發電廠燃煤鍋爐防磨技術解析

從金屬磨損的機理入手，采用主動防磨和被動防磨2種策略，對鍋爐本體、輔機、輔助系統防磨技術進行了分析。

長期以來，沖蝕磨損一直嚴重制約著燃煤電廠的安全與經濟運行。磨煤機出口、排粉機機殼、葉輪、粗（細）粉分離器、煤粉管道，以及煙道、輸灰、輸渣、輸灰漿管道等部位，由于受到高速流動的煤粉或飛灰的沖刷剝離、摩擦、縮短了系統的使用壽命。而鍋爐本體受熱面中的“四管”―水冷壁管、省煤器管及過熱器管、空預器管等，則由于受到煙氣中飛灰的沖刷、高溫氧化和含硫氣體的高溫腐蝕，經常出現管道泄漏及爆管事故。為此，人們一直在不斷地探索各種耐磨防磨技術。以期找到可靠及有效的方法和技術解決這一難題。 
　　金屬磨損的機理 
　　金屬磨損可分為兩類：一類是金屬表面在固體顆粒的沖刷下，金屬部件的逐漸失重。另一類是金屬表面形成一層氧化膜，膜的硬度很高，但較脆；在物料顆粒的沖刷下，氧化膜出現極小微塊的剝落，在剝掉的金屬表面上再形成新的氧化膜層，磨損就在這一過程中進行。 
　　相關試驗證明，金屬壁面的磨損速率與沖刷粒子的速度成3～3.5次方的關系，與灰顆粒直徑成平方的關系。這揭示了金屬磨損與流動粒子大小及其速度密切相關：一定流速下，粒子粒徑越大磨損越嚴重；一定粒徑下，流速愈高，磨損越嚴重，而且流速稍增加一些，磨損率卻提高很多。 
　　磨損的分類與對策 
　　由物理常識可知，只要有物流存在，物與物之間就要發生摩擦，只是摩擦力大小不同而已，因此在燃煤發電廠生產過程中發生金屬磨損是難以避免的。實際生產中如何能有效地減緩磨損以及將磨損所造成的影響降至最小，才是我們最關注的問題。 
　　煤倉，由于受到流動煤粉或煤粒的沖刷，盡管速度不是很快， 日久也會將煤倉壁磨漏；灰漿泵房輸灰管線，尤其是變徑管及彎頭由于灰漿中渣粒子的不斷沖刷而將管道磨穿；氣力輸灰、輸渣系統中的管道、閥門等均因不可避免的粒子流動造成磨損，爐本體內因煙氣流動使得煙氣中飛灰不斷沖刷“四管”外壁，再加上爐內高溫區域的氧化，使飛灰所經之處無不成為磨損的對象。 
　　將上述情況中一定發生的磨損因素稱為不可抗拒磨損源。對不可抗拒磨損我們應采用被動防磨策略。即用某種耐磨材料通過一定施工工藝將欲保護管壁隔離開，用耐磨材料的消耗來代替被保護的管壁的磨損，以實現設備持續安全運行、延長檢修間隔，降低檢修費用的目的。 
　　生產實際情況中，我們還存在另一種磨損因素，該種因素因廠因爐而異，即人為的磨損因素，稱為可防范磨損源。對可防范磨損我們應采用主動防磨策略，用磨損機理去指導設計、安裝、運行與檢修工作，用控制磨損為準則指導正確運行操作，實現規避磨損，降低磨損，不增加費用而實現設備的連續安全運行。 
　　防磨技術應用解析 
　　一、主動防磨措施應用 
　　鍋爐島結構與設計盡可能做到優化與合理，如鍋爐本體結構設計要保證不出現煙氣短路，受熱面布置應在保證換熱效果好的前提下優先考慮飛灰沖刷因素，將煙氣流速設計在經濟合理范圍內。對流受熱面煙氣流速高，換熱效果好，制造成本低，但磨損加劇，反之換熱效果差，制造成本高，磨損輕，因此磨損與熱效率是一對矛盾，這就要求設計院專家從理論與實踐出發，選擇合理煙氣流速，達到一個最佳平衡點。另一方面，生產使用單位在運行中對風壓與煙壓的控制應合理，如風機配合問題，負壓爐應使負壓最小為佳，正壓爐應使煙壓微正壓為佳。煙壓正、負波動過大或過偏均會加劇磨損的發生?？傊?，運行人員應通過科學操作、精心調整，使鍋爐在不同負荷下均能保證爐膛出口煙壓接近設計值。 
