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摘要：导致省煤器爆管的原因很多，本文着重对飞灰磨损这个主要原因进行分析，并提出预防措施，以便提高锅炉机组运行安全性和经济性。
关键词：飞灰磨损；省煤器爆管；烟气走廊；
中图分类号：U261文献标识码： A 文章编号：
锅炉“四管”爆管普遍发生，我国200MW和300MW火电机组由于炉管事故引起的非计划停运小时数占机组非计划停运分别为37.8%和38.1%【1】，所以说这是一个影响机组安全稳定运行的问题，原因较复杂。而省煤器泄漏的比例是“四管”中最大的。青岛汉河热电1#锅炉系济南锅炉厂生产的YG75-5.29/450-M5型中温次高压锅炉，采用循环流化床燃烧方式，布置方式为倒U型。省煤器布置三级，均为φ32×3.5蛇形管，材质为20G，省煤器管52排，错列布置，横向节距80mm，纵向节距50mm，由省煤器支架支撑在空心梁上。投用4年后出现省煤器泄漏事故，并且在一年中发生四次类似事故，其中有两次相隔不到两个月，爆管后只能临时停炉堵漏，即在相对应的集箱管处加堵头处理。经过对爆口的检查，发现爆口附近无明显腐蚀或过热现象，但管壁有明显的减薄，均低于1。6mm。经组织相关技术人员对事故原因进行分析，确定了引起四次泄漏的主要原因为烟气走廊引起的飞灰磨损，而飞灰磨损也恰是大多数省煤器爆管的主要原因【1】，以下将对飞灰对省煤器的磨损进行机理分析，并提出防治措施。
飞灰磨损的机理
烟气中的飞灰颗粒撞击到受热面上时，会与管外壁产生冲击和相对摩擦，产生一个冲击力和切削力，使管外壁脱落细微的金属，金属脱落增加则导致受热面管壁逐渐减薄。实验证明，飞灰颗粒的冲击方向与受热面的角度对飞灰磨损的影响很大。当这个角度为0时只有切削力，难以发生磨损，当这个角度为90°时，只有撞击力，无切削力，也不会发生磨损，而当这个角度为45°时，磨损最大，实践表明当这个角度处于30~50°之间时磨损非常严重[2]，由此判断，飞灰磨损具有局部特征，一般发生在靠后墙的几排、靠两侧墙的弯头和穿墙管部位，当前墙出现烟气走廊时，对前墙1-3排管子也会产生较大磨损。
影响磨损的因素
统计磨损严重的区域，飞灰颗粒的冲击与切削是以切削为主。理论和实践表明，影响磨损的主要因素有：飞灰浓度，灰粒的物理化学性质，烟气流速，受热面的布置与结构特性，以及锅炉运行工况【3】假定烟气的速度场和浓度场不随时间发生变化，管壁的磨损量可以用以下公式表示： （公式 1）
式中——管壁表面单位面积磨损量（g/m2）
——飞灰磨损系数，与飞灰性质和管束特性有关（s2/m2）
——飞灰撞击率，与灰粒所受惯性力及气流的粘性力有关
——飞灰速度，即烟气流速（m/s）
——烟气中的飞灰浓度（g/m3）
——时间（s）
从公式来看，除时间外还有四个量会影响磨损量，任何影响四个量的因素也同样会对磨损量产生影响。
飞灰磨损系数α。主要受飞灰的性质和省煤器管的结构、耐磨性影响。
飞灰性质主要体现在飞灰颗粒的硬度和形状。煤中含有的石英（SiO2）和黄铁矿（FeS2）的硬度很高，当飞灰中的SiO2含量超过60％时，磨损显著加剧。由于燃烧不充分，很多灰粒达不到熔化温度存在锐利的棱角，而且还有未燃尽的碳、直径（20-100mm）、重度和硬度大的灰粒【4】，都会加剧对受热面的磨损。
