淺談大型燃煤鍋爐吹灰器的合理選擇1

1、淺談大型燃煤鍋爐吹灰器的合理選擇鄭福國1 王志剛2(1.華能德州電廠發(fā)電部,山東德州 253024 ；2. 勝利油田勝利發(fā)電廠，山東東營 257000)ZHENG Fu-guo1 WANG ZHi-gang2(1.Hua Neng Dezhou Power Plant,Dezhou Shandong 253024,China; 2.Shengli Power Plant, Shengli Oil Field , Dongying Shandong 257000，China)摘要：通過對燃煤鍋爐受熱面結(jié)渣積灰形成機(jī)理、以及蒸汽吹灰器、水力吹灰器、燃?xì)饷}沖吹灰器在德州電廠#6爐應(yīng)用經(jīng)驗的分析比較，

2、指出大型燃煤鍋爐應(yīng)根據(jù)不同受熱面的結(jié)灰特點及清灰需要，有針對性的選擇吹灰器類型。關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；結(jié)渣；積灰；蒸汽吹灰器；水力吹灰器；燃?xì)饷}沖吹灰器Preliminary Talk about The Rational Selection of The Sootblower On Large-sized Coal-fired Boiler Abstract: In order to choose the suitable type of soot blower, this paper introduces the causes of slagging on different boiler h

3、eat delivery surfaces, and analyses and copmares the application of steam soot blower, water soot blower and pulsating soot blower, on HuaNeng DeZhou Power Plant 6# boiler.And because of the requirement of soot blowing cleanness, this paper specify the choice of soot blower should think of different

4、 characteristic of slagging on different heat delivery surfaces for Large-sized Coal-fired Boiler.Key words:coal-fired boiler;slagging;soot deposit;steam soot blower;water soot blower;pulsating soot blower0 前言隨著燃煤電站鍋爐容量的不斷增大，爐膛截面熱負(fù)荷、水冷壁熱負(fù)荷、爐膛內(nèi)最高溫度以及對流受熱面區(qū)的煙溫不斷增高，受熱面的結(jié)渣和積灰問題日益突出。結(jié)焦、積灰嚴(yán)重時，將影響鍋爐傳熱能力，造成

5、排煙溫度升高、發(fā)電煤耗增加、廠用電率升高；結(jié)灰長期覆蓋受熱面設(shè)備又會加劇受熱面管子的腐蝕，造成“四管”（過熱器、再熱器、水冷壁、省煤器）爆破，縮短受熱面的壽命，威脅鍋爐安全運(yùn)行。因此，選用合適的吹灰器保持燃煤鍋爐受熱面清潔，預(yù)防和降低鍋爐各受熱面結(jié)渣積灰，成為確保大型火力發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重大問題之一。目前，國內(nèi)已經(jīng)使用的鍋爐吹灰器種類很多，按照吹灰介質(zhì)的不同，主要分為蒸汽吹灰器、水力吹灰器、燃?xì)饷}沖吹灰器、振動式吹灰器、鋼珠吹灰器等。不同的鍋爐受熱面應(yīng)當(dāng)選擇什么類型的吹灰器，一般來說，應(yīng)綜合考慮受熱面結(jié)灰機(jī)理、吹灰器性能特點、吹掃效果、運(yùn)行可靠性等諸多因素。1 燃煤鍋爐受熱面結(jié)灰機(jī)理簡述

6、燃煤鍋爐結(jié)渣積灰產(chǎn)生的原因很多，主要取決于煤灰的特性和煤灰的含量以及鍋爐內(nèi)部的空氣動力場情況。在煤粉鍋爐的燃燒過程中，爐內(nèi)灰沉積一般可分為結(jié)渣和積灰（沾污）兩種類型見參考文獻(xiàn)1。煤粉爐燃燒過程中融化的灰渣，若在凝固以前沖刷到水冷壁或高溫段受熱面上，粘結(jié)上去即產(chǎn)生結(jié)渣。受熱面壁溫高、表面粗糙度大（如水冷壁敷設(shè)衛(wèi)燃帶的鍋爐）和燃用低灰熔點煤種的鍋爐易于發(fā)生結(jié)渣，積渣部位通常是鍋爐爐膛內(nèi)和爐膛出口的受熱面上，特別是敷設(shè)大面積衛(wèi)燃帶的鍋爐水冷壁上。積灰則是指煤灰中揮發(fā)物質(zhì)在受熱面表面凝結(jié)并繼續(xù)粘結(jié)灰粒形成的沉積灰層。積灰一般發(fā)生在鍋爐煙溫(600700 )較低的區(qū)域，如對流過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等

