燃煤电站锅炉原煤斗防腐防磨问题

易大锐

（四川神华天明发电有限责任公司，四川绵阳 621711）

0 引言

我国以燃煤为主的能源分布决定了大部分电站采用原煤作为燃料。整个发电过程主要是由电站锅炉和汽轮发电机组完成，电站锅炉的设备系统主要由燃烧系统和汽水系统组成，锅炉制粉系统作为燃烧系统的一个重要组成部分，主要由原煤斗（含落煤管、疏松机和煤插板）、给煤机、磨煤机（含煤粉分离、分配器）、煤粉输送管道等组成。原煤斗的主要作用是在锅炉运行中，承接并存储一定量的由燃料皮带输送到锅炉的原煤，并根据锅炉负荷的需要通过给煤机不间断地提供燃煤到磨煤机，磨制成合格的煤粉提供给锅炉满足燃烧需要。按照《火力发电厂设计技术规程》要求，锅炉原煤斗的总储煤量应能满足锅炉最大连续蒸发量负荷下运行8 h以上的要求。

1 原煤斗的常见形式

根据设计的不同，原煤斗的常见形式分为2种：一是“圆柱体+倒圆台”形状，二是“四方体+倒棱台”形状，如图1所示：

（1）“四方体+倒棱台”形状的原煤斗，具有易于安装施工的优点，预设好原煤斗的支撑钢梁和四周各层加固环梁后，即可对基材钢板进行下料、拼缝和焊接施工，一般采用在设备区域直接组装施工的方式进行安装外斗壁和内衬板。

（2）“圆柱体+倒圆台”形状的原煤斗，需按圆柱体、圆锥（台）体的部分展开图分别下料和卷板作业，在组合场分别加工好圆柱部分和圆台部分及其内衬，再分别整体吊装至设备安装区域进行拼接安装。

图1 2种原煤斗形状

2 原煤斗的外壁和内衬材料

目前在役的原煤斗外壁材料多采用Q235（6 mm≤δ≤8 mm）钢板焊接而成，作为原煤斗外壁，外表面涂刷防护漆，内壁贴敷防磨耐蚀层后，一般只承担固定、成形和承载的作用。

2.1 原煤斗内壁的防磨及耐蚀衬板的材料

（1）锰钢板，通常采用16Mn钢板，该钢材综合力学性能好，焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，C，D，E级钢具有良好的低温韧性。常用于船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备。起重运输机械及其他较高载荷的焊接结构件。

（2）不锈钢板，多采用SUS304不锈钢板，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性。广泛用于家庭用品、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件。

（3）高分子聚合板，常见为环纳复合合金耐磨衬板，是一种新型阻燃耐磨材料，具有极高的耐磨性能、优良的自润滑性、超强的抗冲击性、低微的磨擦系数等特性。因此具有独特复合结构的环纳复合合金耐磨衬板，自身具有很强的抗老化性能。

上述3种原煤斗内衬材料在当前燃煤电站都有广泛应用，但因材料、性能、固定方式等的差异，在不同的燃煤电站存在不同的使用业绩。例如，前苏联、东欧流派的电站锅炉，常采用“四方体+倒棱台”形状的原煤斗，日、欧、美流派的电站锅炉多采用“圆柱体+倒圆台”形状的原煤斗。对于原煤斗内衬板材的选用，不同的电站根据不同的煤种和经济性选用不同的材料。

2.2 3种原煤斗内衬材料与原煤斗内壁的敷设结合方式存在的差异

（1）锰钢板，通常采用层叠焊接的方法敷设，即按照易于施工的原则把耐磨钢板裁剪成钢板块，由下向上逐层在清理干净的原煤斗内壁上焊接，形成每块钢板的四周都与原煤斗内壁牢固地焊接在一起。

（2）不锈钢板，较之锰钢板来说，虽然耐磨耐蚀的性能更高，但价格昂贵，因此通常采用的厚度较薄。在施工中，除采用上述锰钢板的焊接方法外，为防止贴合不实、起鼓等问题，通常还在不锈钢板上规则地挖孔，然后再逐一将上述挖孔与原煤斗内壁牢固地焊接在一起。

（3）高分子聚合材料，作为原煤斗内衬材料，敷设方式采用板材上打孔，用螺栓紧固在原煤斗内壁上。

3 原煤斗常见缺陷和问题

（1）锰钢板作为内衬的原煤斗耐磨性较好，但是锰钢的耐蚀性不如不锈钢板，原煤斗中存储的原煤中所含的外水会形成持续的水蚀作用，特别是燃煤中的硫析出形成硫氧化物对锰钢板进行酸蚀，因此此类原煤斗表现出来的大都是腐蚀缺陷严重于磨损问题；相较于更光滑、更耐腐蚀的不锈钢板内壁和具有自润滑、高耐磨性能的高分子聚合板来说，耐磨锰钢板作为衬板的原煤斗的挂煤和蓬煤，其腐蚀情况更为严重。