另外，管束的排列方式会影响，一般认为，顺列方式比错列方式磨损系数小。错列管排排数多时，第二排磨损量可较平均值高50%。受热面管材的耐磨性也会影响，管材硬度高，就小，耐磨性就好。
飞灰撞击率η。
粉尘颗粒与管壁碰撞机率η是由多种因素决定的，研究表明：粉尘颗粒直径大、重度大、粘度小，烟气流速快以及飞灰浓度大时，粉尘颗粒与管壁碰撞机率就大，而受热面管子直径大时，粉尘颗粒与管壁碰撞机率就小【4】
飞灰速度。
一般可近似认为等同于烟气速度，考虑灰粒受重力的影响，飞灰速度要大于烟气速度。飞灰速度对磨损量的影响很大程度上由流速不均引起的，在局部地方尤为明显。其中烟气走廊和漏风较为常见。
烟气流量由于惯性作用在尾部烟道横截面分布不均匀，靠近后墙区域烟气流速高，靠近前墙区域流速低，流速分布不均匀；通过尾部烟道的烟气分布特性试验表明：低温省煤器中间部分的烟气流速仅为3m/s～5m/s，靠近后墙的烟气流速达10m/s～11m/s，而设计值一般取6m/s，根据公式1，磨损量与飞灰速度的三次方成正比，可以看出后墙的磨损量为设计值的3倍。另外，低温省煤器蛇形管左右两侧U型弯处间隙过大会产生烟气走廊，加之在弯制弯头时，弯头壁厚减薄，从而导致省煤器管弯头迎风处更易磨损泄漏。而烟道漏风必然会导致烟气速度增加，研究表明如果在省煤器中过量空气系数由1.2增加到1.3时，会使金属的磨损增加25%【5】。
飞灰浓度μ。主要受原煤中的灰分含量和过量空气系数影响。
对于固态排渣炉，一般烟气携带的灰分比例为90%。并且由于流化床锅炉对煤种的适应面广，流化床锅炉燃煤的灰分更大，经常超过设计煤种。这样就导致了燃烧后的飞灰浓度升高，对过热器、省煤器的磨损相当严重。另外，烟气中的灰粒特别是重度大的灰粒由于惯性作用集中靠近后墙的受热面，所以后墙的灰粒浓度较大，从而导致此处的管壁磨损加大。
爆管分析
图 1 烟气走廊
图 2防磨瓦和挡烟板
四次爆管的位置处于下级省煤器靠右侧炉墙上数第三排、二排，均偏向炉后。经检查，由于省煤器蛇形管采用φ32×3.5的无缝钢管，刚性较差，造成排列不齐，无法保证均匀的节距和管间距，管排与炉墙的距离大于其他位置，明显存在烟气走廊（见图1），并且偏向炉后的位置受烟气惯性作用飞灰浓度大，也加剧了磨损。在大修时检查发现原设计的挡烟板安装未按照设计位置正确安装，露出来部分U型管弯头，导致爆管。所以大修时，加梳形板消除烟气走廊，并覆盖上一层浇注料保护省煤器管，运行一年未发生省煤器爆管。
消除与预防措施
燃烧调整
尽量采用设计煤种或低灰分煤种。由于煤的发热量随灰分增高呈下降趋势【6】，当锅炉负荷不变，燃煤灰分增加时，燃煤热值降低，锅炉给煤量增加，这样烟气中的飞灰更多，导致磨损进一步加剧。当锅炉掺烧或改烧水分大、热值低、挥发份少的劣质煤时，往往燃烧不良，飞灰浓度和烟气流速会增加很多，必然会造成尾部受热面的磨损加剧。
避免锅炉超负荷运行。因为超负荷运行时，燃料消耗量和供应的空气量都增大，烟气流速和飞灰浓度明显增大，因而会加剧飞灰磨损。
尽可能保证流速均匀
在大小修的事故抢修中严格执行检修规程，，调整好管排间距，清除全部杂物，防止局部堵塞，保证通过省煤器的烟气要均匀。
消除漏风。运行中出现氧量不正常升高时，要检查消除漏风。