7、低溫受熱面上參考文獻(xiàn)2。由于鍋爐各受熱面結(jié)渣積灰機(jī)理、性質(zhì)有所不同，因此，吹灰器類型的選擇也應(yīng)具有針對性，盡可能選擇效率高、效果好、運(yùn)行維護(hù)成本低的吹灰器。華能德州電廠#6鍋爐（660MW），就是根據(jù)鍋爐受熱面結(jié)灰部位、性質(zhì)、程度的不同，分別選用了蒸汽吹灰器、水力吹灰器、燃?xì)饷}沖吹灰器作為清灰渣工具，運(yùn)行幾年來，收到了較好的效果。2 華能德州電廠#6鍋爐設(shè)備簡介華能德州電廠#6爐是德國巴布考克公司設(shè)計制造的2209t/h亞臨界參數(shù)汽包爐，鍋爐燃用設(shè)計煤種為低揮發(fā)分貧煤，采用自然循環(huán)型背靠背布置，一次中間再熱，單爐膛前后墻錯列對沖燃燒方式。尾部煙氣擋扳調(diào)溫，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，全鋼懸吊結(jié)構(gòu)露天布

8、置。鍋爐的制粉系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)。3 蒸汽吹灰器在華德#6爐的應(yīng)用蒸汽吹灰器目前在我國電站鍋爐和工業(yè)鍋爐上應(yīng)用最多。它的工作原理是：利用具有一定壓力和一定干度的蒸汽，從吹灰器噴口高速噴出，對積灰受熱面進(jìn)行吹掃，以達(dá)到清除積灰的目的。常用的蒸汽吹灰器有爐膛吹灰器、長伸縮式吹灰器和固定旋轉(zhuǎn)式吹灰器三種。華德#6爐布置了墻式爐膛吹灰器和長伸縮式吹灰器，其中墻式吹灰器有48個，分三層布置在鍋爐水冷壁燃燒區(qū)上部，主要用于清除水冷壁上部的結(jié)渣、積灰。長伸縮式吹灰器布置在對流換熱區(qū)，也就是布置在過熱器、再熱器和省煤器處，共有36支，主要用于清除過、再熱器、省煤器部位的積灰。蒸汽吹灰器的

9、投停由設(shè)置在集控室的程控站遠(yuǎn)程操作。德州電廠#6爐的運(yùn)行經(jīng)驗證明，蒸汽吹灰器具有吹掃效果徹底、操作簡單靈活等優(yōu)點，可以滿足該爐水冷壁上部及過、再熱器、省煤器部位的清灰需要。但由于蒸汽吹灰器機(jī)械機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，也存在一些不足，主要是：1）長伸縮式吹灰器吹灰時深入爐內(nèi)長達(dá)8米，機(jī)械部分易發(fā)生卡澀，如吹灰槍不能及時退出爐膛，會吹損受熱面或燒毀吹灰器，燒熔的吹灰器一旦掉落，可能對爐膛、煙道下方的受熱面造成損傷。2）吹灰器內(nèi)管與螺旋管間汽封較差，工作時（蒸汽壓力1.51.7兆帕）漏汽現(xiàn)象較普遍。4 水力吹灰器在華德#6爐的應(yīng)用。水力吹灰器在德國、俄羅斯的大型機(jī)組應(yīng)用較廣泛，國內(nèi)使用較少，主要用于結(jié)焦較為嚴(yán)

10、重的大型機(jī)組，如盤山電廠、元寶山電廠等都有多年使用經(jīng)驗參考文獻(xiàn)3。其原理如圖1左圖所示，吹灰器布置于爐膛四周水冷壁上利用水槍使高壓水流（德州電廠采用水壓為2.53.0兆帕）穿過爐內(nèi)燃燒區(qū)噴射到吹灰器對面爐墻上，通過噴頭角度的改變，使水流在對面爐墻結(jié)焦區(qū)域里留下一條或多條齒型的軌跡(如圖1右圖所示)。冷水流沖擊到爐壁的焦塊上，會產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，使積附的灰渣產(chǎn)生龜裂，另外水流可滲透到灰渣的縫隙中，迅速受熱蒸發(fā)，由于汽化速度很快，相當(dāng)于一個微型的爆炸，使附著在水冷壁上的積渣、結(jié)焦很快松動脫落。 圖1 水力吹灰示意圖德州電廠#6鍋爐由于水冷壁區(qū)域設(shè)計了大面積衛(wèi)燃帶，投運(yùn)后存在嚴(yán)重的結(jié)焦問題，多次因