（2）不锈钢板作为内衬的原煤斗的耐磨性和耐蚀性均较好，但因材料价格昂贵，且设计及施工上的困难，因而作为原煤斗内衬的不锈钢板厚度一般较薄，存在施工困难、焊接牢固程度不如锰钢板，特别是薄壁不锈钢板在原煤斗内的耐热性和膨胀系数不一致，容易造成运行中或异常情况（原煤自燃）下的脱落。

（3）高分子聚合材料用于原煤斗内衬板材的综合性能最好，不但具有良好的耐磨性和冲击韧性，而且具有自润滑性能，能够有效地防止挂煤和蓬煤问题；但高分子聚合材料的价格非常昂贵，对施工的工艺要求很高，并且一般只能采用螺栓或沉头螺钉联结紧固的安装工艺，随着运行中煤层的磨削、煤流的冲击以及锈蚀作用，螺栓或螺钉头部通常较易磨损脱落，而造成耐磨衬板的大面积脱落。

采用上述3种材料做耐磨耐蚀衬板的原煤斗的性能对比见表1。

表1 3种材料做耐磨耐蚀衬板的原煤斗的性能对比

4 采用锰钢板做内衬的“四方体+倒棱台”形状原煤斗的防磨防蚀检修实例

某电厂为俄制500 MW级机组，锅炉原煤斗采用“四方体+倒棱台”形状，内部衬板采用16Mn钢板，原煤斗虽机组整体采用定期检修策略，即5 a进行一次大修。分析在一次大修中存在问题及采取措施。

4.1 某厂制粉系统及原煤斗概述

某厂1#，2#机组锅炉制粉系统为正压直吹式冷系统，每台炉由8台国产的ZGM95（G）型中速辊式磨煤机，8台俄产的ПС－40－1100／4000 型固定刮板式给煤机，5 台俄产的 ГВ－200－1.4M－01型密封风机，以及附属管道和相关系统组成。工作时，原煤靠自重从原煤斗下落到给煤机的上台板上，给煤机在传动装置的带动下，将原煤水平移动，均匀的将原煤刮至下台板，再从下台板刮至落煤管入口，原煤经落煤管下落到磨煤机内部，被锥形盖板大致均布在磨盘上，在磨煤机传动装置的带动下，使磨盘带动磨辊达到碾磨煤粉的目的。碾磨好的煤粉被旋转的磨盘甩向喷嘴，由空预器的一次风带入磨煤机分离器，在分离器分离出来的粗粉会返回磨盘继续重磨，而合格的细粉，被一次风带出分离器，经过输粉管进入到煤粉分配器中，煤粉分配器将风粉混合物均匀分成4份，分别由4根出粉管道进入喷燃器燃烧。系统通过磨煤机传动盘和磨辊处密封，通过调整给煤机转速和一次风量，来调整磨煤机的出力，通过调整加载弹簧高度和回粉挡板开度，来调整煤粉的细度。上述直吹式制粉系统都是由原煤斗、刮板链条给煤机和ZGM（95G）中速磨煤机组成的，分别在炉前和炉后按照从固定端到扩建端排列的方式分布有21～24和25～28等8套制粉单元；每个钢制煤斗都是倒四棱台形，每个煤斗高约13 m，原煤斗进口边长6 m和8 m，出口边长分别为2.2 m和1.1 m，贮煤量约320 t；结构由钢架梁、筒壁、综肋和横肋、连接板组成。

4.2 该型原煤斗运行中存在的问题

此次2#机组A级检修已距上次检修达5年之久，根据原煤斗壁金属钢板的使用寿命设计和磨损老化规律，结合机组运行中原煤斗频发的磨破漏煤缺陷和日常点检结果分析，参照1#机组A级检修中对原煤斗进行贴补的内部检查结果和施工经验，此次2#机组A级检修中亦应进行耐磨钢板贴补。

