燃煤電站鍋爐原煤斗防腐防磨問題

易大銳

（四川神華天明發(fā)電有限責(zé)任公司，四川綿陽 621711）

0 引言

我國以燃煤為主的能源分布決定了大部分電站采用原煤作為燃料。整個(gè)發(fā)電過程主要是由電站鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組完成，電站鍋爐的設(shè)備系統(tǒng)主要由燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)組成，鍋爐制粉系統(tǒng)作為燃燒系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要由原煤斗（含落煤管、疏松機(jī)和煤插板）、給煤機(jī)、磨煤機(jī)（含煤粉分離、分配器）、煤粉輸送管道等組成。原煤斗的主要作用是在鍋爐運(yùn)行中，承接并存儲一定量的由燃料皮帶輸送到鍋爐的原煤，并根據(jù)鍋爐負(fù)荷的需要通過給煤機(jī)不間斷地提供燃煤到磨煤機(jī)，磨制成合格的煤粉提供給鍋爐滿足燃燒需要。按照《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》要求，鍋爐原煤斗的總儲煤量應(yīng)能滿足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量負(fù)荷下運(yùn)行8 h以上的要求。

1 原煤斗的常見形式

根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，原煤斗的常見形式分為2種：一是“圓柱體+倒圓臺”形狀，二是“四方體+倒棱臺”形狀，如圖1所示：

（1）“四方體+倒棱臺”形狀的原煤斗，具有易于安裝施工的優(yōu)點(diǎn)，預(yù)設(shè)好原煤斗的支撐鋼梁和四周各層加固環(huán)梁后，即可對基材鋼板進(jìn)行下料、拼縫和焊接施工，一般采用在設(shè)備區(qū)域直接組裝施工的方式進(jìn)行安裝外斗壁和內(nèi)襯板。

（2）“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗，需按圓柱體、圓錐（臺）體的部分展開圖分別下料和卷板作業(yè)，在組合場分別加工好圓柱部分和圓臺部分及其內(nèi)襯，再分別整體吊裝至設(shè)備安裝區(qū)域進(jìn)行拼接安裝。

圖1 2種原煤斗形狀

2 原煤斗的外壁和內(nèi)襯材料

目前在役的原煤斗外壁材料多采用Q235（6 mm≤δ≤8 mm）鋼板焊接而成，作為原煤斗外壁，外表面涂刷防護(hù)漆，內(nèi)壁貼敷防磨耐蝕層后，一般只承擔(dān)固定、成形和承載的作用。

2.1 原煤斗內(nèi)壁的防磨及耐蝕襯板的材料

（1）錳鋼板，通常采用16Mn鋼板，該鋼材綜合力學(xué)性能好，焊接性、冷、熱加工性能和耐蝕性能均好，C，D，E級鋼具有良好的低溫韌性。常用于船舶，鍋爐，壓力容器，石油儲罐，橋梁，電站設(shè)備。起重運(yùn)輸機(jī)械及其他較高載荷的焊接結(jié)構(gòu)件。

（2）不銹鋼板，多采用SUS304不銹鋼板，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械性能，沖壓彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性。廣泛用于家庭用品、櫥柜、室內(nèi)管線、熱水器、鍋爐、浴缸、汽車配件、醫(yī)療器具、建材、化學(xué)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、船舶部件。

（3）高分子聚合板，常見為環(huán)納復(fù)合合金耐磨襯板，是一種新型阻燃耐磨材料，具有極高的耐磨性能、優(yōu)良的自潤滑性、超強(qiáng)的抗沖擊性、低微的磨擦系數(shù)等特性。因此具有獨(dú)特復(fù)合結(jié)構(gòu)的環(huán)納復(fù)合合金耐磨襯板，自身具有很強(qiáng)的抗老化性能。

上述3種原煤斗內(nèi)襯材料在當(dāng)前燃煤電站都有廣泛應(yīng)用，但因材料、性能、固定方式等的差異，在不同的燃煤電站存在不同的使用業(yè)績。例如，前蘇聯(lián)、東歐流派的電站鍋爐，常采用“四方體+倒棱臺”形狀的原煤斗，日、歐、美流派的電站鍋爐多采用“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗。對于原煤斗內(nèi)襯板材的選用，不同的電站根據(jù)不同的煤種和經(jīng)濟(jì)性選用不同的材料。

