1 000 MW機(jī)組鍋爐水平煙道積灰原因分析與治理

范允君

（華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522）

0 引言

某電廠1 000 MW機(jī)組7號(hào)、8號(hào)鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。該鍋爐水平煙道深為5 486.4 mm，爐膛寬度為33 973.4 mm，水平煙道底部為水冷壁管屏。水平煙道正上方布置高溫再熱器，共98屏，每屏12管圈。運(yùn)行期間水平煙道積灰較嚴(yán)重，尤其是機(jī)組頻繁參與深度調(diào)峰，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間增加，積灰問題更加突出，嚴(yán)重影響鍋爐的安全可靠運(yùn)行。

本文結(jié)合鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)，總結(jié)了水平煙道積灰?guī)淼碾[患，分析了積灰原因，提出了防止積灰的措施，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性。

1 水平煙道積灰?guī)淼碾[患

7號(hào)、8號(hào)鍋爐停爐后檢查水平煙道積灰區(qū)域如圖1所示，積灰最嚴(yán)重的中間部位高度超過1.7 m，因高溫再熱器管屏底部距離水平煙道較近，積灰易將管屏下U形彎部位掩埋，給鍋爐安全運(yùn)行帶來隱患。

圖1 水平煙道積灰示意圖

1.1 影響水冷壁的安全運(yùn)行

1）水平煙道積灰，其載荷增大，從而引起水平煙道處水冷壁管屏向下凸起變形，影響該區(qū)域水冷壁管安全運(yùn)行及焊口的可靠性。

2）水平煙道下部剛性梁吊掛固定在側(cè)墻水冷壁上，水平煙道積灰會(huì)使側(cè)墻水冷壁的載荷增加，給連接的預(yù)埋件焊縫帶來隱患，并存在裂紋傷及管子的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 高溫再熱器管屏滑動(dòng)塊焊縫出現(xiàn)裂紋

水平煙道后部標(biāo)高為58 150 mm，高溫再熱器管屏底部標(biāo)高為58 255.7 mm，因高溫再熱器管屏距離水平煙道較近，積灰容易將高溫再熱器管圈掩埋，管排失去自由狀態(tài)，導(dǎo)致管段彎曲變形，滑動(dòng)塊出現(xiàn)裂紋。8號(hào)鍋爐小修水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)高溫再熱器HR3C管段滑塊焊縫靠近母材側(cè)裂紋滲水，經(jīng)分析與水平煙道積灰、管屏受到約束有關(guān)。

1.3 高溫再熱器后部受熱面飛灰吹損加重

因水平煙道積灰沿?zé)煹缹挾炔痪鶆?，容易形成煙氣走廊，飛灰對(duì)煙氣走廊部位的受熱面管造成過度吹損。8號(hào)鍋爐小修檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，高溫再熱器積灰最高部位后側(cè)對(duì)應(yīng)的低溫再熱器垂直段彎頭受吹損減薄超標(biāo)，小修中進(jìn)行換管處理。

1.4 清灰工作量大

鍋爐檢修期間，因水平煙道積灰嚴(yán)重，清灰工作量大，影響受熱面水沖洗、爐內(nèi)腳手架搭設(shè)、撈渣機(jī)檢修等工作進(jìn)度。

1.5 影響排煙溫度

積灰覆蓋水平煙道受熱面，嚴(yán)重影響水平煙道受熱面的吸熱能力，使這部分被遮擋的受熱面成為無效受熱面。這不僅會(huì)減少鍋爐產(chǎn)汽量，還對(duì)后續(xù)受熱面的熱負(fù)荷分配帶來一定影響，增加鍋爐排煙熱損失［1］，降低鍋爐經(jīng)濟(jì)性。

2 水平煙道積灰的原因分析

2.1 鍋爐設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)影響

為強(qiáng)化爐膛火焰充滿度，Π型布置的鍋爐都設(shè)有折焰角，水平煙道位于折焰角后方上部。由于折焰角的存在，爐膛出口煙氣會(huì)在折焰角處突然轉(zhuǎn)向，使得折焰角上部形成一定的旋轉(zhuǎn)回流區(qū)，部分煙氣在這里停滯，煙氣中攜帶的飛灰被分離下降并沉積在折焰角區(qū)域［2］。煙氣沿水平煙道高度方向流速存在偏差，靠近煙道中上部的區(qū)域速度偏高，而在煙道下部即貼近折焰角的區(qū)域速度偏低，形成了一定的回流區(qū)?；亓鲄^(qū)的位置隨著折焰角傾角的增大而后移，其高度會(huì)逐漸減少。

