燃煤电厂锅炉受热面磨损机理与防护措施研究

引言

燃煤电厂锅炉受热面在长期运行中，受飞灰冲刷、烟气腐蚀等因素影响，磨损问题突出。磨损不仅降低受热面使用寿命，增加维修成本，还可能引发安全事故，影响电厂稳定运行。

1 燃煤电厂锅炉受热面磨损机理与防护措施研究意义

燃煤电厂作为电力供应的重要支柱，其锅炉受热面的稳定运行直接关系到整个电厂的生产效能与安全水平。在锅炉长期运行过程中，受热面不可避免地会遭受磨损，这一现象背后蕴含着复杂的物理与化学作用机理。飞灰颗粒在高速烟气流的携带下，对受热面管壁进行持续冲刷，引发机械性磨损；烟气中的腐蚀性成分与管壁金属发生化学反应，进一步削弱管壁强度。磨损问题的存在，不仅会致使受热面管壁变薄，降低其换热效率，影响锅炉的热经济性，还可能因管壁强度不足而引发爆管等严重事故，造成非计划停机，给电厂带来巨大的经济损失与安全风险。深入探究燃煤电厂锅炉受热面磨损机理，能够精准识别磨损的关键因素与作用路径，为制定针对性的防护措施提供坚实理论依据。通过实施有效的防护策略，可显著延长受热面使用寿命，减少设备维修与更换频率，降低运行成本，提升锅炉运行的可靠性与稳定性，对保障燃煤电厂的安全高效生产、推动电力行业的可持续发展具有不可忽视的重要意义。

2 燃煤电厂锅炉受热面磨损机理

2.1 飞灰颗粒的冲刷与切削作用

燃煤电厂锅炉运行中，高速烟气携带大量飞灰颗粒通过受热面。这些飞灰颗粒具有不同粒径、形状与硬度，当以一定速度撞击受热面时，产生显著磨损效应。正向撞击时，飞灰颗粒对受热面管壁产生冲击磨损，使管壁表面形成微小麻点，金属被剥离。斜向撞击时，作用力分解为法向与切向分力，除冲击磨损外，切向分力引发切削磨损，如同刀具切割金属，持续剥离金属屑。飞灰颗粒的粒径越大，撞击可能性与冲击力越强，磨损越严重；具有锐利棱角的颗粒比球形颗粒更具破坏性。飞灰颗粒硬度越高，对金属的切削能力越强，磨损速率加快。在烟气流速较高区域，飞灰颗粒动能增大，撞击频率与力度提升，进一步加剧受热面磨损，长期作用导致管壁变薄，强度下降，埋下爆管隐患。

2.2 烟气流速与流动特性的影响

烟气流速是影响受热面磨损的关键因素，其与磨损量呈非线性关系。当烟气流速增加时，飞灰颗粒的动能呈指数级增长，撞击受热面的力度与频率显著提升，磨损量随之大幅上升。在烟道转弯处，气流方向改变导致飞灰颗粒分布不均，外侧烟气流速加快，飞灰浓度升高，形成局部高速高浓度区域，加剧该部位受热面磨损。烟气流动的湍流特性增强飞灰颗粒的扰动，使其运动轨迹复杂化，增加与受热面的碰撞概率。错列布置的管束中，烟气流动受管子阻挡产生强烈扰动，飞灰颗粒在管束间反复冲刷，导致特定管排磨损严重；顺列布置管束虽磨损相对均匀，但局部区域仍因气流分布不均出现磨损集中现象。合理控制烟气流速与优化管束布置，是减轻磨损的重要手段。

2.3 燃料特性与灰分成分的作用

燃料特性直接影响飞灰成分与磨损性能。燃煤中灰分含量越高，燃烧后产生的飞灰量越大，单位时间内撞击受热面的颗粒数量增多，磨损加剧。灰分成分中，二氧化硅（ SiO₂ ）含量对磨损影响显著，当其占比超过一定比例时，飞灰颗粒硬度与锐利度提升，磨损性能增强。此外，灰分中的氧化铁（ (Fe₂O₃ ）、氧化钙（CaO）等成分在高温下可能形成低熔点化合物，附着于受热面表面，改变局部传热与流动特性，间接影响磨损过程。燃料燃烧不完全产生的未燃尽碳粒，随烟气流动撞击受热面时，不仅造成机械磨损，还可能因碳粒燃烧释放热量，导致局部温度升高，加速金属氧化与磨损。选用低灰分、低磨损性燃煤，优化燃烧调整，减少未燃尽碳粒生成，可从源头降低受热面磨损风险。