图3 拼缝磨损

图4 钢板磨损

图5 拼缝开裂

4.3 检修中的原煤斗缺陷

（1）点状或片状锈蚀。大部分原煤斗内的钢板片状锈蚀非常严重，也存在点状锈蚀现象，图2。

（2）磨损情况。大部分原煤斗内的钢板磨损情况比较严重，图3，图4。

（3）开裂或变形现象。部分原煤斗内的斗壁钢板拼缝出现开裂、变形现象，图5。

（4）紧固螺栓磨损。原煤斗内的挂件锈蚀及螺栓磨损问题较为严重，图6。

4.4 处理方法

（1）原煤斗内的锈皮，原则上都要清除干净后再行贴补耐磨钢板，以防止锈皮逐渐扩展、加深。

（2）原煤斗内磨损部位，都可以通过贴补耐磨钢板的方法予以消除。

（3）变形不平整的钢板，采用自制简易工具的方法压实焊接牢固。

图6 螺栓磨损

4.5 原煤斗存在缺陷的原因分析

（1）原煤中含有硬度较大的硅化物、石块杂质等，在输煤皮带上煤时产生的冲刷、撞击作用下会产生切削磨损作用。

（2）储存在原煤斗内的原煤煤位会随着给煤机的工作而下降，自然堆积的原煤与煤斗四壁的钢板接触面上，会因为煤流的滑动摩擦产生磨损作用。

（3）处于输煤皮带末端的24和28原煤斗会无法避免地收容更多煤中的水分及皮带上的水分，因此内储的原煤相对较湿，更容易板结并形成锈蚀（从原煤斗内的实际检查出的挂煤和腐蚀情况来看也证实这点）。

（4）所有原煤斗内的锈蚀机理：较长时期积煤不用吸湿以及煤中本身含水，造成水蚀氧化锈蚀；煤中硫化物的析出锈蚀作用。

（5）处于输煤皮带末端的24和28原煤斗会无法避免地收容更多相对较细颗粒原煤，同等湿度条件下板结性更强，这也是2台原煤斗挂煤约15 t的原因之一。

（6）因为原始安装的需要，所有原煤斗内的棱角附近区域都焊有吊鼻，再加上部分安装焊缝的不规范、存在焊瘤和凸凹不平等现象，导致各台原煤斗倾角较大的斗壁面更容易挂煤。

（7）正是因为挂煤、棚煤现象导致的原煤板结、不流动，相应区域部位的锈蚀情况相对严重。

5 原煤斗腐蚀和磨损问题的防范措施

（1）锰钢板作为原煤斗的防磨防蚀内衬板，在实践中是可行的，但因其耐腐蚀性较差，不得不采用一定的厚度才能满足一个A修周期的使用要求；另一方面，具有一定厚度的锰钢板存在成形和弯板加工上的困难，尽管经济实用，但不适用于“圆柱体+倒圆台”形状的原煤斗。

（2）高分子聚合板作为原煤斗的防磨防蚀内衬板，尽管具有较高的耐磨、耐蚀性能，同时兼具自润滑作用的光滑性，煤层不粘、不挂、不蓬煤的性能优越，但成本和造价昂贵，并且有紧固螺栓、螺钉易磨损造成大面积脱落的缺点，因此目前应用的也不是很广泛。

（3）目前国内绝大多数燃煤电站的锅炉制粉系统多采用“圆柱体+倒圆台”形状的原煤斗，从方便施工和经济性的角度考虑，多采用较薄的不锈钢板作为原煤斗的防腐和防磨内衬层，但也普遍存在着施工单位为了赶工、抢工造成的施工工艺不良，运行中内衬不锈钢板脱落，顺煤流下时堵塞落煤管或通过落煤管后划伤输煤皮带、导致锅炉无法正常运行时，甚至被迫停运的现象。

为了不锈钢板原煤斗内衬的安全可靠应用，可采用6种防范措施：①原煤斗内衬不锈钢板施工焊缝平滑合格、过度圆滑、贴合牢固；②确保内衬不锈钢板固定焊接孔的数量和焊接质量；③施工完毕后应及时割除不必要的安装吊鼻；④协调运行设备的定期切换制度和燃料上煤管理，力求减少煤中水分和煤斗内原煤板结和棚煤、挂煤；⑤加强原煤斗内疏松机的检修维护管理，确保设备可靠性和可用率等；⑥严格执行原煤仓内的原煤管控制度，确保不过久板结煤和煤粉自燃。

6 结语

综上所述，尽管原煤斗是较为简单的设备，但在制粉系统乃至电站锅炉中所起的作用至关重要。在对原煤斗的设计选型、安装施工、点检定修、运行维护等各个环节一定要综合考虑、全面分析，采取必要的技术措施和管控办法，确保原煤斗的安全稳定运行，才能确保电站锅炉和发电机组的安全经济运行。