茆浪　湯瑞

摘 要：燃料燃燒，尤其是固態(tài)燃料燃燒時(shí)，因?yàn)榛曳值拇嬖?，鍋爐各受熱面，尤其是尾部低溫受熱面的外部工作條件特別惡劣。大量的灰粒流經(jīng)受熱面，勢必對受熱面造成磨損。文章剖析了鍋爐尾部低溫受熱面的磨損機(jī)理及其影響要素，給出了降低受熱面飛灰磨損的對策，防止出現(xiàn)因磨損造成的泄露爆管事故，提高低溫受熱面使用壽命，保證鍋爐安全、高效地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鍋爐；低溫受熱面；磨損；對策

1 鍋爐尾部低溫受熱面防磨的重要性

在燃煤鍋爐中，飛灰跟隨著煙氣進(jìn)入尾部受熱面，由于溫度已經(jīng)降到很低，飛灰的硬度提高，沖刷受熱面管排時(shí)，在切向力的作用下會削去受熱面管壁最外層的微小金屬塊，這就形成了磨損，受熱面管壁因此變薄，造成泄露或爆管事故，鍋爐不能安全運(yùn)行。對流受熱面設(shè)計(jì)壽命一般為10萬小時(shí)，而由于某些鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行不當(dāng)，僅在運(yùn)行近1萬小時(shí)后，尾部受熱面就出現(xiàn)了較重的飛灰磨損，直接影響受熱面的安全運(yùn)行。因此，了解尾部低溫受熱面飛灰磨損的形成機(jī)理以及防磨措施顯得尤為重要。

2 鍋爐尾部低溫受熱面飛灰磨損機(jī)理分析

圖1為飛灰切削微小金屬塊的示意圖，飛灰撞擊管壁，在管壁上的M點(diǎn)施加力F，F(xiàn)可分解為法向力Fn和切向力Fz，若飛灰的速度、粒徑一定，F(xiàn)n和Fz主要隨α角（即碰撞角）而變化。

法向力Fn能克服金屬粒子之間的結(jié)合力，提高M(jìn)點(diǎn)的溫度，使得M點(diǎn)處金屬變軟。切向力Fz為切削力，能撕下M點(diǎn)處變軟的金屬。在F不變的情況下，若碰撞角α變大，F(xiàn)n隨著變大，該點(diǎn)的溫度升高，微小金屬塊越容易被撕下來；Fz隨著變小，切削微小金屬塊能力減小。

3 磨損的影響因素

3.1 煙氣速度的影響

管子的磨損量理論上與灰粒撞擊管壁的速度成三次方關(guān)系。當(dāng)煙氣流經(jīng)受熱面管排時(shí)，飛灰與煙氣之間有很大的滑移速度，所以很難求得飛灰的撞擊速度，為計(jì)算方便，使用煙氣速度來替代飛灰速度。實(shí)驗(yàn)表明撞擊磨損量與煙氣速度的n次方成正比，且n>3，煙氣在10～30m/s范圍時(shí)，n=3～4。容易看出，煙氣速度的變化對磨損量影響極其明顯。

3.2 飛灰粒徑的影響

若灰粒的粒徑比較小，管壁的撞擊磨損量也較小。若粒徑增大，磨損量也隨之增大。粒徑增大到某一臨界值后，磨損量不增加或增加較為緩慢。其原因?yàn)椋涸陲w灰濃度不變的情況下，飛灰粒徑越大，單位容積內(nèi)飛灰顆粒數(shù)目越少，雖然粒徑大的灰粒磨損能力強(qiáng)，但因?yàn)樽矒艄鼙诘幕伊?shù)降低，所以磨損量變化較小。

3.3 飛灰濃度的影響

煙氣中飛灰濃度升高，那么單位時(shí)間內(nèi)撞擊在管壁上的灰增加，磨損加劇，管子的磨損量與飛灰濃度成正比。

3.4 管壁材料硬度的影響

管子的磨損量與管子材料硬度Hb和灰粒硬度Hh的比值關(guān)系密切。當(dāng)Hb /Hh較小時(shí)，磨損量較大，當(dāng)Hb /Hh增大到某一臨界值后，磨損量將迅速降低。當(dāng)Hb /Hh<0.5～0.8時(shí)，灰粒硬度遠(yuǎn)大于管壁硬度，管壁極易被磨損。當(dāng)Hb /Hh≥0.5～0.8時(shí)，提高管壁的硬度將會使耐磨性迅速提高。

3.5 氣流方向的影響

當(dāng)煙氣自上而下流動時(shí)，灰粒受重力作用，速度增加，使得磨損量增加。而煙氣自下向上流動時(shí)，灰粒所受重力使其速度逐漸降低，灰粒越大，速度降低越明顯，從而降低了灰粒對管壁的磨損。因此，受熱面采用煙氣上行布置時(shí)可以延長使用壽命。