　　易發生磨損的輸料管道，在管道膨脹的前提下，盡可能少設計彎頭、變徑管；在保證使用功能前提下，盡可能少裝不必要的閥門，減少管路內壁和閥門的磨損。運行方面，考慮到任何物料的設計流速均有一定備用系數，運行人員可用最小流速（以滿足工藝條件為前提）控制物料的輸送。 
　　在安裝及檢修過程中，質檢人員應嚴格要求按設計圖施工，尤其在搶修過程中，不能因為時間緊而忽視安裝與檢修工藝質量；堅決杜絕形成煙氣走廊。因為一旦鍋爐內部在煙氣流經途中發生飛灰短路，將使局部飛灰流速劇增，造成局部磨損加劇。 
　　二、被動防磨措施應用 
　　被動防磨方法較多，而且不同部位相應方法不同。隨著新材料新工藝的發展，防磨方法不斷推陳出新。有非金屬與金屬之分： 
　　a.非金屬材料有：鑄石管與石板，陶瓷管與陶瓷板，高分子塑料板，耐火耐磨磚，耐火耐磨澆注料。 
　　b.金屬防磨材料有：普通鋼材厚壁管，耐磨鋼管與鋼板，防磨抓釘，防磨角鐵、板、瓦（弧形板），耐磨合金絲或粉料，球型彎頭，含耐磨合金的鑄鐵。 
　　對于給煤系統，原煤倉適合采用鑄石板作內襯或采用高分子塑料板作內村，推薦使用高分子塑料板。因為鑄石板較厚，運行中易脫落，荷重大；高分子塑料板較薄，運行中不易脫落，荷重輕，造價略高些。對于制粉系統的磨煤機出口、排粉機機殼，可考慮采取局部金屬噴涂的方式，粗（細）粉分離器既可用耐磨合金噴涂內壁，出口襯陶瓷材料，若管徑允許，可采用陶瓷復合管制作粗（細）耪分離器殼體。對于煤粉管道宜采用厚壁管或陶瓷復合管。 
　　對于灰渣系統，水力除灰系統中，灰渣溝一般可采用鑄石板作內襯，造價較低；對于室內灰渣溝也可考慮采用高分子塑料板作內襯；直接接觸高溫灰渣溝段，可局部采用耐磨材料澆注燒結成形砌筑溝壁。輸灰渣漿管道可采用復合鑄石管（加筋最佳），或陶瓷復臺管。一般來說鑄石制品選擇，以輝綠巖最佳，玄武巖其次，輝綠巖各項指標優于玄武巖，而且理化性能優的鑄石制品往往內加鋼筋網。直管線，尤其在室外直埋的灰渣管線以采用鑄石管最優，室內管線及室內、外彎頭處采用陶瓷復合管為優。除干灰系統中，灰、渣倉庫內襯可用鑄石板，輸干灰渣的管路均可采用陶瓷復合管或直管采用陶瓷復合管而彎頭采用球形耐磨彎頭或者在灰渣流速設計值較低情況下，直管段采用碳鋼厚壁管，彎頭采用球形耐磨彎頭也較好。 
　　鍋爐本體，水冷壁（爐膛部分）密相區或衛燃帶區域、孔門處可澆注耐火耐磨澆注料，或采取耐磨合金噴涂辦法。對于折焰角處可采用耐磨澆注料或金屬噴涂方法，屏式過熱器可局部采用防磨瓦、防磨板（金屬）或金屬噴涂方式，也可采用耐火耐磨澆注料方式。頂棚或轉向煙室煙氣沖劇處，側包墻過熱器可用防磨金屬弧形板，耐磨角鋼，金屬熱噴涂等方式。在不影響傳熱前提下，也可采用耐火耐磨澆注料覆蓋。對于尾部豎井中受熱面，包括低過（個別爐型含高過）、省煤器、空預器（尤其臥式空預器）管子防磨可根據煙氣流速，易沖刷部位綜合采用防磨板、瓦（金屬）、金屬蓋板、耐磨鰭片管省煤器或金屬噴涂等方法。值得一提的是防磨噴涂技術中，有非金屬噴涂（附著力小，影響傳熱）與金屬噴涂（附著力大，不影響傳熱）之分，噴涂工藝上有冷、熱噴涂，選用材料、配方及施工工藝十分關鍵。 
　　結論 
　　在實際應用防磨策略中，我們必須搞清磨損的機理與部位，分清原因，因地制宜地綜合考慮防磨方法，將主動防磨與被動防磨有機地結合起來，具體部位視具體情況采用不同策略來處理各種磨損問題。