锅炉低温过热器管支吊卡部位减薄原因分析及处理

张多勇

（国电靖远第二发电有限公司，甘肃 白银 730919）

国电靖远第二发电公司现有4台300MW机组运行，其中5号、6号机组于1996、1997年先后投运，7号、8号机组于2006、2007年先后投运。4台锅炉均为武汉锅炉厂制造，均为亚临界、一次中间再热、自然循环、固态排渣锅炉；单炉膛、π型布置、平衡通风、四角切向燃烧、摆动燃烧器调温，可以采用定压或滑压运行方式。

锅炉低温过热器共有4组，自上而下卧式布置在尾部烟道中。低温过热器管共有108排，由水平部分和垂直部分组成。管径为Φ51×7mm，节距为135mm。过热器上2组材质为15CRMo,下 2组材质为20G。4组低温过热器管通过省煤器中间联箱引出的3排悬吊管承载。每根管子通过悬吊管两侧的支吊卡固定，支吊卡厚度约为5mm。支吊卡上的低温过热器管随着温度变化可轴向移动。

2005年8月，6号机组大修。在低温过热器管的更换检修中，偶然发现部分低温过热器管在支吊卡部位有约40mm×20mm范围的减薄痕迹，减薄程度从支吊卡两侧往中间方向逐渐加剧。经测厚检查，减薄最深处高达4mm。随后对全部支吊卡部位的低温过热器管进行检查，发现所有支吊卡部位的管子都有不同程度的减薄，且部分管子减薄已经超标，机组安全运行受到威胁。经公司技术人员诊断，制定出应急处理措施：对减薄已经超标的管子进行更换，减薄在允许范围内的管子进行局部补焊。同时，利用2005-2006年5号、6号机组大、小修机会，集中组织力量，对所有低温过热器管支吊卡部位加装护瓦。根据统计数据，每台机组共加装护瓦34560块。

1 原因分析

1.1 吹灰过程中的气流吹损

吹灰汽源由过热器二级减温器前引出，此处蒸汽压力为17.5MPa，温度为449.2℃，经减温减压后作为吹灰蒸汽使用。由于引出蒸汽压力、温度很高，致使减压阀工作条件恶劣，在运行中常发生泄漏现象。锅炉运行规程要求吹灰蒸汽压力为1.47～1.96MPa，实际吹灰压力要远高于此。低温过热器管承载在支吊卡上，吹灰器吹灰时，高压气流遇到支吊卡阻挡，气流方向发生改变，对支吊卡两侧部位的低温过热器管沿轴向约40mm的范围形成气流冲刷。吹灰器连续投运，在吹灰气流的长期反复冲刷下，形成吹损减薄(如图1)。而在支吊卡部位两侧超过40mm范围的低温过热器管，由于气流方向发生改变，没有产生吹损。因此吹灰蒸汽压力过高，是造成支吊卡部位低温过热器管吹损的主要原因之一。

1.2 低温过热器管反复伸缩形成磨损

由于低温过热器管反复伸缩产生磨损的情况有2种。

(1) 热胀冷缩是金属的固有属性。机组启停过程中，对低温过热器管进行加热和冷却，机组每启停1次低温过热器管则伸缩1次。每根低温过热器管的重量平均压在3处支吊卡上，低温过热器管移动时，便与支吊卡产生磨擦。但这不是支吊卡部位低温过热器管减薄的主要原因，因为机组的启停次数毕竟是有限的。

(2) 吹灰器吹灰过程中也会产生磨损。吹灰器吹灰时，经减温后约300℃左右的吹灰蒸汽和蒸汽管道内的疏水通过吹灰器喷嘴喷在壁温大于450℃的低温过热器管上，使低温过热器管瞬间产生热胀冷缩。吹灰器往返1次为一行程，吹灰器投运1次，低温过热器管在蒸汽作用下会伸缩2次。越靠近支吊卡，管壁受到蒸汽吹扫和支吊卡摩擦双重作用就越多，减薄趋势也就越严重。经分析，这是造成低温过热器管减薄的一个主要原因。机组正常运行时，吹灰器每天投运都在3～4次，日积月累，形成了今天支吊卡部位的严重磨损。

1.3 低温过热器管排振动形成磨损

机组运行中，烟气流经尾部受热面受到管排阻挡产生乱流，引起管排振动，使固定在支吊卡上的低温过热器管反复位移，与支吊卡产生摩擦，加剧了支吊卡部位低温过热器管的磨损。

2 解决低温过热器管支吊卡部位减薄的办法

2.1 在低温过热器管支吊卡部位加装防磨护套

从支吊卡部位低温过热器管的减薄情况来看，其减薄部位分布在支吊卡两侧沿轴向各20mm的范围内。针对这种现象，对支吊卡部位的低温过热器管加装长度约为60mm的环形护套，护套固定在支吊卡上。吹灰器吹灰过程中吹灰蒸汽产生的冲刷力，直接作用在护套上，防止了支吊卡部位低温过热器管的吹损。同时，低温过热器管加装护套后，相当于增加了低温过热器管与支吊卡的接触面，使低温过热器管的重量支撑面增大；重量支撑面增大后，单位面积所承载的重量相应地减少；重量减少使得低温过热器管产生位移时与护套的摩擦力减小，磨损减弱。

