許大偉

摘 要：某電廠600MW鍋爐運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生折焰角垮灰嚴(yán)重，嚴(yán)重影響鍋爐安全運(yùn)行，針對(duì)這一情況，通過(guò)鍋爐吹灰系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，加強(qiáng)吹灰，垮灰現(xiàn)象得到了一定改善，但是帶來(lái)了受熱面吹損加劇的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)鍋爐垮灰深入進(jìn)行原因分析，并采取措施，有效解決了折焰角積灰及爐膛垮灰問(wèn)題。該問(wèn)題的解決，對(duì)于其他燃煤鍋爐解決類似問(wèn)題具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：折焰角;垮灰;受熱面;吹損;聲波吹灰器

1 某電廠600MW亞臨界四角切圓燃煤鍋爐簡(jiǎn)介

某電廠600MW鍋爐為亞臨界壓力中間一次再熱控制循環(huán)爐，單爐膛∏型露天布置，四角切向燃燒，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣。爐膛寬19558mm，深16940.5mm，爐頂標(biāo)高73200mm，爐膛上部布置了分隔屏、后屏及屏式再熱器，前墻及兩側(cè)墻前部均設(shè)有墻式輻射再熱器。水平煙道深度為8548mm，由水冷壁延伸部分和后煙井延伸部分組成，內(nèi)部布置有屏式再熱器、末級(jí)再熱器和末級(jí)過(guò)熱器。屏式再熱器位于爐膛折焰角上方，級(jí)再熱器位于折煙角水平煙道內(nèi)。

鍋爐設(shè)置蒸汽吹灰器，整個(gè)吹灰系統(tǒng)分鍋爐本體受熱面吹灰和預(yù)熱器吹灰兩部分。鍋爐本體部分有80只爐膛吹灰器布置，50只長(zhǎng)伸縮式吹灰器布置在爐膛上部和對(duì)流煙道區(qū)域。本體部分吹灰蒸汽由分隔屏出口集箱接出，蒸汽溫度為441℃，壓力為18.22MPa（表），經(jīng)過(guò)減壓閥后進(jìn)入各吹灰器。

圖1 ?吹灰系統(tǒng)圖

2 存在問(wèn)題

自機(jī)組2010年投產(chǎn)以來(lái)，鍋爐前水平煙道積灰嚴(yán)重，運(yùn)行中常出現(xiàn)垮灰，尤其是低負(fù)荷時(shí)段，垮灰嚴(yán)重，影響到鍋爐燃燒穩(wěn)定。曾發(fā)生過(guò)因鍋爐水平煙道大量垮灰造成鍋爐滅火事故。通過(guò)運(yùn)行過(guò)程觀察，發(fā)現(xiàn)3號(hào)、6號(hào)長(zhǎng)吹灰器吹灰時(shí)對(duì)爐膛負(fù)壓影響很大，往往在吹灰過(guò)程中爐膛火焰工業(yè)電視黑屏達(dá)半分鐘以上，伴隨爐膛負(fù)壓、煤火檢、汽包水位大幅波動(dòng)。

為此，對(duì)水平煙道蒸汽吹灰器進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，將由原來(lái)隔天進(jìn)行一次的3號(hào)至8號(hào)吹灰器調(diào)整為3號(hào)、6號(hào)吹灰器每天吹灰四次，4號(hào)、5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)長(zhǎng)吹吹灰時(shí)間不變。調(diào)整后起到良好效果，鍋爐正常運(yùn)行中幾乎未在發(fā)生過(guò)垮灰現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)吹灰器調(diào)整運(yùn)行三個(gè)月后，機(jī)組進(jìn)行計(jì)劃?rùn)z修時(shí)發(fā)現(xiàn)3號(hào)、6號(hào)吹灰器附近鍋爐屏式再熱器管減薄嚴(yán)重，部分未加裝防磨瓦的管子壁厚由設(shè)計(jì)4mm減薄至1.6～2.8mm，磨損超標(biāo)，減薄至允許極限值。一旦屏式再熱器管排磨損嚴(yán)重，而鍋爐發(fā)生爆管，將會(huì)造成機(jī)組停運(yùn)。經(jīng)過(guò)分析原因?yàn)檎羝祿p，考慮到機(jī)組的安全，緊急對(duì)吹灰器吹灰頻率進(jìn)行了調(diào)整，改為每天兩次，在更改后又發(fā)生了鍋爐垮灰現(xiàn)象，影響鍋爐燃燒穩(wěn)定。