2.2 煙氣溫度及吹灰裝置布置的影響

水平煙道緊鄰爐膛出口，煙氣溫度為1 000～1 100℃。在該區(qū)域布置的吹灰器必須考慮防高煙溫及抗干燒等問題，因此吹灰裝置均采用長(zhǎng)伸縮結(jié)構(gòu)，僅在吹灰工作階段伸入爐膛進(jìn)行吹掃。為確保吹灰蒸汽全覆蓋，長(zhǎng)伸縮吹灰器的插入深度隨爐膛寬度的增加而增長(zhǎng)，且隨插入深度的增加，吹灰槍管需采用一定的上傾角以維持吹掃面在同一標(biāo)高范圍。此外，考慮到水平煙道垂直方向存在熱膨脹差，吹灰槍管需上傾以防變形。綜上，長(zhǎng)伸縮吹灰器布置不能貼近水平煙道底部，對(duì)水平煙道積灰的清灰效果較差。

目前用于水平煙道積灰吹掃的吹灰器共3組，每組有兩臺(tái)長(zhǎng)伸縮蒸汽吹灰器，左右兩側(cè)各一臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)吹。高溫再熱器區(qū)域吹灰器布置如圖1所示。

1）R/L9吹灰器的中心標(biāo)高為59 050 mm，布置在高溫再熱器入口，距離高溫再熱器屏底794.3 mm，對(duì)防止水平煙道前部積灰效果較好。

2）R/L10吹灰器的中心標(biāo)高為60 400 mm，高溫再熱器管屏底部標(biāo)高為58 255.7 mm，距離高溫再熱器屏底2 144.3 mm。該組吹灰器距離高溫再熱器U型彎內(nèi)一圈距離為971.5 mm，考慮吹灰蒸汽對(duì)高溫再熱器管的吹損，該吹灰器中心標(biāo)高不能再向下移。該組吹灰器距離水平煙道較遠(yuǎn)，難以清掃至水平煙道底部，對(duì)屏底的吹掃效果非常有限。

3）R/L14吹灰器布置在低溫再熱器出口垂直段入口，距離高溫再熱器出口外側(cè)較遠(yuǎn)，標(biāo)高為60 200 mm，僅能吹掃水平煙道最后端，該組吹灰器的投運(yùn)對(duì)防止水平煙道積灰影響較小。

綜上，該區(qū)域吹灰裝置的設(shè)計(jì)存在不足［3］，運(yùn)行期間對(duì)積灰的吹掃效果有限。

3 現(xiàn)有水平煙道吹灰技術(shù)存在的問題

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)水平煙道積灰問題，因鍋爐水平煙道部位結(jié)構(gòu)不易改動(dòng)，所以一般是加裝風(fēng)帽吹灰裝置，采用過熱蒸汽擾動(dòng)積灰，使其被高溫?zé)煔鈳ё摺Ｈ鐖D2所示，在水平煙道底部沿爐寬方向間隔布置數(shù)十個(gè)風(fēng)帽吹灰器，間隔距離與水平煙道底部受熱面節(jié)距、水平煙道底部剛性梁位置及積灰程度有關(guān)。采用過熱蒸汽進(jìn)行吹掃，吹灰汽源壓力為1.2～1.5 MPa，溫度為300～350 ℃。該技術(shù)利用體積較小的風(fēng)帽式吹灰器，可靈活布置在水平煙道底部，利用過熱蒸汽擾動(dòng)水平煙道積灰，使其被高溫?zé)煔鈹y帶進(jìn)入后續(xù)受熱面，可有效清除水平煙道積灰，彌補(bǔ)了長(zhǎng)伸縮吹灰器的吹掃盲區(qū)，但在工程實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)也存在一定的缺陷。

圖2 風(fēng)帽吹灰器噴嘴

3.1 風(fēng)帽斷裂吹損受熱面

風(fēng)帽固定在煙道內(nèi)，直接受高溫?zé)煔鉀_刷，在非吹掃工作階段，風(fēng)帽壁溫與煙溫一致，約為1 000～1 100℃。在吹灰工作狀態(tài)，風(fēng)帽壁溫急劇下降并迅速接近吹灰蒸汽溫度，約為300～350℃?？梢姡L(fēng)帽工作環(huán)境較惡劣，處于周期性的溫度疲勞破壞狀態(tài)。經(jīng)一定周期運(yùn)行后，風(fēng)帽會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋斷裂，并不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致受熱面管受吹損失效。

3.2 風(fēng)帽檢修困難

由于風(fēng)帽工作環(huán)境惡劣，需進(jìn)行定期檢查維護(hù)。Π型布置的爐型，水平煙道底部一般為架空布置，每次檢修吹灰風(fēng)帽必須在爐外搭建腳手架，并在爐內(nèi)逐個(gè)排查風(fēng)帽裂紋情況，定期進(jìn)行更換，維護(hù)工作量大，檢修周期較長(zhǎng)。

4 技術(shù)措施優(yōu)化

根據(jù)上述分析，長(zhǎng)伸縮吹灰器及風(fēng)帽式吹灰器在應(yīng)對(duì)Π型鍋爐水平煙道積灰，強(qiáng)化擾動(dòng)清除積灰方面均存在一定的局限性，本文結(jié)合某1 000 MW機(jī)組鍋爐實(shí)際情況，采用措施組合，并利用現(xiàn)有設(shè)備清除水平煙道積灰。

