锅炉远程水吹灰器更换小口径喷嘴研究

邱利雄，张利，熊鸣，庄雅妮

（1. 神华国华(北京)燃气热电有限公司，北京市 朝阳区 100024；2．北京信息科技大学自动化学院，北京市 海淀区100192）

0 引言

增加机组调节的灵活性可以提高新能源的消纳水平；提高火电机组灵活性的同时，应该尽可能地保持环保指标和运行特性[1-3]。某电厂#2锅炉为俄制530 MW直流炉， 锅炉采用蒸汽吹灰和水吹灰清扫受热面。水冷壁受热面采用的水吹灰器由8台“WLB90”远射程吹灰器和12台“OBM”微动吹灰器组成，水吹灰器运行时主要清除水冷壁处结焦。该吹灰器除焦、吹灰效果比较好，但冷却水量较大，吹灰过程中对所吹扫范围内的水冷壁金属温度影响较大，最高温度波动高达78 ℃，严重影响水冷壁的安全稳定运行。大量温度较低的吹灰用水投入影响煤粉燃尽效果以及降低火焰温度，改变炉膛内温度场，对煤粉稳定和经济燃烧起到不利作用。为此，在保证远程水吹灰器吹灰效果的前提下尽量降低不利水量，将吹灰器喷嘴改为小口径，减少影响[4]。

1 项目改造目的

湿式电除尘器原理与干式电除尘器相同，采用液体冲刷清洗极板。主要用于脱除微细颗粒物(包括气溶胶)、硫酸雾、重金属等[5]。由于催化剂的特殊结构，蒸汽吹灰器存在吹灰死角，对于催化剂内部积灰以及选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)反应器边缘积灰处理效果减弱。同时，由于烟道尾部空预器温度低，前端蒸汽吹灰器的使用增加了烟气中含水量，使得烟道尾部的空预器以及除尘器积灰性状发生改变，容易导致积灰板结[6]。

#2炉现使用的远程水吹灰器是德国克莱德贝尔格曼机械有限公司制造的 WLB90(WATER LANCE BLOWER 90)型吹灰器，此吹灰器效率远比一般吹灰器高。远程水吹灰后目视各层水冷壁均清洁、干净，无结焦。但水吹灰时由于喷入炉膛冷水量较大，使锅炉两侧分流量及下辐射区温度变化较大，同时对水冷壁管金属温度影响也较大，为了减小扰动并保持水吹灰效果[7]，决定将#2炉33.0 m 4台远程水吹灰器喷嘴更换为小口径喷嘴。

2 项目改造方案

2.1 设备简介

该厂锅炉设计为室内布置，单炉膛全悬吊结构，左右两侧各有一对流竖井，炉本体呈“T”型结构。锅炉一、二次汽水流程以炉膛前、后墙中心线为界分为左、右两个对称的独立流程，每个流程的给水和汽温调节都是独立的。炉膛受热面为垂直往复一次上升布置，标高44.7 m以上为上辐射区，44.7 m以下为下辐射区[8]。炉膛水冷壁采用水吹灰器, 分别装在标高16.8 m和33.0 m处炉膛侧壁上，每层4台。投运时每台吹灰器清洗对面的炉膛管壁和相邻的角落。各台吹灰器的覆盖区段有重合，保证清洗有效和清除“死区”。

2.2 更换远程水吹灰器小喷嘴的试验方案

1）现有远程水吹灰器喷嘴均为14 mm口径喷嘴，检修人员将 33.0 m四层远程水吹灰器14 mm喷嘴更换为10 mm喷嘴。

2）运行人员按照现有水吹灰方式正常投入水吹灰，观察水吹灰效果。

3）如果参数正常，结焦无发展，观察运行30天。如果试验不成功应恢复原喷嘴运行。

2.3 更换远程水吹灰器小喷嘴后机组参数的对比

2.3.1 汽水系统参数变化

项目实施前后同一工况下汽水参数变化见表1。

表1 远程水吹灰器喷嘴更换前后汽水参数Tab. 1 The soda parameters before and after the remote water sootblower nozzle replacement

2.3.2 汽水冷壁管金属温度变化

同一工况下水冷壁管金属温度变化参数见表2。

表2 远程水吹灰器喷嘴更换前后部分水冷壁管金属温度参数窗体顶端Tab. 2 Partial water wall tube metal temperature before and after remote water sootblower nozzle replacement