為了確保鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低吹灰器附近受熱面管材吹損，急需解決水平煙道大量積灰跨灰造成爐膛負(fù)壓波動(dòng)熄火事故及因屏式再熱器管排磨損嚴(yán)重而可能造成的鍋爐“四管”爆漏停機(jī)事故。

3 垮灰對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響

3.1 影響鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段，煙氣溫度低，流速低，極易在折焰角處產(chǎn)生積灰，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，當(dāng)積灰至一定程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生垮灰，造成爐膛負(fù)壓大幅波動(dòng)（最大波動(dòng)達(dá)-700Pa）， 甚至?xí)斐擅夯鹱烀摶?，引起燃燒惡化，造成汽包水位異常，?duì)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行造成極大影響。

3.2 影響鍋爐安全運(yùn)行。由于折焰角處積灰，導(dǎo)致部分過(guò)熱器受熱面被大量積灰覆蓋。一方面影響過(guò)熱器換熱效果，降低了主蒸汽溫度，另一方面導(dǎo)致過(guò)熱器部分受熱面管材受熱不均，造成熱應(yīng)力不均，長(zhǎng)期運(yùn)行，發(fā)生蠕變，最終導(dǎo)致受熱面爆管。

4 折焰角積灰原因分析

4.1 折焰角角度偏低導(dǎo)致積灰。根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)原則，折焰角設(shè)計(jì)斜坡角度應(yīng)大于飛灰堆積自然流動(dòng)角，從而可以使折焰角處的積灰及時(shí)流向爐膛，避免造成此處積灰越來(lái)越多，最后導(dǎo)致垮灰。該鍋爐根據(jù)設(shè)計(jì)煤種將折焰角角度設(shè)計(jì)為30度，由于實(shí)際燃用煤種嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種，使設(shè)計(jì)的折焰角角度已不能達(dá)到積灰自然流動(dòng)的功能，從而造成積灰越來(lái)越多。

4.2 過(guò)熱器與折焰角水冷壁之間距離偏小，影響飛灰流動(dòng)性。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，位于折焰角上方的高溫過(guò)熱器和低溫過(guò)熱器底部與折焰角水冷壁之間距離偏小，不利于此處的飛灰流通。機(jī)組檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該處積灰最高達(dá)3米，已覆蓋部分過(guò)熱器換熱管。折焰角后半部分的積灰過(guò)高，加劇了垮灰對(duì)爐膛燃燒的影響。

4.3 鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)段，煙氣流速低，帶灰能力差。受調(diào)峰影響，機(jī)組夜間60%以下低負(fù)荷運(yùn)行，與額定工況相比，煙氣量大幅減少，流速降低，煙氣攜帶飛灰的能力下降，導(dǎo)致折焰角處容易產(chǎn)生積灰。

5 應(yīng)對(duì)措施

由于進(jìn)行吹灰優(yōu)化后，仍然不能很好解決折焰角積灰?guī)?lái)的影響，同時(shí)結(jié)合以上原因分析，該電廠對(duì)鍋爐吹灰系統(tǒng)進(jìn)行了改造。保留現(xiàn)有蒸汽吹灰系統(tǒng)，加裝了一套聲波吹灰系統(tǒng)。

聲波吹灰器是利用聲波原理對(duì)管子積灰進(jìn)行處理，減少管子的吹損程度，降低水冷壁折焰角區(qū)域的積灰。保證鍋爐的安全運(yùn)行，防止屏式再熱器爆管造成非停。同時(shí)減少積灰垮塌造成鍋爐壓力的波動(dòng)。聲波吹灰器的原理是氣流在特定的幾何空腔內(nèi)振蕩，激發(fā)空腔內(nèi)氣體的共振而發(fā)出高強(qiáng)聲波。積灰在聲波的作用下，尤其是在極高的加速度的外力策動(dòng)下，從熱交換器受熱面上剝離下來(lái)。

與傳統(tǒng)蒸汽吹灰器相比，聲波吹灰器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

5.1 清灰效果好。聲波吹灰器可靠性高，能夠及時(shí)清除折焰角的積灰。由于聲波的反射和繞射作用，聲能量傳播范圍大，且能覆蓋折焰角各個(gè)角落，包括受熱面管屏之間的狹小空間，從而可以全面地清除折焰角及周邊煙道中的積灰。同時(shí)聲波吹灰避免鍋爐管排吹損造成爆管，從而導(dǎo)致嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)減輕停爐檢修屏式再熱器更換管子的工作量，節(jié)約人力及物資。