4.1 優(yōu)化吹灰器布置

優(yōu)化吹灰器布置，以增強(qiáng)吹灰擾動(dòng)效果。因高溫再熱器管屏底與水平煙道之間無吹掃裝置，且管屏底部距水平煙道較近，需采用目前的風(fēng)帽吹灰裝置［4］。考慮到風(fēng)帽吹灰對(duì)受熱面吹損的隱患大，因此在R/L14吹灰器前方，即目前人孔門位置增加一組風(fēng)帽吹灰器，對(duì)高溫再熱器出口端部位積灰進(jìn)行吹掃擾動(dòng)，對(duì)該區(qū)域的積灰進(jìn)行吹掃。減少風(fēng)帽吹灰裝置的安裝數(shù)量，從而降低風(fēng)帽吹灰裝置帶來的隱患。為延長(zhǎng)風(fēng)帽使用壽命，風(fēng)帽吹灰裝置需配置壓縮空氣冷卻風(fēng)。

4.2 優(yōu)化管屏結(jié)構(gòu)及吹灰裝置

增大高溫再熱器管屏底部到水平煙道的距離，防止積灰掩埋再熱器管，從而避免高溫再熱器管受到拘束應(yīng)力。

1）對(duì)高溫再熱器管屏下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，管屏底部標(biāo)高整體上移1.5 m，增大高溫再熱器管屏與水平煙道底部的距離；采用“W”型管屏結(jié)構(gòu)，保持受熱面積和換熱效率不變。需重新設(shè)計(jì)制作下部管屏及吊掛管，并對(duì)管屏入口節(jié)流孔、流動(dòng)阻力等進(jìn)行核算。

2）將管屏下部彎頭整體上移500 mm，受熱面管表面積減少約4.05%；減少高溫再熱器受熱面積裕量，并進(jìn)一步優(yōu)化再熱汽溫調(diào)節(jié)邏輯。通過熱力計(jì)算，如能保證再熱蒸汽溫度達(dá)到額定值，則可采用管屏整體上移的方法增加管屏底部至水平煙道的距離，從而降低吹灰裝置吹掃受熱面造成的隱患。

3）將管屏下部水平段改為“菱形”結(jié)構(gòu)。重新設(shè)計(jì)制作管屏下部“菱形”管圈，高溫再熱器受熱面積按減少4.05%計(jì)算，保持管屏底部“菱形”彎頭標(biāo)高不變，管屏外圈垂直段彎頭至水平煙道的距離約增加900 mm，此方案無需設(shè)計(jì)專門的吊掛管。

管屏優(yōu)化后，高溫再熱器管屏底部至水平煙道距離增加，可將目前R/L9吹灰器向爐后移動(dòng)，將R/L10吹灰器移至高溫再熱器出口位置，即目前人孔門位置，定期吹掃，能提高吹掃效果。

因水平煙道側(cè)墻外側(cè)布置有垂直的鋼結(jié)構(gòu)，R/L10吹灰器移位至目前水平煙道人孔門位置，受垂直鋼梁限制不能再繼續(xù)向爐前方向移位。在高溫再熱器管屏最下部還存在吹掃盲區(qū)，因此還需布置一排風(fēng)帽吹灰裝置作為補(bǔ)充。通過高溫再熱器入口、出口兩組吹灰器，管屏中間部位布置一組風(fēng)帽吹灰裝置，3組吹灰裝置聯(lián)合作用，如圖3所示（虛線為整體的吹掃軌跡），實(shí)現(xiàn)對(duì)水平煙道積灰的有效吹掃。

圖3 高溫再熱器管屏優(yōu)化及吹灰裝置優(yōu)化示意圖

如管屏底部采用“菱形”結(jié)構(gòu)，風(fēng)帽吹灰裝置的噴嘴汽流方向可設(shè)計(jì)成與管屏底部角度一致，減少對(duì)水平煙道水冷壁的吹掃隱患。

4.3 吹灰器吹掃區(qū)域受熱面管防護(hù)措施

該區(qū)域吹灰裝置投運(yùn)，不可避免地吹損周圍水冷壁管、高溫再熱器管，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，管壁減薄存在失效隱患。因此針對(duì)吹灰裝置吹掃區(qū)域的受熱面管，提前定制防磨裝置，材質(zhì)耐高溫性能不低于16Cr20Ni14Si2的性能［5］，預(yù)先加裝，并保證其與受熱面管貼合緊密，確保高溫運(yùn)行狀態(tài)下不被燒損。

5 結(jié)語

水平煙道清灰技術(shù)措施優(yōu)化后，利用動(dòng)能擾動(dòng)的原理進(jìn)行清灰，吸取了各類清灰治理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并規(guī)避了各類技術(shù)措施的缺陷。在不影響鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，優(yōu)化水平煙道上部受熱面結(jié)構(gòu)，增大受熱面管屏底部與水平煙道之間的距離，優(yōu)化該區(qū)域吹灰器的布置，有效減輕水平煙道積灰，消除對(duì)高溫再熱器管屏的約束應(yīng)力，減小水平煙道積灰?guī)淼碾[患。