火电厂锅炉受热面吹损原因分析及优化措施

国家能源集团山西神头第二发电厂有限公司 卢文俊

在当前新时期背景下，能源在世界各国中的地位不断提升，其在推动社会经济建设方面承担着重要作用。我国在实际发展过程中也不断加强对能源安全的重视程度，在传统火力发电的同时，积极加大对水电、风电等新能源的开发与利用力度，然而在多种因素影响下，火电依然是当前我国电力资源的主要供应源头。由此，确保火电厂运行平稳性成为当前电力行业发展中的重要工作内容。

火力发电主要通过燃烧煤炭的方式进行，这就使得煤炭燃烧后产生灰尘等会沉积在锅炉受热面上，此时就需要利用吹灰器对其进行清洁，然而在设计、安装、维护以及使用过程中的多种因素影响下，锅炉受热面存在受损的可能，进而导致电力供应稳定性受影响。由此，探究锅炉受热面吹损问题形成原因并对其进行相应的优化成为行业内重点研究内容。

火力发电过程中，煤炭燃烧后产生的灰渣等不可避免地会沉积在锅炉表面，导致受热面导热效率被大幅削弱，进而使得锅炉热效率降低，最终对发电作业稳定性造成影响，此时就需要利用吹灰器对其进行处理。该设备的主要原理即是利用高速喷射气流对受热面附着的灰渣进行直接冲刷，进而达成清洁锅炉受热面的目的[1]。

当前应用较为广泛的吹灰器为蒸汽吹灰器，其主要分为长行程伸缩式吹灰器以及短行程伸缩性吹灰器，分别设置于尾部烟道高温过热器部分以及低温再热器、高温省煤器、低温省煤器部分。其实际运行过程中，电机会带动行走小车将吹灰枪旋入锅炉内部，随后开启蒸汽提升阀，直至碰到前端限位开关，然后电机反转带动行走小车后退将吹灰枪旋出，当吹灰枪快要到达原始位置时，关闭提升阀、切断蒸汽，吹灰枪继续后退直至碰到后端限位开关，吹灰结束。

1 案例概述

为深入探究锅炉受热面吹损问题产生原因，本文在研究中将结合案例进行具体分析。案例工程为某地区2×500MW燃煤机组，锅炉BMCR出力为1650t/h，为亚临界带有中间再热的单炉膛半塔式布置，固态排渣。蒸发段为一次上升管屏，炉墙为垂直上升管屏的全焊接气密性膜式壁，下降管中装有强制循环泵的低倍率复合循环锅炉[2]。在炉膛竖井内依次悬挂着省煤器、再热器、过热器，这些设备均由内悬管悬吊；受热面的入、出口联箱均由外部悬吊管悬吊。

该机组燃烧器采用炉膛错列对冲式，燃烧系统由原24台扰动式煤粉喷燃器改造为：4台微油燃烧器、20台低氮燃烧器错列对冲布置在前后墙上，整个炉膛由64台水力吹灰器组成水力吹灰系统以保证在运行中蒸发段不结焦或积灰。长杆吹灰器是螺旋传动式长杆吹灰器，型号为HXSL-52。每台锅炉现在安装36台长杆吹灰器。布置方式为炉左右墙（102米～68米）共六层，其具体参数如表1所示。

表1 蒸汽吹灰器性能参数

水力吹灰器性能参数：安装位置在水冷壁，设备型号为伸缩式XSL-5，数量64，有效行程1.15m、吹灰半径2.5～4m、水压力1.5～2.0MPa（设计）、动作/喷射时间120s。

2 锅炉受热面吹损问题及原因

2.1 锅炉受热面吹损问题

从实际层面分析，四管泄漏是电厂运行过程中面临的主要安全隐患之一，导致该问题出现的主要原因包括掉焦砸伤、超温、吹灰磨损等。案例电厂2009年至2016年期间，原因为吹灰磨损导致的受热面爆管达6次，吹灰磨损在所有事故原因中占40%以上，该问题主要产生于低温再热器以及二级过热器之间部分，炉膛水冷壁水吹灰器吹灰半径内。该问题主要产生于低温再热器及二级过热器之间部分。