5.2 節(jié)省了高品質(zhì)蒸汽，有利于提高鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。與蒸汽吹灰汽相比，不需要使用鍋爐高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，僅需要壓縮空氣和少量的電能損耗，能耗低。且由于吹入的是壓縮空氣而不是蒸汽，減少了蒸汽冷卻后對(duì)空預(yù)器及尾部煙道的影響。

5.3 聲波吹灰器沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也沒(méi)有易磨、易損部件，維護(hù)極為簡(jiǎn)單，甚至是免于維護(hù)。

5.4 耐用性能好：高效能免維護(hù)大功率聲波吹灰器在高溫環(huán)境下的腐蝕和磨損是通過(guò)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面降低氣流速度并使其高效地發(fā)出高強(qiáng)聲波來(lái)降低的;其次是解決了高溫環(huán)境下的耐蝕和耐損的材質(zhì)及其工藝，采用在0Cr25Ni20基礎(chǔ)上的摻雜改性材料。

該廠聲波吹灰系統(tǒng)改造所需的設(shè)備少，施工簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，所用設(shè)備為聲波吹灰器6套，省聲波程序控制器1套，電磁閥6套，過(guò)濾器6套，手動(dòng)閥門6套，金屬軟管6根，壓力表6塊，電源電纜線及DCS控制線若干。改造工期十天，整個(gè)改造費(fèi)用39萬(wàn)元。改造后，聲波清灰系統(tǒng)為全自動(dòng)系統(tǒng)，正常運(yùn)行中保持在全自動(dòng)狀態(tài)，每1小時(shí)清灰一次，每天每臺(tái)工作24次;依次從1#到6#開(kāi)啟吹灰器進(jìn)行清灰，1#吹灰器吹4分鐘，停止0.5分鐘，下一只開(kāi)始運(yùn)行。

6 實(shí)施效果

改造運(yùn)行1個(gè)月后停爐檢查運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)水平煙道折焰角改造前積灰堆積區(qū)域的積灰顯著減少，以往積灰堆積有3米左右，改造后積灰基本消除，并且改造后未發(fā)生鍋爐吹灰造成垮灰熄火現(xiàn)象。同時(shí)有效避免了蒸汽吹灰吹損管排發(fā)生爆管的危險(xiǎn)。60萬(wàn)千瓦機(jī)組鍋爐每爆管一次停爐冷卻需要3天，加上換管時(shí)間，每搶修一次最少要7天，嚴(yán)重影響發(fā)電量，并產(chǎn)生人工和材料費(fèi)用。

表1 ?聲波吹灰器投運(yùn)后#3、#6長(zhǎng)吹投運(yùn)頻率及鍋爐跨灰情況

由于蒸汽吹灰次數(shù)的減少，不僅減輕了鍋爐受熱面的吹損，降低爆管的概率。同時(shí)由于3號(hào)、6號(hào)蒸汽吹灰器由原來(lái)每日12只/天減少為4只/天，即每天減少8只，按每只吹灰器吹掃時(shí)間793秒，吹灰蒸汽流量200kg/min計(jì)算，每日減少蒸汽消耗量21146kg，每年按運(yùn)行320天計(jì)算，共可減少蒸汽消耗量6766.93噸，鍋爐每產(chǎn)生一噸新蒸汽消耗標(biāo)煤量為0.051噸，使用聲波吹灰器后每年可節(jié)約標(biāo)煤345.1噸，折合人民幣27.6萬(wàn)元，投資一年半后可收回成本，并可大大減少因蒸汽磨損造成的損失，確保鍋爐安全運(yùn)行。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鍋爐吹灰系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行，沒(méi)有徹底解決垮灰的問(wèn)題，并且造成了部分受熱面吹損，通過(guò)對(duì)折焰角積灰進(jìn)行進(jìn)一步的原因分析，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在。通過(guò)加裝聲波吹灰器系統(tǒng)，從根本上效解決了折焰角垮灰的問(wèn)題，避免了因積灰對(duì)受熱面造成的影響，且消除了因長(zhǎng)期投用蒸汽吹灰而造成的受熱面吹損問(wèn)題，提高了鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]章德龍.鍋爐設(shè)備及其系統(tǒng)（600MW火力發(fā)電機(jī)組培訓(xùn)教材）[M].中國(guó)電力出版社，2007.

[2]容鑾恩.電站鍋爐原理[M].中國(guó)電力出版社，1997.

[3]某電廠600MW亞臨界鍋爐產(chǎn)品說(shuō)明書.