燃煤電站鍋爐原煤斗防腐防磨問題

易大銳

（四川神華天明發電有限責任公司，四川綿陽 621711）

0 引言

我國以燃煤為主的能源分布決定了大部分電站采用原煤作為燃料。整個發電過程主要是由電站鍋爐和汽輪發電機組完成，電站鍋爐的設備系統主要由燃燒系統和汽水系統組成，鍋爐制粉系統作為燃燒系統的一個重要組成部分，主要由原煤斗（含落煤管、疏松機和煤插板）、給煤機、磨煤機（含煤粉分離、分配器）、煤粉輸送管道等組成。原煤斗的主要作用是在鍋爐運行中，承接并存儲一定量的由燃料皮帶輸送到鍋爐的原煤，并根據鍋爐負荷的需要通過給煤機不間斷地提供燃煤到磨煤機，磨制成合格的煤粉提供給鍋爐滿足燃燒需要。按照《火力發電廠設計技術規程》要求，鍋爐原煤斗的總儲煤量應能滿足鍋爐最大連續蒸發量負荷下運行8 h以上的要求。

1 原煤斗的常見形式

根據設計的不同，原煤斗的常見形式分為2種：一是“圓柱體+倒圓臺”形狀，二是“四方體+倒棱臺”形狀，如圖1所示：

（1）“四方體+倒棱臺”形狀的原煤斗，具有易于安裝施工的優點，預設好原煤斗的支撐鋼梁和四周各層加固環梁后，即可對基材鋼板進行下料、拼縫和焊接施工，一般采用在設備區域直接組裝施工的方式進行安裝外斗壁和內襯板。

（2）“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗，需按圓柱體、圓錐（臺）體的部分展開圖分別下料和卷板作業，在組合場分別加工好圓柱部分和圓臺部分及其內襯，再分別整體吊裝至設備安裝區域進行拼接安裝。

圖1 2種原煤斗形狀

2 原煤斗的外壁和內襯材料

目前在役的原煤斗外壁材料多采用Q235（6 mm≤δ≤8 mm）鋼板焊接而成，作為原煤斗外壁，外表面涂刷防護漆，內壁貼敷防磨耐蝕層后，一般只承擔固定、成形和承載的作用。

2.1 原煤斗內壁的防磨及耐蝕襯板的材料

（1）錳鋼板，通常采用16Mn鋼板，該鋼材綜合力學性能好，焊接性、冷、熱加工性能和耐蝕性能均好，C，D，E級鋼具有良好的低溫韌性。常用于船舶，鍋爐，壓力容器，石油儲罐，橋梁，電站設備。起重運輸機械及其他較高載荷的焊接結構件。

（2）不銹鋼板，多采用SUS304不銹鋼板，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能，沖壓彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現象，無磁性。廣泛用于家庭用品、櫥柜、室內管線、熱水器、鍋爐、浴缸、汽車配件、醫療器具、建材、化學、食品工業、農業、船舶部件。

（3）高分子聚合板，常見為環納復合合金耐磨襯板，是一種新型阻燃耐磨材料，具有極高的耐磨性能、優良的自潤滑性、超強的抗沖擊性、低微的磨擦系數等特性。因此具有獨特復合結構的環納復合合金耐磨襯板，自身具有很強的抗老化性能。

上述3種原煤斗內襯材料在當前燃煤電站都有廣泛應用，但因材料、性能、固定方式等的差異，在不同的燃煤電站存在不同的使用業績。例如，前蘇聯、東歐流派的電站鍋爐，常采用“四方體+倒棱臺”形狀的原煤斗，日、歐、美流派的電站鍋爐多采用“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗。對于原煤斗內襯板材的選用，不同的電站根據不同的煤種和經濟性選用不同的材料。

2.2 3種原煤斗內襯材料與原煤斗內壁的敷設結合方式存在的差異

（1）錳鋼板，通常采用層疊焊接的方法敷設，即按照易于施工的原則把耐磨鋼板裁剪成鋼板塊，由下向上逐層在清理干凈的原煤斗內壁上焊接，形成每塊鋼板的四周都與原煤斗內壁牢固地焊接在一起。

（2）不銹鋼板，較之錳鋼板來說，雖然耐磨耐蝕的性能更高，但價格昂貴，因此通常采用的厚度較薄。在施工中，除采用上述錳鋼板的焊接方法外，為防止貼合不實、起鼓等問題，通常還在不銹鋼板上規則地挖孔，然后再逐一將上述挖孔與原煤斗內壁牢固地焊接在一起。