通过对1号以及2号机组历年检修记录进行分析可知，因吹灰磨损导致的受热面减薄严重问题共出现5次，其中比较有代表性的案例为2015年对1号炉进行A级检修过程中，运维人员发现炉内低温再热器管壁厚吹损减薄问题较严重，问题最严重区域管壁已减薄至2.0mm，相较于原管壁厚度其减薄量达到1.5mm左右，且表面呈现出明显的凹凸不平情况。这种情况说明，案例电厂中锅炉受热面吹损问题极为严重，已成为安全隐患，需立即对其处理。

2.2 锅炉受热面吹损问题产生原因

技术人员在实际工作过程中，依托于电厂运行实际情况对锅炉受热面吹损问题形成原因进行分析，并总结出设备问题、运行模式及气流场不均匀是导致该问题产生的主要原因，其中三方面有单独作用、也存在共同作用，其在导致的问题表现也存在较大差异性，具体表现在以下方面：

受焊接处理、热处理以及设计方面的漏洞，技术人员发现电厂所用的2台锅炉再热器中存在较为显著的管勾脱落问题，且数量超过200余处，导致部分悬吊管撕伤严重，设备运行过程中管子稳定性不足，同时管子排列存在错列，导致部分管子存在吹损、换管等情况；二级过热器和低温再热器的吹灰道上，其受热面处的吹损量较大，尤其是沿壁处，主要原因在于此部分直接面对气流的旋涡因而受到较大的冲击。而导致此主要问题出现，管道衬套的长度不够，无法完全遮住容易被侵蚀的管道。

由于挡风板的影响，位于锅炉尾部的吹灰口内的壁孔处其上的过热器产生了空气漩涡，从而使这一部位的壁面被吹薄；部分短吹进汽管未设置疏水角度。在标准设计中，吹灰器头阀前进气管水平段以及吹灰器管部分应分别设计5°的上扬角度以及下倾角度。而案例电厂在实际进行安装作业过程中明显未能依照设计进行，这就使得管路内积水问题较为严重，极大地提升了吹灰磨损度；电厂工作人员未严格依照设计进行安装，导致部分断吹喷吹距离与设计标准值之间存在较大差异；受该电厂排烟温度较高影响，空预器冷端部分低温腐蚀程度相对较少，而技术人员在对1号炉以及2号炉进行A级检修过程中发现，其冷端换热元件存在大量吹损问题，且远超于被腐蚀成分。

技术人员在对案例电厂锅炉受热面吹损问题形成原因进行分析过程中还发现，因多种原因导致吹灰次数大幅提升同样是导致问题出现的主要原因，其具体主要包括以下五方面：

其一，案例电厂所使用的煤中CaO含量较高，而该厂粉煤灰细度相对较少，这就使得灰渣的沾污性大幅提升，其对锅炉受热面的影响也大幅提升，由此吹频率也随之增长。

其二，案例电厂所使用的机组过热器比例相对较少，而煤的挥发份高且煤灰细度相对较低，这就导致过热汽温相对较低。相较于设计气温，机组实际运行高负荷情况下的气温会[3]。由此，为提升过热汽温，必须加大吹灰频率，进而导致受热面吹损问题较为严重。而2号机组投产时间相对较晚，相较于1号机组其主汽温度相对较高，吹灰频率也有所下降，由此其未出现过受热面爆管问题。

其三，夏天的负压较小，全负载时机组的工作效率已经达到或超出了BMCR工作条件。热风机组在BMCR条件下运行过程中，因其容易堵塞、压力高、空气压力大、供气容量大、供气容量小等问题，导致BMCR条件运行中的含氧量偏低，通常在2%～2.5%之间。由于灰渣的熔点低，特别是在还原气氛中的下降更为显著，为了预防炭化必须加大吹灰量。

