660 MW超超临界机组锅炉尾部受热面磨损分析

易大锐，王晓亚

(1.江苏国华陈家港发电有限公司，江苏 盐城 224631;2.江苏电力建设第三工程公司，江苏 镇江 212003)

0 引言

燃煤锅炉烟气中含有硬度较高的颗粒，会在锅炉流道内对受热面管产生冲击。运行时间越长，管子表面磨损越严重，致使锅炉无法安全、稳定运行。据大量文献数据统计，锅炉事故占整个机组停机事故的70%，磨损爆管占锅炉受热面事故的70%，因此，对于锅炉磨损问题的研究显得非常重要［1］。

目前，有关锅炉飞灰颗粒对管子磨损的问题，国内、外都做了大量研究，取得了较大进展［2］，丰富了磨损的数值计算理论，同时也在运营电站中进行了实践。

1 锅炉尾部受热面概况

江苏国华陈家港发电有限公司配备上海锅炉厂生产的SG－2037/26.15－M626型2037 t/h超超临界直流Π型锅炉。

Π型锅炉尾部烟道烟气流场较平稳，受前、后烟气流场影响较小，流场情况相对简单，故本文只对尾部受热面磨损原因进行分析［3］。

低温水平过热器全部布置于后烟井后烟道(中间隔墙与后墙之间区域)内，低温再热器布置于后烟井前烟道(前包墙与中间隔墙之间区域)内。均顺列排列，与烟气成逆流布置，共134片，沿炉膛宽度均布。省煤器布置于锅炉后烟井低温过热器、低温再热器下方，如图1所示。

低温过热器、低温再热器只在吹灰器孔区域设计有防磨瓦，省煤器在吹灰器孔区域原设计有防磨瓦。

锅炉原设计只在后烟井前烟道的中隔墙上、后烟道的后包墙上(如图2所示)及省煤器进口处前、

图1 省煤器布置情况

后墙上(如图3所示)焊有烟气阻流板，以防形成烟气走廊而造成局部磨损。

2 计算与分析

由于磨损受飞灰颗粒在烟气中分布、烟气流速、颗粒大小、硬度等多个条件的影响，选用1973年锅炉热力计算标准(前苏联)推荐计算公式

式中:Emax为最大磨损量;a为与煤灰磨损特性及管束结构有关的磨损系数，可近似选取a=14×10－9mm·s3/(g·h);η为灰粒碰撞管壁的频率因子，求最大磨损量时，η=1;M为管材的抗磨系数，碳钢管M=1.0，合金钢管M=0.7;qV为管束计算断面处烟气中飞灰的质量浓度(根据空气预热器出口烟气中飞灰的质量浓度 8.14 g/m3，近似取 qV=10.00 g/m3);kqV为飞灰质量浓度场不均匀系数，Π形布置时，kqV=1.2;t为锅炉运行时间(锅炉厂承诺80 000 h);R90为飞灰细度(近似取磨煤机煤粉设计细度R90=18%);kv为烟气速度场不均匀系数，Π形布置时，kv=1.25;kD为锅炉额定负荷时烟速与平均运行负荷下烟速的比值，对于蒸发量≥120 t/h锅炉，kD=1.15;vg为管束间最窄截面处的平均烟气流速(假定灰粒冲击管壁的速度等于来流速度)，管束前平均烟速为，则，m/s(d为受热面管子外径，mm;s1为管束横向节距，mm)。

2.1 低温过热器磨损计算结果

2.2 低温再热器磨损计算结果

2.3 省煤器磨损计算结果

结合火力发电厂检修标准:碳钢和低合金钢管的壁厚减薄大于30%，低温过热器管减薄量δ=7.50×30%=2.25(mm);低温再热器管减薄量 δ=4.00×30%=1.20(mm);省煤器 管减薄量 δ=7.80 ×30%=2.34(mm)。由上述标准可知，在无防护措施、恒定锅炉最大连续蒸发量(BMCR)、均匀条件、考虑不均的情况下，低温过热器、低温再热器、省煤器在不更换管子的前提下不可能满足80000 h的运行要求。需要更换管子的时间:低温过热器，2.5年;低温再热器，不到1年;前烟井省煤器，3.5年;后烟井省煤器，1.5年。

某600 MW电站锅炉省煤器设计安装了3 mm厚的防磨瓦，在运行2年后已磨穿，说明磨损速度在1 mm/年以上，个别拐角处磨损速率已接近 3 mm/年［4－5］。

3 检修实际情况

#1机组已投入商业运行2164.15 h，#2机组已投入商业运行2393.70 h，平均运行2 278.93 h。在停机备用检修时对尾部受热面普查发现:低温过热器蛇形管排最上层平均减薄0.1 mm，第3层平均减薄0.2mm，其中个别地方减薄0.4mm。低温再热器蛇形管排最上层无减薄，第3层平均减薄0.1 mm。省煤器蛇形管排最上一层平均减薄0.1 mm，第2层平均减薄0.2 mm，其中个别地方减薄0.3 mm。

省煤器第1层与第2层中间隔墙存在磨损减薄现象，平均减薄0.2 mm，中间隔墙中的一根管子存在1个5 mm×5 mm，深2～3 mm的凹坑。

由上述检查情况可见，锅炉实际磨损情况比计算结果好一些，但磨损情况不容乐观［6－7］。

4 结论

江苏国华陈家港发电有限公司锅炉尾部受热面设计的防磨装置(含阻流板)过于简化，起不到防磨作用。以上计算未考虑烟气走廊、锅炉超负荷运行等恶劣情况，锅炉尾部受热面防磨罩完善如下:

(1)低温过热器、低温再热器管排需要在每层上面及拐角处满装防磨瓦。

(2)低温过热器、低温再热器管排需要在每层下面拐角处装设防磨瓦。

(3)低温再热器吹灰器区域防磨罩长度不足，倒Z弯管处无防磨罩。

(4)低温过热器、低温再热器、省煤器与四周墙壁间需要装设防止烟气偏流的阻流板。

(5)将3 mm厚的防磨瓦加厚。

影响锅炉飞灰磨损问题的因素很多，是一个复杂的技术问题，还需要在江苏国华陈家港发电有限公司技术人员在机组运行中做大量的科学试验和实践论证，进一步发现磨损原因，研究防磨措施，以提高锅炉的安全、稳定性，确保锅炉长周期运行。

［1］岑可法，樊建人，池作和，等.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算［M］.北京:科学出版社，1994.

［2］张家元，周孑民，闫红杰.煤粉锅炉膜法富氧局部助燃技术［J］.中南大学学报:自然科学版，2007，38(5):857－862.

［3］邹嘉奇，陈永彬，张东.超临界锅炉屏式过热器受热面超温原因分析及对策［J］.华电技术，2010，32(10):16－17.

［4］董琨，王环丽，许爱军.国产1000 MW超超临界锅炉基建期受热面缺陷的分析与治理［J］.华电技术，2010，32(11):1－4.

［5］徐军涛，刘志杰.锅炉启动过程受热面安全分析与防止超温的控制措施［J］.华电技术，2010，32(12):61 －63.

［6］鹿理春.防止630 MW超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落的对策［J］.华电技术，2010，32(10):1 －3.

［7］孙海元，李德文，范晓明.670 MW贫煤锅炉高温受热面热偏差大的原因分析及改进［J］.华电技术，2011，33(7):37－40.