2.3.3 项目实施后对锅炉运行参数的影响

在机组负荷稳定、总给水量不变的情况下，通过表1可以看出：

1）远程水吹灰结束后14 mm喷嘴时给煤机总转速升高了107 r/min，10 mm喷嘴时给煤机总转速升高了59 r/min，说明10 mm喷嘴水吹灰时吸收的炉膛热负荷小于14 mm喷嘴水吹灰时吸收的炉膛热负荷[9]，水吹灰结束后，吹灰水吸收的汽化潜热不再吸收，多余的热负荷释放到汽水系统中，“煤–水”比例出现轻微失调[10]，此时多余的热负荷越少越好，所以10 mm喷嘴时给煤机总转速升高59 r/min的热负荷扰动小于14 mm喷嘴时给煤机总转速升高107 r/min的扰动。

2）对汽水系统参数影响。

在14 mm喷嘴吹灰时，I、II流程给水流量的偏差：吹灰前−1 t/h、吹灰中−83 t/h、吹灰后+83 t/h；I、II流程下辐射区温度偏差：吹灰前+2 ℃、吹灰中−15 ℃、吹灰后+7℃；RL057、RL058开度偏差：吹灰前+7.3%、吹灰中−17.5%、吹灰后+17.3%。

在10mm喷嘴吹灰时，I、II流程给水流量的偏差：吹灰前−12 t/h、吹灰中−86 t/h、吹灰后+12 t/h；I、II流程下辐射区温度偏差：吹灰前+1 ℃、吹灰中−8 ℃、吹灰后+5 ℃；甲乙侧给水调门开度偏差：吹灰前+3.1%、吹灰中−16.7%、吹灰后+9.0%。

对比可以看出，14 mm 喷嘴吹灰时从 I、II流程给水流量的偏差、I、II流程下辐射区温度偏差、甲乙侧给水调门开度偏差都要大于10 mm喷嘴的偏差，说明14 mm喷嘴的吹灰对汽水系统的两侧水量扰动及参数调整和吹灰后参数的恢复难度都要大于10 mm喷嘴的吹灰[11]。

3）对锅炉水冷壁金属温度的影响。

由表2可以看出，部分炉管金属温度的变化幅度。

炉管B0516金属温度变化幅度：在14 mm喷嘴吹灰时为 78、68℃；在 10 mm喷嘴吹灰时为60、44℃；炉管 B0512金属温度变化幅度：在14 mm喷嘴吹灰时为28、39℃；在10 mm喷嘴吹灰时为27、34℃；炉管B0813金属温度变化幅度：在14 mm喷嘴吹灰时为50℃；在10 mm喷嘴吹灰时为43℃；炉管B1143金属温度变化幅度：在14 mm喷嘴吹灰时为70、34℃；在10 mm喷嘴吹灰时为29、39℃。

以上数据变化可以说明：远程水吹灰器14 mm喷嘴吹灰时对水冷壁金属温度的影响幅度均大于10 mm喷嘴吹灰时对水冷壁金属温度的影响幅度，使用10 mm喷嘴吹灰有利用减少金属疲劳及水吹灰时的金属变形，有利用水冷壁的长期运行，延长水冷壁的使用寿命，有利用减少水冷壁泄漏[12]。

4）项目实施后对锅炉水冷壁清洁程度的影响。

远程水吹灰器更换 10 mm喷嘴后，通过近20天的目视观察发现水冷壁在吹灰后的清洁程度与14 mm喷嘴吹灰时一样，各层水冷壁基本无焦；通过汽水系统参数观察 10 mm喷嘴吹灰与14 mm喷嘴吹灰时一样，各负荷工况下减温水量基本一致。说明远程水吹灰器10 mm喷嘴完全可以满足炉膛水冷壁的吹灰要求[13-16]。

5）项目实施后对锅炉本体膨胀量的影响。

远程水吹灰器喷嘴由14 mm更换为10 mm后水吹灰时锅炉本体因吸热量出现变化，受热面膨胀量随之出现变化，以下是满负荷530 MW锅炉本体14 m处膨胀指示器数值记录(括号内为改造后10 mm喷嘴运行时实测数据)[11]，见表3—6。

