鍋爐省煤器磨損及其防治

1 省煤器磨損機理

省煤器磨損泄漏事故占四管泄漏事故的56%左右。省煤器磨損主要是煙氣磨損，易于磨損的是迎風面前幾排管子，尤以錯列管束的第二排最為嚴重。

2 防止省煤器磨損的主要措施

磨損的主要原因是煙氣中的飛灰磨損（簡稱煙氣磨損）。省煤器爆管的主要原因是機械磨損和煙氣磨損，其部位多發生在省煤器左右兩組的中部彎頭、兩側靠近墻壁的彎頭、靠近前后墻的幾排管子和管卡附近的管子。據統計省煤器泄漏60%是由于煙氣磨損造成的，煙氣磨損是造成鍋爐四管泄漏的一項重要因素。這是因為省煤器一般布置在尾部煙道和折煙角部位，此處煙氣流速較高、漏風較多，煙氣中的顆粒（一般每立方煙氣中含飛灰20g～45g）流經受熱面時（一般設計煙速為10m/s），就會對受熱面產生撞擊和摩擦，所以容易造成管道磨損泄漏。研究表明當飛灰顆粒撞擊角等于30o～50o時，磨損最嚴重。特別是省煤器，由于此處煙氣溫度已較低，顆粒變硬，磨損更為嚴重。

（1）適當控制煙氣流速，特別是防止局部流速過高。較高的煙氣流速有助于提高受熱面的傳熱系數，節省受熱面，但阻力損失和受熱面金屬磨損增加。煙氣流速越高，磨損越嚴重。磨損量約與煙氣流速的三次方成正比（管壁的磨損程度與飛灰顆粒的動能和飛灰撞擊的頻率成正比，而飛灰顆粒的動能與飛灰顆粒的速度成二次方關系，撞擊頻率與灰粒速度的一次方成正比，因此管壁的磨損量與飛灰顆粒沖擊速度成三次方的關系），速度越高，動能也就越大，磨損越嚴重。

例如黃臺電廠8 號爐省煤器進口平均煙氣溫度470℃，折算灰分4.59%，因此允許煙氣速度僅僅7.92m/s，但是實際煙速高于10m/s，這是該廠省煤器磨損的主要原因。

為了控制煙氣流速不超過允許值，建議在尾部煙道加裝煙氣流速檢測儀，運行人員能及時的發現煙道流速情況，及時做出調整，保證煙氣流速不超標。省煤器設計煙速最好不超過10m/s；但是如果煙速過低，就會在受熱面產生積灰，因此省煤器煙速又不能低于5m/s。

降低煙氣流速的實際辦法有：一是擴大煙道，增加煙氣流通面積；二是采用鰭片式省煤器。

（2）降低飛灰濃度。煙氣中飛灰濃度越高，單位時間內灰粒沖擊次數越多，磨損越嚴重。實踐證明：飛灰濃度與燃煤中的灰份成正比，當灰份增加10%時，受熱面磨損量約增加一倍。灰份越高，飛灰濃度越大，磨損越厲害，因此應降低飛灰濃度。燒多灰燃料的鍋爐，磨損嚴重的主要原因是煙氣中飛灰濃度大。因此可以考慮加裝沉降式灰斗除塵器、沖擊式粉塵除塵器、百葉窗式除塵器，在煙氣進入尾部煙道前除去部分飛灰或大顆粒飛灰。

（3）灰粒的大小、形狀、軟硬、灰熔點大小等對磨損均有影響。飛灰硬度高、顆粒大且有棱角者，撞擊和切削的作用越強，磨損就比較嚴重。因此應在易于磨損的部位加裝防磨材料。省煤器區的磨損往往大于過熱器的主要原因是省煤器區的煙溫低、灰粒變硬。磨損強度還與總灰量有關，而總灰量取決于燃料灰分和發熱量，因此燃用高灰分、低發熱量的劣質煤時，省煤器也會發生嚴重磨損。