（3）高分子聚合材料，作為原煤斗內襯材料，敷設方式采用板材上打孔，用螺栓緊固在原煤斗內壁上。

3 原煤斗常見缺陷和問題

（1）錳鋼板作為內襯的原煤斗耐磨性較好，但是錳鋼的耐蝕性不如不銹鋼板，原煤斗中存儲的原煤中所含的外水會形成持續的水蝕作用，特別是燃煤中的硫析出形成硫氧化物對錳鋼板進行酸蝕，因此此類原煤斗表現出來的大都是腐蝕缺陷嚴重于磨損問題；相較于更光滑、更耐腐蝕的不銹鋼板內壁和具有自潤滑、高耐磨性能的高分子聚合板來說，耐磨錳鋼板作為襯板的原煤斗的掛煤和蓬煤，其腐蝕情況更為嚴重。

（2）不銹鋼板作為內襯的原煤斗的耐磨性和耐蝕性均較好，但因材料價格昂貴，且設計及施工上的困難，因而作為原煤斗內襯的不銹鋼板厚度一般較薄，存在施工困難、焊接牢固程度不如錳鋼板，特別是薄壁不銹鋼板在原煤斗內的耐熱性和膨脹系數不一致，容易造成運行中或異常情況（原煤自燃）下的脫落。

（3）高分子聚合材料用于原煤斗內襯板材的綜合性能最好，不但具有良好的耐磨性和沖擊韌性，而且具有自潤滑性能，能夠有效地防止掛煤和蓬煤問題；但高分子聚合材料的價格非常昂貴，對施工的工藝要求很高，并且一般只能采用螺栓或沉頭螺釘聯結緊固的安裝工藝，隨著運行中煤層的磨削、煤流的沖擊以及銹蝕作用，螺栓或螺釘頭部通常較易磨損脫落，而造成耐磨襯板的大面積脫落。

采用上述3種材料做耐磨耐蝕襯板的原煤斗的性能對比見表1。

表1 3種材料做耐磨耐蝕襯板的原煤斗的性能對比

4 采用錳鋼板做內襯的“四方體+倒棱臺”形狀原煤斗的防磨防蝕檢修實例

某電廠為俄制500 MW級機組，鍋爐原煤斗采用“四方體+倒棱臺”形狀，內部襯板采用16Mn鋼板，原煤斗雖機組整體采用定期檢修策略，即5 a進行一次大修。分析在一次大修中存在問題及采取措施。

4.1 某廠制粉系統及原煤斗概述

某廠1#，2#機組鍋爐制粉系統為正壓直吹式冷系統，每臺爐由8臺國產的ZGM95（G）型中速輥式磨煤機，8臺俄產的ПС－40－1100／4000 型固定刮板式給煤機，5 臺俄產的 ГВ－200－1.4M－01型密封風機，以及附屬管道和相關系統組成。工作時，原煤靠自重從原煤斗下落到給煤機的上臺板上，給煤機在傳動裝置的帶動下，將原煤水平移動，均勻的將原煤刮至下臺板，再從下臺板刮至落煤管入口，原煤經落煤管下落到磨煤機內部，被錐形蓋板大致均布在磨盤上，在磨煤機傳動裝置的帶動下，使磨盤帶動磨輥達到碾磨煤粉的目的。碾磨好的煤粉被旋轉的磨盤甩向噴嘴，由空預器的一次風帶入磨煤機分離器，在分離器分離出來的粗粉會返回磨盤繼續重磨，而合格的細粉，被一次風帶出分離器，經過輸粉管進入到煤粉分配器中，煤粉分配器將風粉混合物均勻分成4份，分別由4根出粉管道進入噴燃器燃燒。系統通過磨煤機傳動盤和磨輥處密封，通過調整給煤機轉速和一次風量，來調整磨煤機的出力，通過調整加載彈簧高度和回粉擋板開度，來調整煤粉的細度。上述直吹式制粉系統都是由原煤斗、刮板鏈條給煤機和ZGM（95G）中速磨煤機組成的，分別在爐前和爐后按照從固定端到擴建端排列的方式分布有21～24和25～28等8套制粉單元；每個鋼制煤斗都是倒四棱臺形，每個煤斗高約13 m，原煤斗進口邊長6 m和8 m，出口邊長分別為2.2 m和1.1 m，貯煤量約320 t；結構由鋼架梁、筒壁、綜肋和橫肋、連接板組成。

4.2 該型原煤斗運行中存在的問題

此次2#機組A級檢修已距上次檢修達5年之久，根據原煤斗壁金屬鋼板的使用壽命設計和磨損老化規律，結合機組運行中原煤斗頻發的磨破漏煤缺陷和日常點檢結果分析，參照1#機組A級檢修中對原煤斗進行貼補的內部檢查結果和施工經驗，此次2#機組A級檢修中亦應進行耐磨鋼板貼補。