2.2 改造吹灰汽源，优化吹灰器运行方式

2.2.1 改造吹灰汽源

对吹灰汽源进行改造，降低吹灰蒸汽温度和压力。在不影响吹灰效果的前提下，降低吹灰蒸汽压力，可以减小吹灰气流冲刷造成的磨损。经与武锅厂沟通，确定吹灰汽源取自墙式再热器出口和屏式再热器入口较为合适。此处蒸汽温度为370℃，压力3.3MPa，减压幅度不大就能满足吹灰汽源要求。

吹灰汽源的改造在锅炉顶部罩壳内进行。墙式再热器出口联箱至屏式再热器入口联箱的4根连接管上有4根Φ 51mm×6.5mm排空管，将4根排空管汇入Φ 108mm×8mm的母管，母管再与原吹灰汽源Φ 159mm×20mm的引出管连接，把原二级喷水减温器前的汽源引出管加堵。

具体方案：开启大罩壳检查孔，搭设脚手架,布置照明。以二级喷水减温器前的汽源引出管水平中心线为基准,其水平引出线分别在4根排空管相交处标出,以异径四通上下尺寸为基准,标出上下线进行割管。4根排空管上下接口打磨呈V形30°坡口,距管端15～20mm处打磨出金属光泽,下口用封头封堵管口,防止杂物掉入。割开原二级喷水减温器前汽源引出管,引出管下段用Φ 159mm、δ=20mm的20G堵板焊接加堵。汽源引出管上段在距大罩壳A侧墙1m处割开, 接口打磨成V形30°坡口,距管端15～20mm打磨出金属光泽。按实际测量的4根排空管间距减去四通长度，4根排空管接口依A-B顺序与锻造四通焊接，然后与吹灰汽源引出管连接。管道安装中,管道内必须保持清洁，严禁遗留杂物。管道变更如图2所示。

2.2.2 优化定期吹灰制度

根据排烟温度变化的实际情况，制定合理的吹灰计划，当排烟温度升高时，启动吹灰程序。这样，既不会因为过度吹灰，加速低温过热器管的吹损，也不会因为吹灰欠缺，引起受热面管传热恶化，进而影响到机组的安全运行和经济性。

2.3 改变吹灰方式

声波吹灰是近几年刚刚兴起的一种新型除灰方法。声波吹灰的基本原理是通过声波发生器将压缩空气或高压蒸汽调制成声波，把压缩空气的能量转化为声能。声波在炉内空间里传播，声波循环往复地作用在受热面管的积灰上，对灰粒之间及灰粒和管壁之间的结合力起到减弱和破坏的作用。在声波持续振动、反复作用下，灰粒之间及灰粒和管壁之间的结合力会减弱，当它减弱到一定程度之后，由于灰粒本身的重量和烟气的冲刷力，灰粒会掉下来或被烟气带走，从而达到清灰的目的。

从清灰原理上来看，声波吹灰不像蒸汽吹灰那样依靠蒸汽的冲击力来逐步地冲刷掉积灰，因此消除了蒸汽吹灰对炉管的磨损和腐蚀，延长了炉管使用寿命，这也是声波吹灰在以后会逐渐取代蒸汽吹灰的主要原因。同时，声波吹灰器还具有以下优点：没有任何在高温等恶劣条件下工作的转动部件，工作性能稳定可靠；检修、维护工作量小，能针对高温区工作，寿命长；声波吹灰器是共振发声，气声转换效率高；作为发声器的动力介质是压缩空气，清灰过程中对受热面管无损伤。故采用声波吹灰可彻底解决蒸汽吹灰对低温过热器管的吹损和磨损。

3 改进后的效果验证

通过近3年的机组运行验证，在5号、6号机组进行吹灰汽源改造和对低温过热器管支吊卡部位加装防磨护瓦，防护效果显著，低温过热器管在支吊卡部位的磨损已基本消除。

优化吹灰器运行状况，根据排烟温度变化不定期吹灰，降低吹灰蒸汽压力，提高吹灰蒸汽温度等措施由于受各种因素的影响，实施和操作上有一定困难，对低温过热器管在支吊卡部位的磨损减缓效果不明显。

5号机组声波吹灰器试点安装改造工作于2007年7月完成。通过1年多时间的投运验证，在2008年10月上旬，5号机组停运，对受热面进行全面检查时，没有发现安装了声波吹灰器区域的受热面管有吹损减薄现象。事实证明，声波吹灰是解决低温过热器管在支吊卡部位产生磨损的行之有效的办法。