燃用巴西高灰分煤种锅炉的防磨措施

史国梁，康利利，张海勇

(1.山东电力建设第一工程公司，济南 250100； 2.山东电力高等专科学校，济南 271000)

0 引言

巴西某电厂安装1台350 MW燃煤发电机组，锅炉的最大连续蒸发量为1 150 t/h，过热蒸汽出口压力为18.3 MPa、温度为541 ℃，是中国在拉美承接的设计采购施工(EPC)总承包工程。该项目第1次将中国的热电厂技术输出到巴西，带动了国内一流电力设备制造商走出国门。

该机组燃用巴西坎迪奥塔CRM露天煤矿的煤，该煤矿的开采以露天挖掘为基本方式，工作面的矿层具有明显的地质分段，平均每6 m就出现煤层夹石层的结构，挖掘过程中石层全部掺入原煤中，造成电厂用煤品质的波动。目前矿区以35巴币/t的价格将煤出售给电厂，是国内煤价的1/8左右，即使不考虑政府补贴，电厂的盈利空间也是巨大的。但是，该煤种灰分较高(45.16%)，热值较低(10 MJ/kg)，磨损指数为45，远远超过了世界知名锅炉公司设计规范的上限，燃用这种特殊煤种时，出现了锅炉受热面频繁磨损泄漏的问题，因此，应从设计到运行等各个方面采取有效的对策。

1 问题分析与解决措施

1.1 控制烟气流速

受热面金属的磨损量与冲击管壁的灰粒动能、冲击次数、灰粒性质等有关。灰粒的动能越大、冲击次数越多，则磨损越严重，而灰粒的动能和冲击次数取决于烟气流速。飞灰磨损量可用下式确定

δ∝v3d2，

(1)

式中：δ为磨损量；v为烟气流速；d为颗粒直径。

由式(1)可知：磨损量δ大约与气流速度的三次方成正比，与颗粒直径的平方成正比，烟气流速越大、灰粒粒径越大，则磨损越严重。

(1)若长期燃用高灰分煤，设计时应采用降低烟气流速的结构。尾部烟道深度增加约1 140 mm，低温过热器横向节距增加约15 mm，低温过热器管屏减少12片。

(2)将低温过热器和省煤器烟速分别控制在9.4 m/s 和10.0 m/s以下，350 MW机组锅炉燃用灰分小于30%的煤种时， 垂直烟道的烟速通常为9.8～11.3 m/s。

1.2 设置防磨装置

磨损导致的泄漏点主要集中在燃烧器区域的水冷壁管、省煤器、包墙管和低温过热器、长伸缩吹灰器附近的受热面等处，上述位置均设置了防磨装置。

(1)过热器和再热器防磨。在末级再热器立管上、立式低温过热器及水平低温过热器上布设防磨装置，拆除低温过热器区域局部导流板(长约1 m)，并在附近集箱管接头上加装防磨板。如图1所示。

图1 过热器和再热器防磨护瓦

(2)包墙管防磨。在包墙鳍片处增加防磨罩(如图2所示)，在折边板上部的水平阻流板下方沿炉宽通长方向布置竖向阻流板，其与支撑弯板共同夹持折边板，同时也防止水平阻流板产生的涡流冲刷前、后包墙管。在2个侧包墙管屏上、水平低温过热器的上下方各加1道烟气阻流板结构，降低烟气走廊产生的几率。

图2 前包墙吊挂管增加防磨罩

(3)省煤器防磨。该锅炉采用了H型省煤器，在省煤器第1根管上覆盖防磨罩，省煤器出口集箱管接头增加防磨罩，省煤器角部设置折流板，防止省煤器管屏角部磨损，省煤器角部加装一层倾斜的阻流板。新设计的阻流板、折流板均加厚至10 mm，均采用高强度耐磨钢板NM400，延长冲刷时间，如图3所示。

图3 H型省煤器安装导流板

1.3 运行调整措施

针对烟气流速过快造成磨损的情况，在运行调整时应注意以下几点。

(1)在同一负荷下，尽量降低烟气流速。如改善烟气偏流、减少烟道漏风缺陷、控制好炉膛负压、适当调整炉膛氧量等。

(2)在同一负荷下，尽量降低烟气温度。运行统计数据显示，省煤器区域烟温每降低50 ℃，平均烟速将从9.9 m/s降低至9.1 m/s，磨损速度将会降低22.4%，烟温的降低可有效减轻受热面的磨损。因此，运行中可采取适当分配磨煤机负荷、控制炉底漏风、控制炉膛氧量等措施。

(3)在同一负荷下，尽量将灰的临界粒径降至90 μm。从省煤器灰斗和一级电除尘器取样进行化验，总结飞灰的粒径分布规律，并观察不同粒径飞灰的质量分数。如果大粒径飞灰(粒径大于90 μm)的质量分数变化超过20%，则从分散控制系统(DCS)中查看运行数据是否有变化，找出变化规律，最终通过运行调整使较大粒径飞灰的质量分数降至最小。

2 结束语

锅炉受热面磨损后的泄漏点主要集中在燃烧器区域的水冷壁管、省煤器和低温过热器等处。磨损主要原因是设计规划有精煤处理装置，而实际工程中没有安装，煤炭不经任何处理直接破碎输送至电厂；而挖掘时石块掺入原煤，煤的灰分较大，导致了磨损的加剧。建议按原设计方案建设精煤处理装置，改善入炉煤灰分偏高的现状。

针对燃用高灰分煤种带来的磨损问题，采取一系优化改进措施后，锅炉磨损泄漏问题得到了有效控制。

参考文献：

[1]张雪然，张磊.超临界机组电厂锅炉高温受热面失效分析[J].华东电力，2013(6):1390-1392.

[2]张磊，廉根宽.电站锅炉四管泄漏分析与治理[M].北京：中国水利水电出版社，2009.