圖3 拼縫磨損

圖4 鋼板磨損

圖5 拼縫開裂

4.3 檢修中的原煤斗缺陷

（1）點狀或片狀銹蝕。大部分原煤斗內的鋼板片狀銹蝕非常嚴重，也存在點狀銹蝕現象，圖2。

（2）磨損情況。大部分原煤斗內的鋼板磨損情況比較嚴重，圖3，圖4。

（3）開裂或變形現象。部分原煤斗內的斗壁鋼板拼縫出現開裂、變形現象，圖5。

（4）緊固螺栓磨損。原煤斗內的掛件銹蝕及螺栓磨損問題較為嚴重，圖6。

4.4 處理方法

（1）原煤斗內的銹皮，原則上都要清除干凈后再行貼補耐磨鋼板，以防止銹皮逐漸擴展、加深。

（2）原煤斗內磨損部位，都可以通過貼補耐磨鋼板的方法予以消除。

（3）變形不平整的鋼板，采用自制簡易工具的方法壓實焊接牢固。

圖6 螺栓磨損

4.5 原煤斗存在缺陷的原因分析

（1）原煤中含有硬度較大的硅化物、石塊雜質等，在輸煤皮帶上煤時產生的沖刷、撞擊作用下會產生切削磨損作用。

（2）儲存在原煤斗內的原煤煤位會隨著給煤機的工作而下降，自然堆積的原煤與煤斗四壁的鋼板接觸面上，會因為煤流的滑動摩擦產生磨損作用。

（3）處于輸煤皮帶末端的24和28原煤斗會無法避免地收容更多煤中的水分及皮帶上的水分，因此內儲的原煤相對較濕，更容易板結并形成銹蝕（從原煤斗內的實際檢查出的掛煤和腐蝕情況來看也證實這點）。

（4）所有原煤斗內的銹蝕機理：較長時期積煤不用吸濕以及煤中本身含水，造成水蝕氧化銹蝕；煤中硫化物的析出銹蝕作用。

（5）處于輸煤皮帶末端的24和28原煤斗會無法避免地收容更多相對較細顆粒原煤，同等濕度條件下板結性更強，這也是2臺原煤斗掛煤約15 t的原因之一。

（6）因為原始安裝的需要，所有原煤斗內的棱角附近區域都焊有吊鼻，再加上部分安裝焊縫的不規范、存在焊瘤和凸凹不平等現象，導致各臺原煤斗傾角較大的斗壁面更容易掛煤。

（7）正是因為掛煤、棚煤現象導致的原煤板結、不流動，相應區域部位的銹蝕情況相對嚴重。

5 原煤斗腐蝕和磨損問題的防范措施

（1）錳鋼板作為原煤斗的防磨防蝕內襯板，在實踐中是可行的，但因其耐腐蝕性較差，不得不采用一定的厚度才能滿足一個A修周期的使用要求；另一方面，具有一定厚度的錳鋼板存在成形和彎板加工上的困難，盡管經濟實用，但不適用于“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗。

（2）高分子聚合板作為原煤斗的防磨防蝕內襯板，盡管具有較高的耐磨、耐蝕性能，同時兼具自潤滑作用的光滑性，煤層不粘、不掛、不蓬煤的性能優越，但成本和造價昂貴，并且有緊固螺栓、螺釘易磨損造成大面積脫落的缺點，因此目前應用的也不是很廣泛。

（3）目前國內絕大多數燃煤電站的鍋爐制粉系統多采用“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗，從方便施工和經濟性的角度考慮，多采用較薄的不銹鋼板作為原煤斗的防腐和防磨內襯層，但也普遍存在著施工單位為了趕工、搶工造成的施工工藝不良，運行中內襯不銹鋼板脫落，順煤流下時堵塞落煤管或通過落煤管后劃傷輸煤皮帶、導致鍋爐無法正常運行時，甚至被迫停運的現象。

為了不銹鋼板原煤斗內襯的安全可靠應用，可采用6種防范措施：①原煤斗內襯不銹鋼板施工焊縫平滑合格、過度圓滑、貼合牢固；②確保內襯不銹鋼板固定焊接孔的數量和焊接質量；③施工完畢后應及時割除不必要的安裝吊鼻；④協調運行設備的定期切換制度和燃料上煤管理，力求減少煤中水分和煤斗內原煤板結和棚煤、掛煤；⑤加強原煤斗內疏松機的檢修維護管理，確保設備可靠性和可用率等；⑥嚴格執行原煤倉內的原煤管控制度，確保不過久板結煤和煤粉自燃。

6 結語

綜上所述，盡管原煤斗是較為簡單的設備，但在制粉系統乃至電站鍋爐中所起的作用至關重要。在對原煤斗的設計選型、安裝施工、點檢定修、運行維護等各個環節一定要綜合考慮、全面分析，采取必要的技術措施和管控辦法，確保原煤斗的安全穩定運行，才能確保電站鍋爐和發電機組的安全經濟運行。