11、落焦引發(fā)爐膛滅火、設(shè)備損壞事故，難以實現(xiàn)鍋爐長周期安全運(yùn)行。2003年，德州電廠安裝了6臺固定式遠(yuǎn)射程水力吹灰器。#6爐使用水力吹灰器以來，每天投運(yùn)12次，爐膛水冷壁積渣、掛焦基本都能夠及時清除，徹底消除了落大焦對鍋爐安全的威脅，效果顯著。運(yùn)行經(jīng)驗表明，水力吹灰器具有以下幾個優(yōu)點：與蒸汽吹灰器相比，更適合清除粘度很高、質(zhì)地堅硬的結(jié)焦，水力吹灰器以冷水為介質(zhì)，由于水相對于灰渣的溫度差大，在灰渣縫隙中猛烈汽化時可將灰渣松動，而且水流的動量比蒸汽大得多可輕易將灰渣沖掉，所以水力吹灰器的除焦效果遠(yuǎn)非蒸汽式吹灰器可比。吹掃范圍大，工作效率高。德州電廠安裝的遠(yuǎn)射程水力吹灰器在工作時一次可清掃爐膛近400平

12、方米區(qū)域的結(jié)焦，效率遠(yuǎn)比一般蒸汽吹灰器高。德州電廠#6爐僅需6臺吹灰器，就可將水冷壁區(qū)域結(jié)焦全部清除干凈。布置方便，調(diào)整靈活。每臺水力吹灰器安裝時只需要在水冷壁開一個0.3米見方的孔，系統(tǒng)布置起來靈活性很大，安裝簡單。吹灰時水流吹掃軌跡由軟件設(shè)計控制，可根據(jù)不同區(qū)域結(jié)焦?fàn)顩r靈活修改、調(diào)整。可以大大提高鍋爐效率。由于除焦徹底，能夠有效提高鍋爐受熱面吸熱量，降低過、再熱器管壁溫度，減少過、再熱器減溫水量，降低鍋爐煙溫及排煙溫度，這樣不僅減少了過、再熱器管壁超溫的發(fā)生，更提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。以下是05年1月23日#6爐除焦前后鍋爐主要參數(shù)比較：時間機(jī)組負(fù)荷（MW）再熱器最高壁溫（）過熱器最高壁溫

13、（）入爐總煤量（千克/秒）爐膛出口煙溫（）排煙溫度（）過熱器減溫水總量（噸/小時）17：35（除焦開始6005775607343214619220：45（除焦結(jié)束）6005685496441512921通過上表不難看出，同樣負(fù)荷條件下，通過除焦，降低了鍋爐爐膛出口煙溫及排煙溫度，減少了燃料消耗，減溫水量大幅減少，鍋爐效率大大提高。水力吹灰器投入運(yùn)行吹掃時，由于其物理反應(yīng)發(fā)生在爐內(nèi)，對鍋爐燃燒工況、運(yùn)行參數(shù)也會產(chǎn)生一些不利影響，爐膛負(fù)壓、汽包水位、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、過、再熱器壁溫波動較為明顯，機(jī)組負(fù)荷波動達(dá)1020MW，因此，為確保水力吹灰時燃燒安全穩(wěn)定，該吹灰器要求在鍋爐熱負(fù)荷80以上

14、時方可投入。綜合其優(yōu)缺點來看，水力吹灰能夠高效率清除鍋爐大面積積渣、掛焦，對德州電廠來說，避免了頻繁落焦帶來的事故隱患，利大于弊。5 燃?xì)饷}沖吹灰器在華德#6爐空預(yù)器部位的應(yīng)用德州電廠#6爐配有兩臺三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，每臺空預(yù)器冷端、熱端原設(shè)計各有一只蒸汽吹灰器，汽源來自鍋爐熱再熱蒸汽，輔助蒸汽作為備用汽源。#6爐投產(chǎn)初期，采用蒸汽作為吹灰介質(zhì)，由于空氣預(yù)熱器的熱端、冷端相加約2m厚，蒸汽由冷端吹人無法吹透，并且蒸汽離開噴嘴后過熱度逐漸減少進(jìn)入飽和區(qū)，反而增加濕度引起堵灰，使空氣預(yù)熱器低溫段傳熱元件的堵灰問題隨著蒸汽吹灰裝置的使用次數(shù)和頻率的增加而加重，空預(yù)器煙側(cè)壓差一度達(dá)到2.8千帕（660

