（神华国能哈密电厂 新疆维吾尔自治区哈密市 839000）
摘要：神华国能哈密电厂4×660MW机组自2016年7月四台机组全部投产运营，多次发生因水冷壁冷灰斗磨损造成的机组非停事故，严重影响了机组可靠运行。本文从锅炉冷灰斗区域水冷壁的结构特点，锅炉燃用煤种等方面分析了该区域水冷壁磨损严重的原因，提出通过对水冷壁冷灰斗易发生磨损部位进行高温防磨喷涂和可塑料浇筑的方法缓解该区域的磨损。
关键词：水冷壁；磨损；预防措施
引言：
随着我国经济的迅猛发展，一大批高参数、大容量的超（超）临界机组已替代上世纪大多数高耗能、低效率、高污染的小机组，大型机组运行期间，出现了大量设备设计问题或生产技术问题，其中，锅炉受热面磨损问题普遍存在。由于机组燃用高灰分劣质煤导致水冷壁冷灰斗1、3号角区域严重磨损，水冷壁冷灰斗转角部位的磨损情况严重影响到了机组的安全可靠运行，成为电力生产技术部门必须克服的一道难关。
1、概述
神华国能哈密电厂4×660MW锅炉为上海锅炉厂有限公司生产SG-2236/25.4-M6007型锅炉，为超临界变压直流炉、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、 紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉。于2015年7月四台机组全部投入商业运营。截至2015年底2号机组水冷壁冷灰斗部位发生两次泄漏；3号机组水冷壁冷灰斗发生一次泄漏；4号机组水冷壁冷灰斗发生一次泄漏，给机组安全可靠生产带来巨大隐患。
2、设备简介
神华国能哈密电厂4×660MW机组锅炉水冷壁冷灰斗由螺旋状管排组成，从上往下看呈顺时针布置。冷灰斗螺旋管规格为Φ32×6.2，材质15CrMoG，在冷灰斗前后墙与左右墙管束方向发生改变，尤其以1、3号转角部位磨损严重，如图1所示。
3、水冷壁磨损的因素
煤粉燃烧后的灰一部分随烟气流经各部位受热面进入除尘系统，另一部分颗粒较大的灰直接落入水冷壁冷灰斗。随着锅炉的长时间运行，灰粒对锅炉各级受热面均会产生不同程度的磨损。煤粉燃烧后产生的大颗粒灰粒在掉落过程中，炉膛温度由高到低，灰的硬度也逐渐变大，在与水冷壁发生碰撞和摩擦时，对水冷壁产生的磨损也越来越大。水冷壁磨损的速率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。
3.1设备结构
由于锅炉本身结构的限制，锅炉燃烧过程中的配风旋转方向从上往下看为顺时针旋转，增加了灰粒向锅炉四壁靠近的可能，导致灰粒对水冷壁冲击的浓度、速度增大；灰粒有较大一部分会靠近炉墙落到水冷壁冷灰斗部位，水冷壁冷灰斗部位的灰粒沿管间鳍片流动时，会产生向1、3号角部汇集及加速的现象，造成1、3号转角部位的水冷壁管子磨损严重。
3.2管材的耐磨性
管子的耐磨性跟管子的材质有直接的关系，在相同的温度、灰量下，管子材质等级越高其耐磨性越好。但是一味的追求提高管子的耐磨性将会大大提高设备成本。锅炉在设计的时候会综合材料的使用性能、工艺性能和经济性，根据锅炉各部件的设计温度、受力情况、介质特性、工作的长期性、制造工艺及部件失效后的修复方法来确定管子的材质。一般情况下，锅炉受热面温度较高的区域，采用材质等级较高的管子，通常这些部位的灰粒硬度较低，磨损性较小；锅炉受热面温度较低的区域，采用的管子材质等级比较低，而这些部位的灰粒硬度比较高，磨损性比较强。锅炉在设计的时候一般会在容易磨损的区域采取防磨措施，增加该部位防磨性的同时，降低锅炉的制造成本。
3.3灰粒的磨损性
水冷壁冷灰斗的磨损主要是因为灰粒对管子的磨损。管子的磨损程度与灰粒的成分、形状、硬度、密度有着紧密的关系。温度越低的部位灰粒硬度越大，对管子的磨损程度越大，反之磨损程度越小。灰粒的形状越不规则，灰粒对管子的磨损性越大。同时，灰粒中的硬性物质（如SiO2、Al2O3、Fe2O3等）越多，灰粒的磨损性也就越大，灰粒的成分主要由燃煤的煤种决定。神华国能哈密电厂燃烧配套煤矿的煤，煤的成分基本不变，燃烧后生成的灰的成分也基本不变。灰中SiO2含量53.78%、Al2O3含量25.19%，Fe2O3含量7.02%，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，灰粒的平均直径都比较大，形状也更加不规则，灰粒的磨损性就越大，落入冷灰斗区域的灰，对该区域水冷壁磨损严重。