水吹灰过程中炉本体 14m处膨胀变化量对比见表 7—10。可以看出，水吹灰器喷嘴口径变小后，在炉本体14 m处X方向膨胀量变小，Y方向膨胀量有微弱上升，Z方向膨胀量几乎没有变化，说明远程水吹灰器由14 mm喷嘴改为10 mm喷嘴对控制炉本体膨胀有一定的抑制作用。

表3 #10吹灰器运行时膨胀指示器数值Tab. 3 #10 Soot blower operation expansion indicator value

表4 #11吹灰器运行时膨胀指示器数值Tab. 4 #11 Soot blower operation expansion indicator value

表5 #23 吹灰器运行时膨胀指示器数值Tab. 5 #23 Soot blower operation expansion indicator value

表6 #24 吹灰器运行时膨胀指示器数值Tab. 6 #24 Soot blower operation expansion indicator value

表7 #10吹灰器运行时炉本体膨胀变化量Tab. 7 #10 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

表8 #11吹灰器运行时炉本体膨胀变化量Tab. 8 #11 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

表9 #23吹灰器运行时炉本体膨胀变化量Tab. 9 #23 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

表10 #24吹灰器运行时炉本体膨胀变化量Tab. 10 #24 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

3 结论

通过以上改造前后参数对比，可以说明远程水吹灰器由14mm喷嘴改为10mm喷嘴试验是成功的，并且喷嘴改变后减少了远程水吹灰对锅炉炉膛热负荷的扰动，有利于机组参数的控制，减少了人员的操作调整；同时水冷壁金属温度的变化幅度减小，对控制炉本体膨胀有一定的抑制作用，有利于炉膛水冷壁的安全运行。

该研究对同类火电机组灵活性改造具有重要参考价值。

[1] 李星，杨秀媛，王丽婕，等．灰狼算法在风电水电协同运行中的应用[J]．发电技术，2018，1(1)：43-48．[2] 刘久斌，朱红霞，崔晓波，等．我国电厂热工自动化的回顾、现状和展望[J]．发电技术，2018，1(1)：18-22．

[3] 朱跃，等．火电厂“厂界环保岛”改造与运维关键技术[J]．发电技术．2018，1(1)：43-48．1-12

[4] 刘俊源，李锦涛等 DG1060/17.5-II型四角切圆煤粉炉结焦问题的分析及解决[J]．发电与空调，2095-3429．2016-05-010

[5] 叶伟平，邱国铭，杜振，等．循环流化床锅炉烟气超低排放改造技术路线分析[J]．发电与空调，2017，38(2)：34-37．

[6] 陈龙，吴昱，车方，等．不同类型吹灰器在脱硝中的应用分析[J]．发电与空调，2013，34(3)：35-37．[7] 王文涛，董鹏，等．670t/h锅炉过热器频繁爆管分析及预防措施[J]．发电与空调，2095-3429．2016-01-12

[8] 李广瑞，黄振康，王树怀，等．500MW超临界直流炉水冷壁超温爆管研究治理[J]．全国火电大机组，2007：46-50．

[9] 申敦．燃煤锅炉强效水吹灰器的应用[J]．轻工科技，2011，27(5)：44-44．

[10] 王东．浅析1号炉水吹灰后中间温度跳变原因[J]．全国火电大机组：600MW级，2009．

[11] 牛涛，张清峰．远程水吹灰器在大型燃煤锅炉上的应用[J]．华北电力技术，1996(11)：45-48．

[12] 孙文英，田双元．新型远射程水吹灰器在火电厂应用的可行性[J]．电力学报，2000(2)：148-151．

[13] 马哲．水力吹灰系统在俄制165MW机组锅炉上的应用[J]．黑龙江科技信息，2013(34)：14-14．

[14] 邹海峰．远程水吹灰器在大型电站锅炉上的应用[J]．热力发电 2014，43(4)：141-144．

[15] 陈建亮，马东森．水力吹灰器对660MW锅炉运行影响的分析[J]．全国火电厂锅炉安全经济运行技术研讨会，2005．

[16] 曹荣秀．远射程水力吹灰器除焦的工作原理和优点电站系统工程[J]．2007，23(6)：36-36．