ=4.00×30%=1.20(mm);省煤器 管減薄量 δ=7.80 ×30%=2.34(mm)。由上述標準可知，在無防護措施、恒定鍋爐最大連續蒸發量(BMCR)、均勻條件、考慮不均的情況下，低溫過熱器、低溫再熱器、省煤器在不更換管子的前提下不可能滿足80000 h的運行要求。需要更換管子的時間:低溫過熱器，2.5年;低溫再熱器，不到1年;前煙井省煤器，3.5年;后煙井省煤器，1.5年。

某600 MW電站鍋爐省煤器設計安裝了3 mm厚的防磨瓦，在運行2年后已磨穿，說明磨損速度在1 mm/年以上，個別拐角處磨損速率已接近 3 mm/年［4－5］。

3 檢修實際情況

#1機組已投入商業運行2164.15 h，#2機組已投入商業運行2393.70 h，平均運行2 278.93 h。在停機備用檢修時對尾部受熱面普查發現:低溫過熱器蛇形管排最上層平均減薄0.1 mm，第3層平均減薄0.2mm，其中個別地方減薄0.4mm。低溫再熱器蛇形管排最上層無減薄，第3層平均減薄0.1 mm。省煤器蛇形管排最上一層平均減薄0.1 mm，第2層平均減薄0.2 mm，其中個別地方減薄0.3 mm。

省煤器第1層與第2層中間隔墻存在磨損減薄現象，平均減薄0.2 mm，中間隔墻中的一根管子存在1個5 mm×5 mm，深2～3 mm的凹坑。

由上述檢查情況可見，鍋爐實際磨損情況比計算結果好一些，但磨損情況不容樂觀［6－7］。

4 結論

江蘇國華陳家港發電有限公司鍋爐尾部受熱面設計的防磨裝置(含阻流板)過于簡化，起不到防磨作用。以上計算未考慮煙氣走廊、鍋爐超負荷運行等惡劣情況，鍋爐尾部受熱面防磨罩完善如下:

(1)低溫過熱器、低溫再熱器管排需要在每層上面及拐角處滿裝防磨瓦。

(2)低溫過熱器、低溫再熱器管排需要在每層下面拐角處裝設防磨瓦。

(3)低溫再熱器吹灰器區域防磨罩長度不足，倒Z彎管處無防磨罩。

(4)低溫過熱器、低溫再熱器、省煤器與四周墻壁間需要裝設防止煙氣偏流的阻流板。

(5)將3 mm厚的防磨瓦加厚。

影響鍋爐飛灰磨損問題的因素很多，是一個復雜的技術問題，還需要在江蘇國華陳家港發電有限公司技術人員在機組運行中做大量的科學試驗和實踐論證，進一步發現磨損原因，研究防磨措施，以提高鍋爐的安全、穩定性，確保鍋爐長周期運行。

［1］岑可法，樊建人，池作和，等.鍋爐和熱交換器的積灰、結渣、磨損和腐蝕的防止原理與計算［M］.北京:科學出版社，1994.

［2］張家元，周孑民，閆紅杰.煤粉鍋爐膜法富氧局部助燃技術［J］.中南大學學報:自然科學版，2007，38(5):857－862.

［3］鄒嘉奇，陳永彬，張東.超臨界鍋爐屏式過熱器受熱面超溫原因分析及對策［J］.華電技術，2010，32(10):16－17.

［4］董琨，王環麗，許愛軍.國產1000 MW超超臨界鍋爐基建期受熱面缺陷的分析與治理［J］.華電技術，2010，32(11):1－4.

［5］徐軍濤，劉志杰.鍋爐啟動過程受熱面安全分析與防止超溫的控制措施［J］.華電技術，2010，32(12):61 －63.

［6］鹿理春.防止630 MW超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮脫落的對策［J］.華電技術，2010，32(10):1 －3.

［7］孫海元，李德文，范曉明.670 MW貧煤鍋爐高溫受熱面熱偏差大的原因分析及改進［J］.華電技術，2011，33(7):37－40.