3.4灰粒浓度
灰的浓度与所燃烧的煤种有直接关系，如果燃煤不变，炉膛内的灰浓度也基本不变。神华国能哈密电厂电厂燃烧的煤灰分含量高达29.31%，燃烧后产生大量的灰，对锅炉各受热面的磨损也非常严重。
4 冷灰斗水区域冷壁磨损位置
由于水冷壁冷灰斗区域的结构特点，其大部分区域水冷壁管排基本无磨损现象。
如图1中所示，冷灰斗的1、3号角部位，都存在一个转角区域，该区域由冷灰斗下方的排渣口附近一直向上延伸到标高21米处，形成一个“变向带”。运行状态下，一部分灰会翻越过管子滑落至排渣口，另一部分灰沿鳍片下滑汇集到角部转角区域，就会直接撞击弯管，同时由于弯管的阻塞，会改变冲击下来的灰的流动方向，使灰粒集中沿1、3号角向排渣口流动。随着高速的降低，灰粒的流速越来越快，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。炉内灰渣掉落到冷灰斗的前后墙上，在滑向锅炉的排渣口的过程中，越靠近排渣口的位置积累的灰量越大，并且灰粒的温度越低，硬度也越大。因此，处于排渣口附近的转角部位磨损程度比冷灰斗上部的转角部位磨损更加严重。所以，锅炉在长期运行中，冷灰斗前、后墙的转角部位必将是磨损严重的部位。
灰粒对管壁的撞击犹如水滴石穿，随着运行时间的增加，逐渐将管壁削薄，降低管子的强度，导致水冷壁泄漏造成非计划停机检修。管壁减薄，不仅降低机组运行的可靠性而且增加了电厂的临时性检修以及检修费用。
5 预防水冷壁冷灰斗磨损的方法
由于冷灰斗区域的结构从设计上无法变更，落灰的流动方向无法改变，则水冷壁磨损的程度主要取决于灰粒浓度以及硬度，图1中所示的区域不可避免的要产生磨损减薄。为有效降低该部位的磨损，保证锅炉长期、安全、高效的运行，必须对冷灰斗前、后墙转角部位进行防磨处理。
5.1喷涂耐磨层
对前后墙水冷壁冷灰斗转角部位进行防磨喷涂，采用高温喷涂技术给易磨损部位穿上“防护罩”，此方法工艺成熟，施工简单迅速，但是使用周期较短，需根据检修随时处理。 
5.2对落灰进行分流
在落灰容易积聚的区域纵向进行可塑料浇筑，将落灰分散疏导到排渣口，使1、3号转角部位的落灰浓度降低。
神华国能哈密电厂超临界锅炉冷灰斗区域的水冷壁采用高温喷涂耐磨层与可塑料浇筑分流相结合的工艺进行防磨处理。自排渣口至锅炉标高22米处的转角部位以及落灰流动方向上游部位，先进行防磨喷涂，然后进行可塑料浇筑，如图2所示。防磨喷涂层宽度为0.5米，可塑料浇筑0.3米，角部在左右墙均浇筑0.3米宽，以防前后墙落灰冲刷。可塑料浇筑要将喷涂层右侧覆盖，以防可以塑料脱落后将未处理的水冷壁管裸露在外。铺设该防磨层能够有效将落灰分流，减缓冷灰斗水冷壁的磨损，延长使用寿命，切实可行。铺设后，每次停炉检修时都要检查喷涂层减薄情况和浇注料脱落情况，及时进行修补。
6 结束语
燃煤电厂锅炉受热面的磨损是不可避免的，锅炉在设计、制造、安装过程中就应考虑到对受热面磨损的控制。锅炉安装时，采用高温防磨喷涂和可塑料浇筑分流相结合的防磨措施，能有效预防运行中燃烧高灰分煤种所造成的冷灰斗区域的磨损。检修时加大对冷灰斗易磨损区域的检查力度，及时发现并修复受损的防磨设施，更好地保护锅炉冷灰斗，保证锅炉安全可靠地运行。自改造完成后哈密电厂四台锅炉至今未发生因水冷壁冷灰斗磨损减薄造成的非停事故。
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[4]DLT 939-2016_火力发电厂锅炉受热面管监督技术导则
[5]防止火电厂锅炉四管爆漏技术导则
论文作者:史海涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/1
标签：磨损论文; 水冷论文; 锅炉论文; 部位论文; 机组论文; 区域论文; 哈密论文; 《电力设备》2017年第22期论文;