2.2 3種原煤斗內(nèi)襯材料與原煤斗內(nèi)壁的敷設(shè)結(jié)合方式存在的差異

（1）錳鋼板，通常采用層疊焊接的方法敷設(shè)，即按照易于施工的原則把耐磨鋼板裁剪成鋼板塊，由下向上逐層在清理干凈的原煤斗內(nèi)壁上焊接，形成每塊鋼板的四周都與原煤斗內(nèi)壁牢固地焊接在一起。

（2）不銹鋼板，較之錳鋼板來說，雖然耐磨耐蝕的性能更高，但價(jià)格昂貴，因此通常采用的厚度較薄。在施工中，除采用上述錳鋼板的焊接方法外，為防止貼合不實(shí)、起鼓等問題，通常還在不銹鋼板上規(guī)則地挖孔，然后再逐一將上述挖孔與原煤斗內(nèi)壁牢固地焊接在一起。

（3）高分子聚合材料，作為原煤斗內(nèi)襯材料，敷設(shè)方式采用板材上打孔，用螺栓緊固在原煤斗內(nèi)壁上。

3 原煤斗常見缺陷和問題

（1）錳鋼板作為內(nèi)襯的原煤斗耐磨性較好，但是錳鋼的耐蝕性不如不銹鋼板，原煤斗中存儲的原煤中所含的外水會形成持續(xù)的水蝕作用，特別是燃煤中的硫析出形成硫氧化物對錳鋼板進(jìn)行酸蝕，因此此類原煤斗表現(xiàn)出來的大都是腐蝕缺陷嚴(yán)重于磨損問題；相較于更光滑、更耐腐蝕的不銹鋼板內(nèi)壁和具有自潤滑、高耐磨性能的高分子聚合板來說，耐磨錳鋼板作為襯板的原煤斗的掛煤和蓬煤，其腐蝕情況更為嚴(yán)重。

（2）不銹鋼板作為內(nèi)襯的原煤斗的耐磨性和耐蝕性均較好，但因材料價(jià)格昂貴，且設(shè)計(jì)及施工上的困難，因而作為原煤斗內(nèi)襯的不銹鋼板厚度一般較薄，存在施工困難、焊接牢固程度不如錳鋼板，特別是薄壁不銹鋼板在原煤斗內(nèi)的耐熱性和膨脹系數(shù)不一致，容易造成運(yùn)行中或異常情況（原煤自燃）下的脫落。

（3）高分子聚合材料用于原煤斗內(nèi)襯板材的綜合性能最好，不但具有良好的耐磨性和沖擊韌性，而且具有自潤滑性能，能夠有效地防止掛煤和蓬煤問題；但高分子聚合材料的價(jià)格非常昂貴，對施工的工藝要求很高，并且一般只能采用螺栓或沉頭螺釘聯(lián)結(jié)緊固的安裝工藝，隨著運(yùn)行中煤層的磨削、煤流的沖擊以及銹蝕作用，螺栓或螺釘頭部通常較易磨損脫落，而造成耐磨襯板的大面積脫落。

采用上述3種材料做耐磨耐蝕襯板的原煤斗的性能對比見表1。

表1 3種材料做耐磨耐蝕襯板的原煤斗的性能對比

4 采用錳鋼板做內(nèi)襯的“四方體+倒棱臺”形狀原煤斗的防磨防蝕檢修實(shí)例

某電廠為俄制500 MW級機(jī)組，鍋爐原煤斗采用“四方體+倒棱臺”形狀，內(nèi)部襯板采用16Mn鋼板，原煤斗雖機(jī)組整體采用定期檢修策略，即5 a進(jìn)行一次大修。分析在一次大修中存在問題及采取措施。