可以对所有U型弯处加装挡风板，实现对U型弯处上下全覆盖，特别是对低温省煤器。同时对较高的省煤器要避免只覆盖上几排，没有对下部进行保护，导致下部磨损加剧。
发现空气预热器堵灰时要进行清理，避免形成局部烟气走廊。
针对省煤器弯头间出现的烟气走廊现象，在弯头间加装梳形板（见图2）、套管（见图3），使烟气流速分布均匀，安装防磨套瓦两个好处：一是保护省煤器管免受直接的冲击磨损，二是改变烟气流道，消除烟气走廊。
破坏烟气走廊，挡烟板的位置要正确选择，避免形成新的烟气走廊。
增加管自身耐磨性
有条件的可对省煤器最上一排管壁喷涂超硬耐磨涂料，同时也可应用在水冷壁、过热器，经过对一些锅炉的考察，防磨效果明显。
加强易损部位的管理
对重点部位检查测量，计算寿命，建立爆管记录，及时采取相应的防治措施，方可保证锅炉安全运行。
图 3U型弯加套管
结语
锅炉运行期间，低温省煤器磨损、泄漏將直接影响锅炉的安全运行，虽然理论研究和公式推导可以帮助我们找出磨损的部位及因素，但要彻底解决“四管”的磨损问题必须对磨损部位进行不同角度的全面分析判断，找出根源，才能有的放矢，提出切实有效的可行性建议，进而锅炉的安全运行才能得到保障。
1 周昊、池作和、李凤瑞、雷宇、岑可法；根据爆口特征判断爆管原因；石河子科技；2010（02）
2 刘洪、陶秀娟、董敏、付新国、李锦时；省煤器防磨初探；锅炉制造；1999（01）
3 程刚强、赵红岩、郭建军；CFB锅炉省煤器磨损原因分析及对策；河南化工，2005(8)
4 徐伟峰；锅炉四管爆漏原因分析和预防措施；民营科技；2011（05）
5 张春军；锅炉省煤器泄漏的原因分析与对策；石河子科技；2010（02）
6 陈洪博、白向飞、罗殒飞；煤的发热量与水分、灰分的关系研究；煤质技术；2010（4）
关键词：飞灰磨损；省煤器爆管；烟气走廊；
中图分类号：U261文献标识码： A 文章编号：
锅炉“四管”爆管普遍发生，我国200MW和300MW火电机组由于炉管事故引起的非计划停运小时数占机组非计划停运分别为37.8%和38.1%【1】，所以说这是一个影响机组安全稳定运行的问题，原因较复杂。而省煤器泄漏的比例是“四管”中最大的。青岛汉河热电1#锅炉系济南锅炉厂生产的YG75-5.29/450-M5型中温次高压锅炉，采用循环流化床燃烧方式，布置方式为倒U型。省煤器布置三级，均为φ32×3.5蛇形管，材质为20G，省煤器管52排，错列布置，横向节距80mm，纵向节距50mm，由省煤器支架支撑在空心梁上。投用4年后出现省煤器泄漏事故，并且在一年中发生四次类似事故，其中有两次相隔不到两个月，爆管后只能临时停炉堵漏，即在相对应的集箱管处加堵头处理。经过对爆口的检查，发现爆口附近无明显腐蚀或过热现象，但管壁有明显的减薄，均低于1。6mm。经组织相关技术人员对事故原因进行分析，确定了引起四次泄漏的主要原因为烟气走廊引起的飞灰磨损，而飞灰磨损也恰是大多数省煤器爆管的主要原因【1】，以下将对飞灰对省煤器的磨损进行机理分析，并提出防治措施。
飞灰磨损的机理