3 燃煤电厂锅炉受热面防护措施

3.1 表面防护涂层技术

在燃煤电厂锅炉受热面应用表面防护涂层是抵御磨损的有效手段。通过热喷涂、电镀等工艺，在受热面管壁表面形成一层致密且高硬度的防护层。热喷涂技术利用高温火焰或电弧将喷涂材料熔化，高速喷射至管壁表面，形成具有良好结合强度的涂层。该涂层可选用陶瓷、金属陶瓷等材料，其硬度远高于金属基体，能有效抵抗飞灰颗粒的切削与冲击磨损。电镀工艺则通过电解作用在管壁表面沉积一层耐磨金属，如铬、镍等，形成均匀且结合紧密的镀层。防护涂层不仅具备高硬度特性，还拥有良好的耐腐蚀性能，可隔绝烟气中的腐蚀性成分与管壁金属的接触，减少化学磨损。涂层表面光滑，可降低飞灰颗粒的附着概率，减少因颗粒堆积引发的局部磨损。定期对涂层进行检测与修复，确保其完整性与防护性能，可显著延长受热面使用寿命，降低维修成本。

3.2 优化受热面结构布局

合理优化受热面结构布局对减轻磨损具有重要作用。针对烟气流动特性，调整管束排列方式与间距，可改善飞灰颗粒的分布与流动状态。错列布置管束时，适当增大横向节距与纵向节距，可减少飞灰颗粒在管束间的碰撞与反弹，降低对管壁的重复磨损。在烟道转弯处，采用圆弧过渡设计，避免气流方向急剧改变，减少局部高速高浓度飞灰区域的形成。在易磨损部位增设防磨瓦或导流板，防磨瓦可直接保护受热面管壁，承受飞灰颗粒的撞击；导流板可改变烟气流动方向，使飞灰颗粒均匀分布，避免局部磨损集中。优化受热面分级布置，根据烟气温度与飞灰浓度变化，合理分配各段受热面的吸热量，减少高温高浓度区域受热面的磨损压力，提高整体受热面的抗磨损能力。

3.3 强化运行参数控制与维护管理

精准控制锅炉运行参数是预防受热面磨损的关键环节。合理调节烟气流速，避免流速过高导致飞灰颗粒动能过大，加剧磨损；同时防止流速过低引发飞灰颗粒沉积，造成局部堵塞与磨损。严格控制燃烧过程，优化风煤配比，确保燃料充分燃烧，减少未燃尽碳粒的生成，降低其对受热面的磨损与腐蚀。加强锅炉水质管理，防止受热面内部结垢与腐蚀，避免因管壁强度下降引发外部磨损加剧。建立完善的维护管理制度，定期对受热面进行检查与检测，采用无损检测技术及时发现管壁磨损缺陷，制定针对性的维修方案。对磨损严重的管段进行更换或修复，对轻微磨损部位进行打磨与补焊处理。强化运行人员培训至关重要。通过系统且专业的培训课程，让运行人员深入理解受热面磨损的成因、机理及危害。提升其对运行参数异常、设备异响等磨损前兆的敏锐洞察力，熟练掌握应急处理与日常维护技能。以此保障锅炉始终处于安全、经济的运行工况，切实延长受热面使用寿命。

结束语

综上所述。通过对燃煤电厂锅炉受热面磨损机理的深入剖析，明确了多种因素对磨损的影响。针对性提出的防护措施，经实践验证能有效减缓磨损。未来，还需持续优化防护技术，结合新材料、新工艺，进一步提升受热面抗磨损能力，推动燃煤电厂锅炉安全、高效、长周期运行。

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