采用汽冷吊挂管结构的锅炉后竖井管排磨损分析及治理

赵小兵，祁青福，马 峰

（酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃嘉峪关 735100）

引言

某电厂2×300 MW 热电联产机组锅炉是采用美国燃烧工程公司（CE）的引进技术设计制造。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用单炉膛、平衡通风、四角切圆燃烧方式，设计燃料为哈密烟煤。锅炉采用14 048 mm×14 019 mm正方形大炉膛，通过抬高炉膛高度，加深尾部烟道及采用较大的燃烧器一次风喷口间距等措施，以适应高原低气压和强结渣性煤的特点。锅炉过热蒸汽主要采取一、二级减温器调温，再热蒸汽主要采取摆动燃烧器调温。为保证锅炉运行的可靠性，锅炉各级过热器和再热器最大限度地采用蒸汽冷却的定位管和吊挂管。其中布置于后烟道中的水平低温过热器和省煤器采用自包墙管下集箱引出的汽冷吊挂管悬吊和定位。

1 汽冷吊挂管结构磨损分析

锅炉省煤器布置在锅炉尾部竖井前烟道下部，垂直于炉墙顺列布置，管径为Φ51×6，在锅炉宽度方向由100排水平蛇形管组成。所有蛇形管都从省煤器入口集箱引出，终止于出口集箱。

锅炉水平低温过热器位于尾部坚井烟道省煤器上方，一共有102片，6管圈并绕，管经为Ф51×6，以136 mm 横向节距沿炉膛宽方向布置。锅炉水平低温过热器和省煤器受热面管排间固定设计通过疏形板及U形杆和定位弯板固定。受热面管间采用自包墙管下集箱引出的汽冷吊挂管悬吊和定位，通过管夹固定在悬吊管上,汽冷吊挂管悬吊和定位图见图1。锅炉后竖井水平低温过热器和省煤器受热面管排设计8对长伸缩式蒸汽吹灰器，工作时，吹灰母管压力1.5 MPa，吹灰器工作压力1.0 MPa，吹灰角度360°吹灰半径在1 500 mm左右。

图1 汽冷吊挂管悬吊和定位图

锅炉运行12年后，发生尾部烟道水平低温过热器管排泄漏，经检查发现，锅炉后竖井第一级水平低温过热器尾部烟道吹灰器吹灰半径范围内的低温过热器和省煤器汽冷吊挂管区域上、下管排间隙处均有不同程度的吹损减薄，吊挂管管卡通流区域吹损见图2，管壁减薄量达2～4 mm。

图2 吊挂管管卡通流区域犁沟冲刷磨损

锅炉尾部受热面设计采用汽冷吊挂管结构，锅炉设计时未考虑吊挂管管卡对管排的碰磨以及对气流的阻挡作用，没有在吊挂管管卡与管排交叉处设计防磨装置。泄漏点区域的吹灰器行程高度与泄漏点管排的垂直距离仅有400 mm左右、与泄漏点所在吊挂管处的水平距离仅有700 mm左右，均在吹灰半径内。机组自2007 年投产，经过12 年长期运行，锅炉受热面吹灰蒸汽携带烟气飞灰在受到吊挂管和管卡阻挡后在管卡与管排间的缝隙处形成犁沟冲刷磨损，低温过热器管排在固定管卡的前后区域管壁减薄泄漏。吹灰器对应的低过和省煤器所在区域管道磨损严重，吊挂管管卡与管道的结合处减薄量在3～4 mm 之间，吹灰器下部的磨损区域主要位于第1～10根，吹灰器上部的磨损区域主要位于第1～8根。

锅炉技术人员锅炉结构掌握不清，对锅炉尾部水平受热面固定管卡结构形成犁沟冲刷磨损的问题认识不足；在锅炉防磨防爆监测标准、检查标准中，未明确要求检查低温过热器和省煤器管排吊挂管部位的磨损情况；对锅炉历次防磨防爆检查中均没有发现吊挂管管卡与管排交叉处磨损减薄的问题，导致隐患多年来一直存在并持续恶化。

2 汽冷吊挂管结构磨损治理

在2×300 MW 锅炉尾部受热面吊挂管管卡处管排已发生磨损的区域设计加装防磨装置，阻止管排管卡区域吹灰蒸汽犁沟冲刷的形成。防磨装置覆盖吹灰器下部的磨损区域主要位于第1～10根，吹灰器上部的磨损区域主要位于第1～8根。防磨装置采用方形靠背管加弧形防磨护瓦的结构，后竖井管排防磨装置结构图见图3。一方面防止吊挂管管卡原通流区域继续冲刷，另一方面可以对吹灰气流导流与下游烟气流向一致，防止磨损部位转移。

图3 后竖井管排防磨装置结构图

降低2×300 MW 锅炉后竖井受热面吹灰器母管压力至0.8 MPa 运行，降低进入炉内的蒸汽压力，减轻管排振动造成的磨损。优化2×300 MW 锅炉后竖井受热面吹灰器吹灰频次，按照锅炉空预器入口烟温达到高限后，进行尾部烟道受热面吹灰工作。

3 结语

对300 MW 亚临界参数机组锅炉后竖井受热面采用汽冷吊挂管结构，在运行3个大修期后，锅炉吹灰半径范围内的低温过热器和省煤器汽冷吊挂管区域上、下管排间隙处发生严重的犁沟冲刷磨损减薄泄漏的设计缺陷，电厂通过对冲刷磨损的管排设计加装防磨装置、优化吹灰器管理，机组运行一年后，跟踪测量受热面金属壁厚，受热面未发生冲刷磨损减薄。