烟气中的飞灰颗粒撞击到受热面上时，会与管外壁产生冲击和相对摩擦，产生一个冲击力和切削力，使管外壁脱落细微的金属，金属脱落增加则导致受热面管壁逐渐减薄。实验证明，飞灰颗粒的冲击方向与受热面的角度对飞灰磨损的影响很大。当这个角度为0时只有切削力，难以发生磨损，当这个角度为90°时，只有撞击力，无切削力，也不会发生磨损，而当这个角度为45°时，磨损最大，实践表明当这个角度处于30~50°之间时磨损非常严重[2]，由此判断，飞灰磨损具有局部特征，一般发生在靠后墙的几排、靠两侧墙的弯头和穿墙管部位，当前墙出现烟气走廊时，对前墙1-3排管子也会产生较大磨损。
影响磨损的因素
统计磨损严重的区域，飞灰颗粒的冲击与切削是以切削为主。理论和实践表明，影响磨损的主要因素有：飞灰浓度，灰粒的物理化学性质，烟气流速，受热面的布置与结构特性，以及锅炉运行工况【3】假定烟气的速度场和浓度场不随时间发生变化，管壁的磨损量可以用以下公式表示： （公式 1）
式中——管壁表面单位面积磨损量（g/m2）
——飞灰磨损系数，与飞灰性质和管束特性有关（s2/m2）
——飞灰撞击率，与灰粒所受惯性力及气流的粘性力有关
——飞灰速度，即烟气流速（m/s）
——烟气中的飞灰浓度（g/m3）
——时间（s）
从公式来看，除时间外还有四个量会影响磨损量，任何影响四个量的因素也同样会对磨损量产生影响。
飞灰磨损系数α。主要受飞灰的性质和省煤器管的结构、耐磨性影响。
飞灰性质主要体现在飞灰颗粒的硬度和形状。煤中含有的石英（SiO2）和黄铁矿（FeS2）的硬度很高，当飞灰中的SiO2含量超过60％时，磨损显著加剧。由于燃烧不充分，很多灰粒达不到熔化温度存在锐利的棱角，而且还有未燃尽的碳、直径（20-100mm）、重度和硬度大的灰粒【4】，都会加剧对受热面的磨损。
另外，管束的排列方式会影响，一般认为，顺列方式比错列方式磨损系数小。错列管排排数多时，第二排磨损量可较平均值高50%。受热面管材的耐磨性也会影响，管材硬度高，就小，耐磨性就好。
飞灰撞击率η。
粉尘颗粒与管壁碰撞机率η是由多种因素决定的，研究表明：粉尘颗粒直径大、重度大、粘度小，烟气流速快以及飞灰浓度大时，粉尘颗粒与管壁碰撞机率就大，而受热面管子直径大时，粉尘颗粒与管壁碰撞机率就小【4】
飞灰速度。
一般可近似认为等同于烟气速度，考虑灰粒受重力的影响，飞灰速度要大于烟气速度。飞灰速度对磨损量的影响很大程度上由流速不均引起的，在局部地方尤为明显。其中烟气走廊和漏风较为常见。
烟气流量由于惯性作用在尾部烟道横截面分布不均匀，靠近后墙区域烟气流速高，靠近前墙区域流速低，流速分布不均匀；通过尾部烟道的烟气分布特性试验表明：低温省煤器中间部分的烟气流速仅为3m/s～5m/s，靠近后墙的烟气流速达10m/s～11m/s，而设计值一般取6m/s，根据公式1，磨损量与飞灰速度的三次方成正比，可以看出后墙的磨损量为设计值的3倍。另外，低温省煤器蛇形管左右两侧U型弯处间隙过大会产生烟气走廊，加之在弯制弯头时，弯头壁厚减薄，从而导致省煤器管弯头迎风处更易磨损泄漏。而烟道漏风必然会导致烟气速度增加，研究表明如果在省煤器中过量空气系数由1.2增加到1.3时，会使金属的磨损增加25%【5】。
飞灰浓度μ。主要受原煤中的灰分含量和过量空气系数影响。
对于固态排渣炉，一般烟气携带的灰分比例为90%。并且由于流化床锅炉对煤种的适应面广，流化床锅炉燃煤的灰分更大，经常超过设计煤种。这样就导致了燃烧后的飞灰浓度升高，对过热器、省煤器的磨损相当严重。另外，烟气中的灰粒特别是重度大的灰粒由于惯性作用集中靠近后墙的受热面，所以后墙的灰粒浓度较大，从而导致此处的管壁磨损加大。
