火電廠鍋爐受熱面吹損原因分析及優化措施

國家能源集團山西神頭第二發電廠有限公司 盧文俊

在當前新時期背景下，能源在世界各國中的地位不斷提升，其在推動社會經濟建設方面承擔著重要作用。我國在實際發展過程中也不斷加強對能源安全的重視程度，在傳統火力發電的同時，積極加大對水電、風電等新能源的開發與利用力度，然而在多種因素影響下，火電依然是當前我國電力資源的主要供應源頭。由此，確?；痣姀S運行平穩性成為當前電力行業發展中的重要工作內容。

火力發電主要通過燃燒煤炭的方式進行，這就使得煤炭燃燒后產生灰塵等會沉積在鍋爐受熱面上，此時就需要利用吹灰器對其進行清潔，然而在設計、安裝、維護以及使用過程中的多種因素影響下，鍋爐受熱面存在受損的可能，進而導致電力供應穩定性受影響。由此，探究鍋爐受熱面吹損問題形成原因并對其進行相應的優化成為行業內重點研究內容。

火力發電過程中，煤炭燃燒后產生的灰渣等不可避免地會沉積在鍋爐表面，導致受熱面導熱效率被大幅削弱，進而使得鍋爐熱效率降低，最終對發電作業穩定性造成影響，此時就需要利用吹灰器對其進行處理。該設備的主要原理即是利用高速噴射氣流對受熱面附著的灰渣進行直接沖刷，進而達成清潔鍋爐受熱面的目的[1]。

當前應用較為廣泛的吹灰器為蒸汽吹灰器，其主要分為長行程伸縮式吹灰器以及短行程伸縮性吹灰器，分別設置于尾部煙道高溫過熱器部分以及低溫再熱器、高溫省煤器、低溫省煤器部分。其實際運行過程中，電機會帶動行走小車將吹灰槍旋入鍋爐內部，隨后開啟蒸汽提升閥，直至碰到前端限位開關，然后電機反轉帶動行走小車后退將吹灰槍旋出，當吹灰槍快要到達原始位置時，關閉提升閥、切斷蒸汽，吹灰槍繼續后退直至碰到后端限位開關，吹灰結束。

1 案例概述

為深入探究鍋爐受熱面吹損問題產生原因，本文在研究中將結合案例進行具體分析。案例工程為某地區2×500MW燃煤機組，鍋爐BMCR出力為1650t/h，為亞臨界帶有中間再熱的單爐膛半塔式布置，固態排渣。蒸發段為一次上升管屏，爐墻為垂直上升管屏的全焊接氣密性膜式壁，下降管中裝有強制循環泵的低倍率復合循環鍋爐[2]。在爐膛豎井內依次懸掛著省煤器、再熱器、過熱器，這些設備均由內懸管懸吊；受熱面的入、出口聯箱均由外部懸吊管懸吊。

該機組燃燒器采用爐膛錯列對沖式，燃燒系統由原24臺擾動式煤粉噴燃器改造為：4臺微油燃燒器、20臺低氮燃燒器錯列對沖布置在前后墻上，整個爐膛由64臺水力吹灰器組成水力吹灰系統以保證在運行中蒸發段不結焦或積灰。長桿吹灰器是螺旋傳動式長桿吹灰器，型號為HXSL-52。每臺鍋爐現在安裝36臺長桿吹灰器。布置方式為爐左右墻（102米～68米）共六層，其具體參數如表1所示。

表1 蒸汽吹灰器性能參數

水力吹灰器性能參數：安裝位置在水冷壁，設備型號為伸縮式XSL-5，數量64，有效行程1.15m、吹灰半徑2.5～4m、水壓力1.5～2.0MPa（設計）、動作/噴射時間120s。

2 鍋爐受熱面吹損問題及原因

2.1 鍋爐受熱面吹損問題

從實際層面分析，四管泄漏是電廠運行過程中面臨的主要安全隱患之一，導致該問題出現的主要原因包括掉焦砸傷、超溫、吹灰磨損等。案例電廠2009年至2016年期間，原因為吹灰磨損導致的受熱面爆管達6次，吹灰磨損在所有事故原因中占40%以上，該問題主要產生于低溫再熱器以及二級過熱器之間部分，爐膛水冷壁水吹灰器吹灰半徑內。該問題主要產生于低溫再熱器及二級過熱器之間部分。

