锅炉折焰角斜坡积灰的原因与危害

摘 要：针对火电厂燃煤锅炉折焰角斜坡积灰问题，进行原因分析，找出原因和解决措施，确保锅炉安全经济运行。

关键词：折焰角；积灰；原因

1 折焰角积灰的危害

锅炉运行期间折焰角积灰处于一种动平衡状态，受炉膛负压波动、烟气速度快速变化、受热面振动等影响发生扰动时会发生垮灰，大量积灰瞬间掉入炉膛造成负压波动，严重时会造成锅炉灭火。由于积灰的导热性低，如果积灰得不到及时清除，被积灰覆盖的高温再热器、折焰角水冷壁管的换热性能将下降，排烟温度升高，引风机电流增大。

每次停炉检查发现折焰角斜坡都有大量积灰，主要集中在折焰角斜坡转角处至后水拉稀管之间，高温再热器下部积灰已将斜坡管壁埋没，从中间向两侧发展中间部位的积灰高度达1-1.5米，堵塞部分炉膛出口，折焰角积灰严重影响锅炉安全和经济运行。

2 折焰角的作用

π型锅炉均设计有折焰角，起作用是使炉内火焰分部更加均匀，完善炉内高温烟气对炉膛出口受热面的冲刷程度，减少炉膛上部的死滞区，并可延长锅炉的水平烟道，便于布置更多的高温对流受热面，提高工质过热吸热比例。炉膛出口折焰角下部的烟气在进入水平烟道上部时发生急剧转向，形成明显的回流区，该区域内的压力明显低于其它主流区，烟气期携带的飞灰流经该区域时，由于烟气流速降低和回流作用，重量大的飞灰被分离沉积下来，堆积在折焰角斜坡上面。因此，折焰角的结构特性必然导致飞灰易沉积在该区域。

3 折焰角积灰的原因

原因分析：（1）折焰角区域本身的流场结构和斜坡角度小。由于折焰角的存在，炉膛出口折焰角下部的烟气在该处发生急剧转向。在折焰角区域形成明显的回流区，回流区沿高度方向速度分布很不均匀。烟道的中上部位速度高。靠近折焰角水冷壁处的烟气流速很低，随着折焰角倾角的增大，回流区中心位置后移，回流区的高度减小。因此，回流区和贴壁低速区是造成折焰角斜坡积灰的重要原因，积灰程度与折焰角倾角有关。由于大型电厂锅炉参数高，过热器和再热器吸热量占的份额较大，在过热器和再热器受热面的布置上存在较多困难，采用π形布置的锅炉折焰角斜坡的角度不可能很大，一般在35左右。大大小于飞灰的安息角。一般国内300MW以上机组工程斜坡设计由两段组成，前段倾角为30°，后段倾角减为15°至20°。在折焰角、水平烟道斜坡不可避免地存在积灰现象。（2）受热面布置不合理和烟气流速较低。由于在折焰角区域布置有垂直受热面，受热面在整体上会削弱回流作用，烟气速度越高、折焰角越大、回流区高度（厚度）越小。在折焰角倾角一定的情况下，只要受热面布置合理、烟气流速设计选取得当，贴壁低速区沉积的飞灰不会很厚，其积灰是可以避免的。（3）吹灰器存在吹灰盲区。电厂设计时，针对折焰角区域的积灰都做了考虑，90%都设计有蒸汽吹灰器。由于锅炉左右墙较宽，采用的蒸汽式吹灰器行程很长，其蒸汽冷却效果相对较差，所以对其材料的刚性要求高，吹灰器运行到全行程后摆动大，易与两边受热面管屏发生碰撞，或受热后枪管弯曲，吹灰器进入深度受到限制，导致存在吹扫盲区。为防止枪管受热弯曲后卡涩，将吹灰器枪管行程缩短，因而导致了吹灰盲区加大。锅炉折焰角斜坡及水平烟道是很容易积灰的部位，在该区域的积灰是无法避免的，主要是受到结构设计的影响，大部分锅炉厂采用π形布置的锅炉都存在这个问题。

4 实际情况

查阅某厂锅炉设计图纸（图1）：高过和高再管屏之间有2.3米的净空间，30°和15°的分界点也正好设计在高过和高再管屏之间，烟气流速较低的含尘烟气在经过高过和高再的空挡时烟速进一步降低，在低负荷运行时积灰会更加明显。设计时虽然考虑了积灰在高再前后设计了吹灰器，但因运行期间的吹灰是按照2天一次，并在高负荷时才安排吹灰，吹灰器又工作在炉膛的高温段，吹灰器伸到炉膛中部时枪管受热会弯曲容易造成卡涩。因此，维护部门将4台长吹的行程各缩短了300mm，这就导致折焰角中间的积灰高于两侧的积灰。历次的检修期间发现在高再入口前侧折焰角中间位置最严重时积灰达到1200mm左右，轻微的也达到500mm。因此，每次检修时都要进行清灰，加大了维护工作量，并对折焰角的运行环境以及防磨防爆检查造成了一定的影响。

一般锅炉飞灰的自然堆积自流角度为30°至45°，高参数锅炉由于过热器和再热器的吸热比例较大，辐射受热面布置存在困难，采用π型设计的锅炉折焰角斜坡一般为30°，而本厂锅炉折焰角斜坡设计为灰自流的最小角度30°，但高再至后侧水冷壁部位因设计考虑高温再热器的布置将斜坡角度设计为缓坡15°（见图1），并延长高再受热面长度且与折焰角斜坡的距离仅为250mm（见图2），这样积灰达不到自流角度即沉积在缓坡部位，只有灰堆积成一定角度和高度后形成一定量的自流，这就是每次停机检修时打开延伸侧墙的前后人孔门都会发现有大量积灰的原因。

5 解决方案

（1）锅炉厂应合理的设计末级过热器和末级再热器区域的烟气速度，BMCR（锅炉最大出力）负荷下末级过热器平均烟气速度8-9m/s，末级再热器区域平均烟气速度为11-12m/s，使贴壁区域的积灰不是很多。（2）折焰角采用30°以上的角度设计，如燃用灰分大的煤种必须采用35°设计。（3）合理布置蒸汽吹灰器并提高吹灰器枪管的材质和刚性；不得人为改变吹灰行程，对已有的吹灰器行程进行校验减少吹灰盲区。（4）运行期间增加折焰角部位的吹灰次数，并对管壁迎风面增装防磨瓦，减轻蒸汽扰动积灰时对管壁的磨损。（5）东锅厂在一些电厂的改造中设计了在折焰角底部增加扰流吹灰装置，效果很好。

作者简介：侯海军（1970-），男，山西太原市，工作单位：山西瑞光热电有限责任公司，职务：工程师，研究方向：发电厂热能动力专业。