爆管分析
图 1 烟气走廊
图 2防磨瓦和挡烟板
四次爆管的位置处于下级省煤器靠右侧炉墙上数第三排、二排，均偏向炉后。经检查，由于省煤器蛇形管采用φ32×3.5的无缝钢管，刚性较差，造成排列不齐，无法保证均匀的节距和管间距，管排与炉墙的距离大于其他位置，明显存在烟气走廊（见图1），并且偏向炉后的位置受烟气惯性作用飞灰浓度大，也加剧了磨损。在大修时检查发现原设计的挡烟板安装未按照设计位置正确安装，露出来部分U型管弯头，导致爆管。所以大修时，加梳形板消除烟气走廊，并覆盖上一层浇注料保护省煤器管，运行一年未发生省煤器爆管。
消除与预防措施
燃烧调整
尽量采用设计煤种或低灰分煤种。由于煤的发热量随灰分增高呈下降趋势【6】，当锅炉负荷不变，燃煤灰分增加时，燃煤热值降低，锅炉给煤量增加，这样烟气中的飞灰更多，导致磨损进一步加剧。当锅炉掺烧或改烧水分大、热值低、挥发份少的劣质煤时，往往燃烧不良，飞灰浓度和烟气流速会增加很多，必然会造成尾部受热面的磨损加剧。
避免锅炉超负荷运行。因为超负荷运行时，燃料消耗量和供应的空气量都增大，烟气流速和飞灰浓度明显增大，因而会加剧飞灰磨损。
尽可能保证流速均匀
在大小修的事故抢修中严格执行检修规程，，调整好管排间距，清除全部杂物，防止局部堵塞，保证通过省煤器的烟气要均匀。
消除漏风。运行中出现氧量不正常升高时，要检查消除漏风。
可以对所有U型弯处加装挡风板，实现对U型弯处上下全覆盖，特别是对低温省煤器。同时对较高的省煤器要避免只覆盖上几排，没有对下部进行保护，导致下部磨损加剧。
发现空气预热器堵灰时要进行清理，避免形成局部烟气走廊。
针对省煤器弯头间出现的烟气走廊现象，在弯头间加装梳形板（见图2）、套管（见图3），使烟气流速分布均匀，安装防磨套瓦两个好处：一是保护省煤器管免受直接的冲击磨损，二是改变烟气流道，消除烟气走廊。
破坏烟气走廊，挡烟板的位置要正确选择，避免形成新的烟气走廊。
增加管自身耐磨性
有条件的可对省煤器最上一排管壁喷涂超硬耐磨涂料，同时也可应用在水冷壁、过热器，经过对一些锅炉的考察，防磨效果明显。
加强易损部位的管理
对重点部位检查测量，计算寿命，建立爆管记录，及时采取相应的防治措施，方可保证锅炉安全运行。
图 3U型弯加套管
结语
锅炉运行期间，低温省煤器磨损、泄漏將直接影响锅炉的安全运行，虽然理论研究和公式推导可以帮助我们找出磨损的部位及因素，但要彻底解决“四管”的磨损问题必须对磨损部位进行不同角度的全面分析判断，找出根源，才能有的放矢，提出切实有效的可行性建议，进而锅炉的安全运行才能得到保障。
1 周昊、池作和、李凤瑞、雷宇、岑可法；根据爆口特征判断爆管原因；石河子科技；2010（02）
2 刘洪、陶秀娟、董敏、付新国、李锦时；省煤器防磨初探；锅炉制造；1999（01）
3 程刚强、赵红岩、郭建军；CFB锅炉省煤器磨损原因分析及对策；河南化工，2005(8)
4 徐伟峰；锅炉四管爆漏原因分析和预防措施；民营科技；2011（05）
5 张春军；锅炉省煤器泄漏的原因分析与对策；石河子科技；2010（02）
6 陈洪博、白向飞、罗殒飞；煤的发热量与水分、灰分的关系研究；煤质技术；2010（4）