通過對1號以及2號機組歷年檢修記錄進行分析可知，因吹灰磨損導致的受熱面減薄嚴重問題共出現5次，其中比較有代表性的案例為2015年對1號爐進行A級檢修過程中，運維人員發現爐內低溫再熱器管壁厚吹損減薄問題較嚴重，問題最嚴重區域管壁已減薄至2.0mm，相較于原管壁厚度其減薄量達到1.5mm左右，且表面呈現出明顯的凹凸不平情況。這種情況說明，案例電廠中鍋爐受熱面吹損問題極為嚴重，已成為安全隱患，需立即對其處理。

2.2 鍋爐受熱面吹損問題產生原因

技術人員在實際工作過程中，依托于電廠運行實際情況對鍋爐受熱面吹損問題形成原因進行分析，并總結出設備問題、運行模式及氣流場不均勻是導致該問題產生的主要原因，其中三方面有單獨作用、也存在共同作用，其在導致的問題表現也存在較大差異性，具體表現在以下方面：

受焊接處理、熱處理以及設計方面的漏洞，技術人員發現電廠所用的2臺鍋爐再熱器中存在較為顯著的管勾脫落問題，且數量超過200余處，導致部分懸吊管撕傷嚴重，設備運行過程中管子穩定性不足，同時管子排列存在錯列，導致部分管子存在吹損、換管等情況；二級過熱器和低溫再熱器的吹灰道上，其受熱面處的吹損量較大，尤其是沿壁處，主要原因在于此部分直接面對氣流的旋渦因而受到較大的沖擊。而導致此主要問題出現，管道襯套的長度不夠，無法完全遮住容易被侵蝕的管道。

由于擋風板的影響，位于鍋爐尾部的吹灰口內的壁孔處其上的過熱器產生了空氣漩渦，從而使這一部位的壁面被吹??；部分短吹進汽管未設置疏水角度。在標準設計中，吹灰器頭閥前進氣管水平段以及吹灰器管部分應分別設計5°的上揚角度以及下傾角度。而案例電廠在實際進行安裝作業過程中明顯未能依照設計進行，這就使得管路內積水問題較為嚴重，極大地提升了吹灰磨損度；電廠工作人員未嚴格依照設計進行安裝，導致部分斷吹噴吹距離與設計標準值之間存在較大差異；受該電廠排煙溫度較高影響，空預器冷端部分低溫腐蝕程度相對較少，而技術人員在對1號爐以及2號爐進行A級檢修過程中發現，其冷端換熱元件存在大量吹損問題，且遠超于被腐蝕成分。

技術人員在對案例電廠鍋爐受熱面吹損問題形成原因進行分析過程中還發現，因多種原因導致吹灰次數大幅提升同樣是導致問題出現的主要原因，其具體主要包括以下五方面：

其一，案例電廠所使用的煤中CaO含量較高，而該廠粉煤灰細度相對較少，這就使得灰渣的沾污性大幅提升，其對鍋爐受熱面的影響也大幅提升，由此吹頻率也隨之增長。

其二，案例電廠所使用的機組過熱器比例相對較少，而煤的揮發份高且煤灰細度相對較低，這就導致過熱汽溫相對較低。相較于設計氣溫，機組實際運行高負荷情況下的氣溫會[3]。由此，為提升過熱汽溫，必須加大吹灰頻率，進而導致受熱面吹損問題較為嚴重。而2號機組投產時間相對較晚，相較于1號機組其主汽溫度相對較高，吹灰頻率也有所下降，由此其未出現過受熱面爆管問題。

其三，夏天的負壓較小，全負載時機組的工作效率已經達到或超出了BMCR工作條件。熱風機組在BMCR條件下運行過程中，因其容易堵塞、壓力高、空氣壓力大、供氣容量大、供氣容量小等問題，導致BMCR條件運行中的含氧量偏低，通常在2%～2.5%之間。由于灰渣的熔點低，特別是在還原氣氛中的下降更為顯著，為了預防炭化必須加大吹灰量。