15、MW時數(shù)據(jù)，設(shè)計值為1.2千帕），空預(yù)器嚴(yán)重堵塞多次導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)失速，引發(fā)鍋爐事故，對安全運(yùn)行威脅很大。2003年，德州電廠#6爐增加了空預(yù)器燃?xì)饷}沖吹灰裝置。燃?xì)饷}沖吹灰器的工作原理是：利用可燃?xì)怏w如煤氣、液化石油氣、天然氣、乙炔等常用氣體的爆然原理在爆燃的瞬間形成高能沖擊波和伴隨產(chǎn)生的劇烈響應(yīng)來達(dá)到將其管面積灰清除的目的。圖2 燃?xì)饷}沖吹灰器系統(tǒng)簡圖德州電廠#6爐燃?xì)饷}沖吹灰器投用后，能有效地清除受熱面上的積灰，經(jīng)長時間運(yùn)行，空預(yù)器煙側(cè)前后壓差仍能保持在設(shè)計值范圍內(nèi)，送、引風(fēng)機(jī)電流明顯降低，大大提高了鍋爐效率。而且，燃?xì)饷}沖吹灰器運(yùn)行費(fèi)用僅為蒸汽吹灰器的50左右，降低了發(fā)電成本。由于燃?xì)饷}沖

16、吹灰器為干式吹灰，在清除空預(yù)器積灰上具有蒸汽吹灰無法比擬的優(yōu)點，因此在上海石洞口電廠、山東鄒縣電廠等多臺機(jī)組得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)驗證明：燃?xì)饷}沖吹灰器除灰除油污效果好，經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于蒸汽吹灰器，可使鍋爐的熱效率提高06以上(在蒸汽吹灰器的基礎(chǔ)上)。6 德州電廠#6爐各類型吹灰器性能比較德州電廠#6爐吹灰器性能比較項目蒸汽吹灰器水力吹灰器燃?xì)饷}沖吹灰器清灰原理利用高壓蒸汽的射流沖擊力清除結(jié)焦積灰利用高壓冷水流沖擊，使大塊焦渣炸裂掉落利用乙炔氣體爆燃產(chǎn)生 的沖擊波進(jìn)行清灰安裝部位爐膛上部、對流受熱面爐膛中下部敷設(shè)衛(wèi)燃帶區(qū)域空預(yù)器設(shè)備系統(tǒng)較復(fù)雜簡單簡單運(yùn)行費(fèi)用較大小較小運(yùn)行工作量集控室程控操作集控室程控

17、操作需運(yùn)行人工更換乙炔氣瓶，然后集控室程控操作特點吹灰器吹掃范圍較小，但清灰渣效果較好適合清除受熱面大面積結(jié)焦干式清灰，適合清除空預(yù)器蓄熱片積灰檢修維護(hù)工作量吹灰槍卡澀及密封漏汽發(fā)生較多水槍噴頭偶爾卡澀故障較少，偶爾發(fā)生回火現(xiàn)象副作用蒸汽的沖擊力會使管璧減薄可能造成鍋爐爆管事故吹灰時對鍋爐燃燒有一定影響，運(yùn)行參數(shù)波動較大對承壓受熱面有一定沖擊7 結(jié)論鍋爐受熱面吹灰器的選擇，應(yīng)當(dāng)考慮受熱面結(jié)灰機(jī)理、結(jié)灰程度、結(jié)灰部位，以及吹灰器的性能特點、清灰效果、運(yùn)行費(fèi)用、檢修維護(hù)量等諸多因素，綜合比較分析，選擇效率高、效果好、運(yùn)行維護(hù)成本低的吹灰器，以期取得安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。德州電廠#6爐在吹灰器的選型上，就是綜合考慮了上述因素，在鍋爐爐膛上部和對流受熱面優(yōu)先選用了技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的蒸汽吹灰器，在易受積灰腐蝕的空預(yù)器部位優(yōu)先選用了不含濕汽的燃?xì)饷}沖吹灰器，并從清除鍋爐大面積結(jié)焦的實際需要出發(fā)，選擇了除焦效率高的遠(yuǎn)射程水力吹灰器。經(jīng)過近幾年的運(yùn)行，德州電廠#6爐所選各類型吹灰器清灰渣效果良好，有效地保持了各受熱面清潔，保證了鍋爐長