4.1 某廠制粉系統(tǒng)及原煤斗概述

某廠1#，2#機(jī)組鍋爐制粉系統(tǒng)為正壓直吹式冷系統(tǒng)，每臺爐由8臺國產(chǎn)的ZGM95（G）型中速輥式磨煤機(jī)，8臺俄產(chǎn)的ПС－40－1100／4000 型固定刮板式給煤機(jī)，5 臺俄產(chǎn)的 ГВ－200－1.4M－01型密封風(fēng)機(jī)，以及附屬管道和相關(guān)系統(tǒng)組成。工作時(shí)，原煤靠自重從原煤斗下落到給煤機(jī)的上臺板上，給煤機(jī)在傳動(dòng)裝置的帶動(dòng)下，將原煤水平移動(dòng)，均勻的將原煤刮至下臺板，再從下臺板刮至落煤管入口，原煤經(jīng)落煤管下落到磨煤機(jī)內(nèi)部，被錐形蓋板大致均布在磨盤上，在磨煤機(jī)傳動(dòng)裝置的帶動(dòng)下，使磨盤帶動(dòng)磨輥達(dá)到碾磨煤粉的目的。碾磨好的煤粉被旋轉(zhuǎn)的磨盤甩向噴嘴，由空預(yù)器的一次風(fēng)帶入磨煤機(jī)分離器，在分離器分離出來的粗粉會返回磨盤繼續(xù)重磨，而合格的細(xì)粉，被一次風(fēng)帶出分離器，經(jīng)過輸粉管進(jìn)入到煤粉分配器中，煤粉分配器將風(fēng)粉混合物均勻分成4份，分別由4根出粉管道進(jìn)入噴燃器燃燒。系統(tǒng)通過磨煤機(jī)傳動(dòng)盤和磨輥處密封，通過調(diào)整給煤機(jī)轉(zhuǎn)速和一次風(fēng)量，來調(diào)整磨煤機(jī)的出力，通過調(diào)整加載彈簧高度和回粉擋板開度，來調(diào)整煤粉的細(xì)度。上述直吹式制粉系統(tǒng)都是由原煤斗、刮板鏈條給煤機(jī)和ZGM（95G）中速磨煤機(jī)組成的，分別在爐前和爐后按照從固定端到擴(kuò)建端排列的方式分布有21～24和25～28等8套制粉單元；每個(gè)鋼制煤斗都是倒四棱臺形，每個(gè)煤斗高約13 m，原煤斗進(jìn)口邊長6 m和8 m，出口邊長分別為2.2 m和1.1 m，貯煤量約320 t；結(jié)構(gòu)由鋼架梁、筒壁、綜肋和橫肋、連接板組成。

4.2 該型原煤斗運(yùn)行中存在的問題

此次2#機(jī)組A級檢修已距上次檢修達(dá)5年之久，根據(jù)原煤斗壁金屬鋼板的使用壽命設(shè)計(jì)和磨損老化規(guī)律，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行中原煤斗頻發(fā)的磨破漏煤缺陷和日常點(diǎn)檢結(jié)果分析，參照1#機(jī)組A級檢修中對原煤斗進(jìn)行貼補(bǔ)的內(nèi)部檢查結(jié)果和施工經(jīng)驗(yàn)，此次2#機(jī)組A級檢修中亦應(yīng)進(jìn)行耐磨鋼板貼補(bǔ)。

圖3 拼縫磨損

圖4 鋼板磨損

圖5 拼縫開裂

4.3 檢修中的原煤斗缺陷

（1）點(diǎn)狀或片狀銹蝕。大部分原煤斗內(nèi)的鋼板片狀銹蝕非常嚴(yán)重，也存在點(diǎn)狀銹蝕現(xiàn)象，圖2。

（2）磨損情況。大部分原煤斗內(nèi)的鋼板磨損情況比較嚴(yán)重，圖3，圖4。

（3）開裂或變形現(xiàn)象。部分原煤斗內(nèi)的斗壁鋼板拼縫出現(xiàn)開裂、變形現(xiàn)象，圖5。

（4）緊固螺栓磨損。原煤斗內(nèi)的掛件銹蝕及螺栓磨損問題較為嚴(yán)重，圖6。

4.4 處理方法

（1）原煤斗內(nèi)的銹皮，原則上都要清除干凈后再行貼補(bǔ)耐磨鋼板，以防止銹皮逐漸擴(kuò)展、加深。

（2）原煤斗內(nèi)磨損部位，都可以通過貼補(bǔ)耐磨鋼板的方法予以消除。

（3）變形不平整的鋼板，采用自制簡易工具的方法壓實(shí)焊接牢固。

圖6 螺栓磨損

4.5 原煤斗存在缺陷的原因分析

（1）原煤中含有硬度較大的硅化物、石塊雜質(zhì)等，在輸煤皮帶上煤時(shí)產(chǎn)生的沖刷、撞擊作用下會產(chǎn)生切削磨損作用。

（2）儲存在原煤斗內(nèi)的原煤煤位會隨著給煤機(jī)的工作而下降，自然堆積的原煤與煤斗四壁的鋼板接觸面上，會因?yàn)槊毫鞯幕瑒?dòng)摩擦產(chǎn)生磨損作用。