3.6煙氣成分的影響

當(dāng)煙氣中含有腐蝕性氣體，如SO2、O2、H2O、H2S等時(shí)，若煙氣溫度低于250℃，腐蝕性氣體將對管壁產(chǎn)生腐蝕作用。若管壁溫度高于250℃，煙氣中的SO2、O2將與壁面的氧化層反應(yīng)生成SO3，對管壁產(chǎn)生硫酸鹽型腐蝕。這些硫酸鹽型腐蝕產(chǎn)物很容易被飛灰沖刷掉，裸露的管子表面再進(jìn)行腐蝕。因此，腐蝕與磨損交替進(jìn)行，使總的磨損速度加快。

3.7 煙氣走廊

在對流受熱面的布置過程中，為消除熱膨脹的影響，蛇形管彎頭與爐墻之間有一定的距離。由于間隙處的阻力比管排之間的阻力小，煙氣流速遠(yuǎn)大于截面平均流速。蛇形管彎頭與爐墻之間的間隙即為煙氣走廊。

4 鍋爐尾部低溫受熱面的防磨措施

4.1 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理限制煙氣流速

由以上討論可知，飛灰速度對磨損量的影響較大，所以降低飛灰速度可以有效地降低飛灰對受熱面的磨損。最大允許煙速推薦值見表1。

但也并不是說煙氣速度越低越好，煙氣速度降低，受熱面積灰問題嚴(yán)重，而且對傳熱也不利。磨損、積灰和傳熱均與煙氣流速有密切關(guān)系，所以合理確定煙氣流速顯得尤為重要。

4.2 降低煙氣中飛灰濃度、煙氣中飛灰濃度不均勻

鍋爐尾部煙道中飛灰速度和飛灰濃度的分布一般都不均勻，飛灰速度大與濃度大往往同時(shí)出現(xiàn)，導(dǎo)致局部管壁劇烈磨損。安裝除塵設(shè)備，可以使一部分飛灰在進(jìn)入豎井煙道前被清除，尤其是粒徑較大的灰粒，減輕管壁磨損效果較好。在煙氣走廊中，煙氣平均流速是水平煙道內(nèi)煙氣平均流速的3倍，即使水平煙道中煙氣平均流速僅為3m/s，但靠近爐墻一側(cè)的平均流速將達(dá)到9m/s，使得管壁磨損率高出平均值的幾十倍。因此，煙氣走廊的存在加劇了管壁的磨損。為減少煙氣走廊的危害，可在煙氣走廊區(qū)加裝護(hù)瓦，使流動阻力增大，降低流速。

4.3 在磨損劇烈的部位安裝防磨裝置

在管子易受磨損的地方安裝防磨件，目的是將磨損轉(zhuǎn)移到防磨件上，維護(hù)時(shí)僅需要更換保護(hù)件。例如，在省煤器彎頭外側(cè)安裝集中的防磨板、在煙氣走廊中安裝防磨的阻流板等。

4.4 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

省煤器適宜選用較大直徑的管子，管子直徑增大，灰粒沖擊管壁的概率降低，造成的磨損降低。例如，將管徑由32mm改為42mm，飛灰的撞擊概率約下降到10%。但是管子直徑降低，其剛性變差，造成管子布置不整齊，管束之間易出現(xiàn)煙氣走廊。目前省煤器普遍采用44～51mm的管子，再加之合適的管夾定距和支撐結(jié)構(gòu)，盡管煙速有所提高，但省煤器磨損問題并不嚴(yán)重。相對節(jié)距s/d>2.5越大，灰粒沖擊管壁的概率就越低，對于灰分較高的煤種，建議。通常順列管排的磨損較錯(cuò)列管排輕。選用膜式或螺旋管式省煤器可以減輕和防止管壁的磨損。

4.5 使煙氣自下而上流過受熱面

若燃用灰分含量較高的煤種，鍋爐適宜采用塔式或半塔式布置結(jié)構(gòu)，使煙氣自下而上流過受熱面，利用飛灰的重力，使其速度降低，以減少磨損。

5 結(jié)語

總之，進(jìn)入尾部受熱面的煙氣流速、煙氣中飛灰濃度應(yīng)控制在合適的范圍內(nèi)，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可減輕磨損。鍋爐尾部低溫受熱面的磨損與許多因素相關(guān)，從設(shè)計(jì)、運(yùn)行等各個(gè)方面都需要引起高度重視，這樣才能提高尾部低溫受熱面的壽命，保證鍋爐安全、高效地運(yùn)行，發(fā)揮其最大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]容璽恩.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1997.

[2]張磊，單志栩，李靜立.鍋爐防磨防爆技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]徐應(yīng)根，黃允修.火電廠鍋爐尾部受熱面檢修技術(shù)[J].華中電力：2005（2）：51-53.

[4]馬建國.淺析鍋爐運(yùn)行管理對低溫受熱面磨損的影響[J].寧夏電力：2009（增刊）：225-227.