（4）防止“煙氣走廊”產生局部磨損。在布置對流受熱面時，考慮到管束受熱膨脹問題，省煤器蛇形管彎頭與爐墻之間留有幾十毫米的間隙，此間隙處流動阻力小，煙氣流速大于煙道斷面上平均煙氣速度，稱此間隙為煙氣走廊。煙氣走廊處的阻力較小，煙氣流速大，流量多，灰粒也隨之加速（灰粒速度一般略小于煙氣流速），磨損嚴重。因此為了避免局部流速的煙氣走廊，應保持受熱面的橫向節距均勻，防止受熱面局部堵灰；同時在尾部煙道四周及角隅處設置導流板，防止蛇形管與爐墻間形成“煙氣走廊”而產生局部磨損。

（5）防止煙道漏風。鍋爐尾部煙道由于其內部為負壓狀態，環境空氣可能通過空隙進入煙道，改變了煙道內部煙氣的流向，使煙氣對省煤器、過熱器管子進行沖刷，長時間運行后管道磨損致漏；同時由于煙道漏風量增大，因煙氣容積增大流速相應增大，磨損也隨之加劇。高溫省煤器前漏風量增加10%，磨損速度將加快25%。因此必須加強對尾部煙道漏風進行檢查消除，特別是省煤器處，重點檢查管道傳墻管、空心梁、人孔門、爐墻、伸縮節等部位，防止外界空氣進入尾部煙道造成管道磨損。

（6）采用順列管束。改善受熱面結構特性，錯列管束要比順列管束的磨損嚴重。試驗表明：在s1/d=4.25 時，錯列管子磨損量是順列布置管束磨損量的一倍。但是順列布置管束時傳熱效果差，自吹灰能力差，所以由錯列管束改為順列管束時，應增加受熱面，否則排煙溫度將要增加20℃左右。

（7）擴大煙道，增加煙氣流通面積。擴大尾部煙道有兩種方法，一種是向煙道前后擴大，另一種由省煤器四周爐墻分別向外擴大，到底采用哪種方法擴大煙道好，取決于磨損情況和現場改造條件。

（8）在局部磨損嚴重的部位加裝防磨板、護瓦、阻力柵等。由于省煤器的磨損總是帶有局部性，所以可以在容易引起磨損的部位裝設各種型式的防磨裝置，例如對于受磨損嚴重的彎頭可以加裝防磨板等。

（9）采用膜式省煤器。膜式省煤器可以使同長度光管的幾何受熱面增加1.5 倍以上，除了可以在相同的空間布置更多地受熱面之外，另一個顯著的優點是整流作用，這將使隨煙氣流入管間流道的灰粒對金屬管壁的沖刷磨損大大減輕。在總結國內外膜式省煤器的研究成果和使用情況的基礎上，建議膜片采用3（膜片厚度，mm）×58（膜片寬度，mm）。在焊接時，盡量避免虛焊，以減少熱阻，提高膜片的熱有效系數。

（10）采用Φ32×4 或Φ38×4.5 鋼管的螺旋肋片式省煤器。螺旋肋片式省煤器可以使同長度光管的幾何受熱面增加3 倍以上，使省煤器的管數大幅度下降，這不僅有利于降低平均煙速，而且由于肋片的保護作用，管束磨損大大將減輕。

（11）采用鰭片式省煤器。試驗表明，鰭片管傳熱性能比光管高30%以上。在同樣的金屬耗量下，采用焊接鰭片式省煤器所占據的空間比光管式大約減小20%～25%，而采用軋制鰭片管可使省煤器的外形尺寸減小40%～50%。目前在省煤器改造中，鰭片式省煤器被公認為最佳改造模式。

（12）消除機械磨損現象。在安裝和檢修過程中，如果受熱面管子未固定牢或管卡受熱變形，受熱面管子就會振動，并與管卡相互碰撞摩擦，造成機械磨損，使管壁減薄。這種情況在過熱器、再熱器和省煤器上都會發生，當水冷壁與相鄰部件有撞擊和摩擦時，也有可能發生。

（13）在管壁進行高溫噴涂防腐防磨。噴涂工藝一般為氧乙炔粉末噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂。由于前一種工藝火焰溫度低，材料熔化不完全而使涂層形成較多氧化物，結合強度降低，并且因噴涂速度低，顆粒撞擊速度慢而使涂層孔隙率較高；后兩種工藝都能形成高結合強度、低孔隙率和極少氧化物的涂層，因此目前為各大噴涂公司在噴涂工藝中采用。目前我國開發出多種價格低廉的耐高溫、防腐防磨新材料，使用壽命均可達到一個大修周期，而且防腐防磨效果好。