（3）處于輸煤皮帶末端的24和28原煤斗會無法避免地收容更多煤中的水分及皮帶上的水分，因此內(nèi)儲的原煤相對較濕，更容易板結(jié)并形成銹蝕（從原煤斗內(nèi)的實(shí)際檢查出的掛煤和腐蝕情況來看也證實(shí)這點(diǎn)）。

（4）所有原煤斗內(nèi)的銹蝕機(jī)理：較長時(shí)期積煤不用吸濕以及煤中本身含水，造成水蝕氧化銹蝕；煤中硫化物的析出銹蝕作用。

（5）處于輸煤皮帶末端的24和28原煤斗會無法避免地收容更多相對較細(xì)顆粒原煤，同等濕度條件下板結(jié)性更強(qiáng)，這也是2臺原煤斗掛煤約15 t的原因之一。

（6）因?yàn)樵及惭b的需要，所有原煤斗內(nèi)的棱角附近區(qū)域都焊有吊鼻，再加上部分安裝焊縫的不規(guī)范、存在焊瘤和凸凹不平等現(xiàn)象，導(dǎo)致各臺原煤斗傾角較大的斗壁面更容易掛煤。

（7）正是因?yàn)閽烀骸⑴锩含F(xiàn)象導(dǎo)致的原煤板結(jié)、不流動(dòng)，相應(yīng)區(qū)域部位的銹蝕情況相對嚴(yán)重。

5 原煤斗腐蝕和磨損問題的防范措施

（1）錳鋼板作為原煤斗的防磨防蝕內(nèi)襯板，在實(shí)踐中是可行的，但因其耐腐蝕性較差，不得不采用一定的厚度才能滿足一個(gè)A修周期的使用要求；另一方面，具有一定厚度的錳鋼板存在成形和彎板加工上的困難，盡管經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但不適用于“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗。

（2）高分子聚合板作為原煤斗的防磨防蝕內(nèi)襯板，盡管具有較高的耐磨、耐蝕性能，同時(shí)兼具自潤滑作用的光滑性，煤層不粘、不掛、不蓬煤的性能優(yōu)越，但成本和造價(jià)昂貴，并且有緊固螺栓、螺釘易磨損造成大面積脫落的缺點(diǎn)，因此目前應(yīng)用的也不是很廣泛。

（3）目前國內(nèi)絕大多數(shù)燃煤電站的鍋爐制粉系統(tǒng)多采用“圓柱體+倒圓臺”形狀的原煤斗，從方便施工和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，多采用較薄的不銹鋼板作為原煤斗的防腐和防磨內(nèi)襯層，但也普遍存在著施工單位為了趕工、搶工造成的施工工藝不良，運(yùn)行中內(nèi)襯不銹鋼板脫落，順煤流下時(shí)堵塞落煤管或通過落煤管后劃傷輸煤皮帶、導(dǎo)致鍋爐無法正常運(yùn)行時(shí)，甚至被迫停運(yùn)的現(xiàn)象。

為了不銹鋼板原煤斗內(nèi)襯的安全可靠應(yīng)用，可采用6種防范措施：①原煤斗內(nèi)襯不銹鋼板施工焊縫平滑合格、過度圓滑、貼合牢固；②確保內(nèi)襯不銹鋼板固定焊接孔的數(shù)量和焊接質(zhì)量；③施工完畢后應(yīng)及時(shí)割除不必要的安裝吊鼻；④協(xié)調(diào)運(yùn)行設(shè)備的定期切換制度和燃料上煤管理，力求減少煤中水分和煤斗內(nèi)原煤板結(jié)和棚煤、掛煤；⑤加強(qiáng)原煤斗內(nèi)疏松機(jī)的檢修維護(hù)管理，確保設(shè)備可靠性和可用率等；⑥嚴(yán)格執(zhí)行原煤倉內(nèi)的原煤管控制度，確保不過久板結(jié)煤和煤粉自燃。

6 結(jié)語

綜上所述，盡管原煤斗是較為簡單的設(shè)備，但在制粉系統(tǒng)乃至電站鍋爐中所起的作用至關(guān)重要。在對原煤斗的設(shè)計(jì)選型、安裝施工、點(diǎn)檢定修、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)一定要綜合考慮、全面分析，采取必要的技術(shù)措施和管控辦法，確保原煤斗的安全穩(wěn)定運(yùn)行，才能確保電站鍋爐和發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。