超超临界锅炉冷灰斗区域水冷壁磨损分析及防磨措施

摘 要：本文介绍了清水川电厂在建锅炉冷灰斗区域水冷壁的结构特点，分析了该区域水冷壁易磨损的原因，提出了在易发生磨损的部位铺设耐磨浇注料的防磨措施。

关键词：灰粒；水冷壁；磨损；防磨措施

引 言：

随着我国经济的迅猛发展，十二五期间各发电公司新建了大批超超临界发电机组，大型机组运行期间，出现了大量设备或生产技术问题，其中，锅炉受热面磨损问题普遍存在。由于机组燃用高灰分煤导致冷灰斗水冷壁磨损严重，冷灰斗区域水冷壁的磨损情况已严重影响到了机组的运行安全，成为电力生产技术部门必须克服的一道难关。

1 设备简介

陕西清水川电厂二期工程2×1000MW机组在建锅炉冷灰斗区域水冷壁由螺旋状管排组成，从上往下看呈顺时针布置。冷灰斗螺旋管圈管径为Φ38×7，材质15CrMoG，在冷灰斗区域管束方向有一定改变，同时节距也发生改变，如图1所示。变向前管子节距为49mm，变向后节距为53mm。

2 水冷壁磨损的因素

煤粉燃烧后的灰粉分两部分流动，小颗粒灰随烟气流经各个受热面，大颗粒灰直接落入冷灰斗。锅炉长期运行，灰粒对锅炉各级受热面和冷灰斗区域水冷壁产生不同程度的磨损。炉膛内低温区，灰的硬度较大，与受热面碰撞和摩擦时，对受热面产生磨损。磨损量与灰粒撞击受热面频率、灰粒的速度、灰粒的浓度、受热面或金属材质以及运行时间有关。

2.1设备结构

由于锅炉本身结构的限制，某些局部区域会形成烟气涡流，增加了灰粒与水冷壁管束的撞击率；灰粒沿管间鳍片流动时，冲刷转弯处管束，造成这些转弯部位的水冷壁管子磨损严重。

2.2管材的耐磨性

不同金属材质的耐磨性有很大差异，在相同的温度下，材料等级越高，管子的耐磨损性越强，但使用高等级材质，管子的成本将会增高，锅炉设计者通常是根据管子所在处的炉内温度和管子所承受内部压力来选取管子的材质。一般情况下，温度高的区域采用高等级材质的管子，而此处灰粒的硬度低，磨损性小；温度低的区域采用低等级材质的管子，而此处灰粒硬度高，磨损性强。设计者会在易磨损区域采取防磨措施，以降低锅炉造价。

2.3灰粒的磨损性

水冷壁的磨损主要是灰粒对管子的磨损。磨损的程度与灰粒的温度、形状、成份、细度等有着紧密的关系。温度越高，灰粒越软，磨损性越小，反之越大。灰粒的形状越不规则，表面棱角越多，灰粒的磨损性就越大。同时，灰粒的成分也决定着灰粒的磨损性，灰粒中含有的硬性物质越多，如SiO

2、Al2O

3、Fe2O3等，那么灰的磨损性就越强，但灰粒的成分由燃煤的成分决定；陕西清水川电厂燃烧配套煤矿的煤，煤的成分基本不变，生成的灰成分也基本不变，灰中SiO2含量59.2%、Al2O3含量30.6%，灰的硬度较高。灰分越细，即灰粒的平均直径越小，灰粒的磨损性就越小，大部分颗粒细小的灰都能被烟气带走，磨损对流受热面；灰分越粗，灰粒的磨损性就越大，落入冷灰斗区域的灰，平均直径都比较大，形状也更加不规则，对该区域水冷壁磨损严重。

2.4灰粒浓度

灰的浓度与所燃煤种有直接关系，若燃煤不变，炉膛内的灰浓度也基本不变。清水川电厂燃烧的煤灰分含量达28.5%，燃烧后产生的灰量非常大，对锅炉各受热面及冷灰斗区域水冷壁的磨损也异常严重。

3 冷灰斗水区域冷壁磨损位置

由于冷灰斗区域水冷壁的结构特点，其大部分区域水冷壁管束基本无磨损现象。

冷灰斗的前墙和后墙，都存在一个特殊区域，该区域水冷壁管束的方向发生改变，这个区域由冷灰斗前墙的左下方的排渣口附近一直延伸到右上方标高22米处，形成一个“变向带”，后墙同样有此“变向带”。当灰粒沿鳍片下滑到转弯处时，就会直接撞击转弯处的管子，对转弯处管子施加一个冲撞力，在摩擦力和冲撞力的共同作用下，灰粒对管子的磨损大大加剧。炉内灰渣落入到水冷壁的前后墙上，滑向锅炉的排渣口的过程中，越靠近排渣口，累计落到水冷壁上的灰粒越多，并且灰粒的温度越低，硬度越大。因此，处于排渣口附近的“变向带”磨损程度比冷灰斗上部的“变向带”严重。所以，锅炉在长期运行中，冷灰斗前、后墙的“变向带”必将是磨损严重的部位。

灰粒对管壁每一次撞击都会剥离掉极微小的金属，逐渐将管壁削薄，降低管子的承压能力，使水冷壁发生突发性爆管事故，导致非计划停机检修，降低发电产值。管壁变薄，形成机组安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性检修以及检修费用。

4 防止冷灰斗水冷壁磨损的方法

由于冷灰斗区域结构无法改变，灰粒的流向固定，水冷壁的磨损程度取决于灰粒浓度以及硬度，图1所示的区域不可避免的要磨损，给锅炉安全稳定运行带来很大隐患，更换管束会增加检修工作量。为防止该部位磨损，保证锅炉长期、安全、高效的运行，必须在冷灰斗前、后墙“变向带”装设防磨措施。

4.1喷涂耐磨层

采用先进的喷涂技术在磨光处理后的冷灰斗水冷壁上喷涂耐磨层，厚度为1mm―1.5mm，此项工艺成熟可靠，简单易行，但是使用周期较短，一般为一年，每年检修时需重新喷涂。

4.2铺设耐磨层

在容易发生磨损的区域铺设耐磨耐火浇注料作为耐磨层，厚度一般为6―7厘米。由于耐磨浇注料施工难度大，且耐磨浇注料的传热性差，对锅炉给水在水冷壁系统的温升有一定影响，所以此方法只适用于水冷壁的特定区域，不宜大面积使用。

清水川电厂超超临界锅炉冷灰斗区域的水冷壁正是采用铺设耐磨浇注料作为防磨措施。自标高8米处排渣口至前墙标高22米处的“变向带”都要铺设防磨层。防磨层的宽度为1.5米，即水冷壁管束变向前和变向后各0.75米，如图1中阴影部分所示。铺设该防磨层能有效避免冷灰斗水冷壁的磨损，且使用寿命长，切实可行。铺设后，每次停炉检修时都要检查铺设的耐磨浇注料是否有脱落，如有应及时修补。

5 结束语

燃煤电厂锅炉受热面磨损是不可避免的，锅炉基建期间就应考虑如何防止受热面磨损，安装单位要严格按图施工，保证防磨措施的施工质量，消除隐患。锅炉安装时，冷灰斗区域采用耐磨浇注料作为防磨措施，能有效避免运行中燃烧高灰分煤种所造成的冷灰斗区域磨损。检修时对易磨损的受热面重点排查，发现防磨设施受损及时采取修复措施，更好地保护锅炉受热面，保证锅炉安全可靠地运行。