其四，烟气的高温容易使烟气的热量损耗增大，引起空气的动、静摩擦力。为了减少烟气的排放，对水冷墙和节煤装置进行了强化；其五，火力发电厂在运行中没有防范送风产生的问题，采取了降压措施，提高了高炉的氧气和减少了烟气的温度，增加了空气预热器的吹灰率，达到了一班一次的水平，这就导致了冷端换热器的局部吹伤问题。

3 电厂锅炉受热面吹损问题优化建议

技术人员在总结案例电厂中锅炉受热面吹损问题产生原因后，提出以下优化建议：

更换减薄幅度超过三分之一的管子，同时对存在减薄问题但未到更换标准的管子进行加装防磨瓦。对水冷壁、过热器等部分的受热面吹灰路径进行喷涂处理；利用检修工作机会，对受热面中成绩的结渣、灰尘等进行全面清理，降低吹灰频次；考虑到电厂1号炉中二级过、低温再热器部分积灰量较大导致吹灰频次较多的问题，技术人员在相应部分的防磨板进行加长处理，同时在竖直管道部分加设防磨板，最大限度地降低吹灰动作对管壁的磨损。

对二级过、低温再热器侧包墙吹灰器穿墙孔的上、下扰流板处加装了保护板。同时，对空预器吹损的冷端换热元件进行更换；降低吹灰压力，降低其对受热面的磨损力度。考虑到一级过、省煤器部分积灰问题较为严重，因此只对其进行加设防磨板处理，未对此部分吹灰压力进行调整。在经过试验后，排样温度以及结渣情况并未产生明显变化。具体如表2所示。

表2 调整前后吹灰压力对比

依照设计标准对吹灰器进汽角度进行调整。案例电厂中，在2013年对1号炉以及2号炉进行检修过程中分别对20台不符合设计标准的长吹分支管进行疏水改造，确保其疏水角度在2‰以上，以降低管内积水导致的吹灰蒸汽带水引发的管道磨损严重问题。同时，该厂还在2014年以及2015年检修过程中对1号炉以及2号炉的吹灰器管道进行重点检查，并重现焊接所有疏水角度不符合标准的管道。

对吹灰疏水加装温度测点，指导暖管时间，在进行充分疏水的前提下又能够保证节省时间和减少暖管用蒸汽量；案例电厂在实际工作过程中对因吹灰操作频率过提高导致的吹灰器磨损严重，进而使得外管断裂并掉入水平烟道问题进行总结，随后确定了以半年为频率对长杆吹灰器进行金属检测的决定，同时在要求运维人员在每次检修过程中将沿炉前向炉后方向对吹灰器外管进行轮换，最大限度地降低吹灰器砸伤水冷壁或堵塞冷灰都问题出现。

为防止吹灰器销子断裂、卡涩、开关反馈故障等原因，使吹灰器在炉内停留，造成受热面吹损，制定严格的吹灰制度。要求运行人员加强对吹灰器的监视，及时发现问题。维修人员每天检查、及时维护，24h有人值班，出现问题及时到位处理。

对吹灰器进气孔初始位置进行优化调整，将原有设计中水平方向布置转换为垂直方向布置，通过对吹扫部分进行优化调整实现延长管子的使用寿命；对煤灰细度进行调整，通过增大细度的方式使得火焰中心上移，同时调整燃烧器摆角下摆，以实现提升过热汽温目标，最大限度地降低炉膛出口处的烟温，以实现降低结渣机会的目标。同时对空预器入口处烟温进行下调处理，以降低吹灰频次。

综上，在电厂锅炉运行过程中，四管泄漏是影响其运行稳定性的重要因素，由此其也是电厂治理的关键部分之一。通过对导致四管泄漏问题出现的原因进行分析可知，受热面吹损在其中占据较大比重，由此电厂在实际运营过程中应注意加强对此问题的重视程度。本文所研究的案例中，在采用上述方法进行优化后取得较好的成效，因此其工作经验可以为其他火电厂提供参考意见。需要注意的一点是，吹灰磨损治理是一项长期性的工作，电厂方面应继续加强对相关问题的研究力度，并提出更加有效地优化方式。