其四，煙氣的高溫容易使煙氣的熱量損耗增大，引起空氣的動、靜摩擦力。為了減少煙氣的排放，對水冷墻和節煤裝置進行了強化；其五，火力發電廠在運行中沒有防范送風產生的問題，采取了降壓措施，提高了高爐的氧氣和減少了煙氣的溫度，增加了空氣預熱器的吹灰率，達到了一班一次的水平，這就導致了冷端換熱器的局部吹傷問題。

3 電廠鍋爐受熱面吹損問題優化建議

技術人員在總結案例電廠中鍋爐受熱面吹損問題產生原因后，提出以下優化建議：

更換減薄幅度超過三分之一的管子，同時對存在減薄問題但未到更換標準的管子進行加裝防磨瓦。對水冷壁、過熱器等部分的受熱面吹灰路徑進行噴涂處理；利用檢修工作機會，對受熱面中成績的結渣、灰塵等進行全面清理，降低吹灰頻次；考慮到電廠1號爐中二級過、低溫再熱器部分積灰量較大導致吹灰頻次較多的問題，技術人員在相應部分的防磨板進行加長處理，同時在豎直管道部分加設防磨板，最大限度地降低吹灰動作對管壁的磨損。

對二級過、低溫再熱器側包墻吹灰器穿墻孔的上、下擾流板處加裝了保護板。同時，對空預器吹損的冷端換熱元件進行更換；降低吹灰壓力，降低其對受熱面的磨損力度?？紤]到一級過、省煤器部分積灰問題較為嚴重，因此只對其進行加設防磨板處理，未對此部分吹灰壓力進行調整。在經過試驗后，排樣溫度以及結渣情況并未產生明顯變化。具體如表2所示。

表2 調整前后吹灰壓力對比

依照設計標準對吹灰器進汽角度進行調整。案例電廠中，在2013年對1號爐以及2號爐進行檢修過程中分別對20臺不符合設計標準的長吹分支管進行疏水改造，確保其疏水角度在2‰以上，以降低管內積水導致的吹灰蒸汽帶水引發的管道磨損嚴重問題。同時，該廠還在2014年以及2015年檢修過程中對1號爐以及2號爐的吹灰器管道進行重點檢查，并重現焊接所有疏水角度不符合標準的管道。

對吹灰疏水加裝溫度測點，指導暖管時間，在進行充分疏水的前提下又能夠保證節省時間和減少暖管用蒸汽量；案例電廠在實際工作過程中對因吹灰操作頻率過提高導致的吹灰器磨損嚴重，進而使得外管斷裂并掉入水平煙道問題進行總結，隨后確定了以半年為頻率對長桿吹灰器進行金屬檢測的決定，同時在要求運維人員在每次檢修過程中將沿爐前向爐后方向對吹灰器外管進行輪換，最大限度地降低吹灰器砸傷水冷壁或堵塞冷灰都問題出現。

為防止吹灰器銷子斷裂、卡澀、開關反饋故障等原因，使吹灰器在爐內停留，造成受熱面吹損，制定嚴格的吹灰制度。要求運行人員加強對吹灰器的監視，及時發現問題。維修人員每天檢查、及時維護，24h有人值班，出現問題及時到位處理。

對吹灰器進氣孔初始位置進行優化調整，將原有設計中水平方向布置轉換為垂直方向布置，通過對吹掃部分進行優化調整實現延長管子的使用壽命；對煤灰細度進行調整，通過增大細度的方式使得火焰中心上移，同時調整燃燒器擺角下擺，以實現提升過熱汽溫目標，最大限度地降低爐膛出口處的煙溫，以實現降低結渣機會的目標。同時對空預器入口處煙溫進行下調處理，以降低吹灰頻次。

綜上，在電廠鍋爐運行過程中，四管泄漏是影響其運行穩定性的重要因素，由此其也是電廠治理的關鍵部分之一。通過對導致四管泄漏問題出現的原因進行分析可知，受熱面吹損在其中占據較大比重，由此電廠在實際運營過程中應注意加強對此問題的重視程度。本文所研究的案例中，在采用上述方法進行優化后取得較好的成效，因此其工作經驗可以為其他火電廠提供參考意見。需要注意的一點是，吹灰磨損治理是一項長期性的工作，電廠方面應繼續加強對相關問題的研究力度，并提出更加有效地優化方式。