對流受熱面積灰原因分析

1、220t/h鍋爐折焰角積灰原因分析與對策摘要 文章對一臺220t/h鍋爐折焰角積灰的原因、危害進行了分析,并提出了用燃?xì)饷}沖吹灰技術(shù)來法解決積灰問題的建議。關(guān)鍵詞：積灰；煙氣流速；折焰角；燃?xì)饷}沖吹灰一、前言巴陵石化公司熱電事業(yè)部#9爐是一臺220t/h煤粉鍋爐，為單鍋筒集中下降管自然循環(huán)水系統(tǒng)，半露天布置。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁，爐頂、水平煙道及轉(zhuǎn)向室均設(shè)置了頂棚和膜式包墻管，屏式過熱器位于爐膛折焰角前上部，兩級對流過熱器布置在水平煙道中，尾部煙道中交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預(yù)熱器。鍋爐自投運以來，鍋爐運行中折焰角處對流受熱面存在比較嚴(yán)重的積灰狀況1,2，在高溫過熱器底部的積灰

2、達(dá)到1.5m以上,低溫過熱器底部積灰達(dá)到1m左右,煤質(zhì)較差的狀況下,積灰情況存在進一步惡化的趨勢。2000年9#爐采用了聲波除灰、壓縮空氣吹灰等方法，從多年來的運行看，除灰效果一般，雖然可以部分清除管排表面浮灰，但對清除底部積灰作用不大。2007年5月21-22日對鍋爐進行了現(xiàn)場測試，結(jié)果表明：測試煤種與設(shè)計煤種的收到基灰分和低位熱值接近，但測試煤種的灰熔融性與灰成分分析表明其易于形成松散性積灰；鍋爐熱效率試驗條件下,175T/h負(fù)荷時的熱效率88.28%左右，195T/h負(fù)荷時的熱效率89.62%左右；水平煙道左右兩側(cè)熱偏差為30-40，但左右兩側(cè)煙氣流速基本相同。水平煙道上下部煙氣流速不均

3、，下部煙氣流速較低（測試工況下煙道上部流速在8.0-9.12m/s,下部煙道流速5.5-6.0 m/s，理論平均煙速在6.5-7.0m/s）不利于帶走過熱器下面積灰。二、折焰角積灰的危害分析鍋爐折焰角處對流受熱面的積灰嚴(yán)重影響到熱電事業(yè)部的安全經(jīng)濟運行，其危害性主要有：1、嚴(yán)重影響了#9鍋爐本體安全 目前鍋爐高溫過熱受熱面積的30%左右和低溫過熱器20%左右被積灰淹沒。熾熱的積灰一方面導(dǎo)致過熱器局部熱應(yīng)力升高，最終可能會導(dǎo)致蛇形傳熱管破裂。另一方面，因灰中含有大量堿性成分，對蛇形管造成的高溫腐蝕，最終也可能會導(dǎo)致爆管。一旦積灰部分過熱器發(fā)生爆管，鍋爐在被迫停止運行后，高溫?zé)霟岬姆e灰不可能在短時

4、間內(nèi)清除，必須等到積灰自然冷卻后才有可能進行清灰處量，因此鍋爐不可能得到及時搶修。2、嚴(yán)重影響了#9鍋爐熱效率 鍋爐設(shè)計熱效率91.03%,設(shè)計排煙溫度139。由于積灰等方面的影響，排煙溫度(年平均)148，最高時達(dá)到179。2006年9月28日現(xiàn)場測試#9鍋爐熱效率為89.85%，清灰后測試熱效率為91.04%，可見#9爐積灰導(dǎo)致鍋爐熱效率下降幅度比較大（1.2%左右）。3、積灰可能導(dǎo)致停爐保護誤動作折焰角處大量積灰，運行中一旦出現(xiàn)垮灰，爐膛內(nèi)就會發(fā)暗，火焰監(jiān)視器檢測不到火焰，以為鍋爐熄火，導(dǎo)致鍋爐滅火保護動作，影響安全連續(xù)生產(chǎn)。三、積灰原因分析1、折焰角處的流場結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致積灰為了了解折焰角

5、積灰的原因，首先采用數(shù)值計算方法進行流場和壓力場分析。鍋爐爐膛內(nèi)是一個十分復(fù)雜的可壓縮的湍流氣粒兩相流動、傳熱與燃燒同時存在的過程。在對該過程進行數(shù)值仿真時，必須考慮氣相、粒相的運動以及氣、粒相之間的相互傳輸?shù)葟?fù)雜過程?；亓鲄^(qū)回流區(qū)圖一 鍋爐折焰角部位流線和流場計算示算圖圖一和圖二分別是計算模擬鍋爐折焰角煙氣流型、流場和壓力分布情況。圖三表明，鍋爐折焰角上部存在一個回流區(qū)域，圖四表明在這一回流區(qū)域內(nèi)壓力明顯低于其它主流區(qū)。計算表明這個區(qū)域處于負(fù)壓區(qū)（鍋爐維持微正壓運行），因此煙氣攜帶的飛灰在流經(jīng)這一區(qū)域時，由于煙氣流速的降低和回流作用，飛灰不可避免地將分離而沉積下來堆積在折焰角斜坡上面。從設(shè)計

6、角度來看，設(shè)計斜坡角度應(yīng)該大于堆灰自然流動角，這使部分堆灰可自發(fā)流向爐膛而從爐膛底部排出，另一部分堆灰應(yīng)該在吹灰器二次揚塵作用下，重新返回?zé)煔饬鞒瘫粠ё摺；亓鲄^(qū)圖二 鍋爐折焰角部位壓力分布計算示算圖2、折焰角結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致積灰從設(shè)計角度來看，設(shè)計斜坡角度應(yīng)該大于堆灰自然流動角，這使部分堆灰可自發(fā)流向爐膛而從爐膛底部排出，另一部分堆灰應(yīng)該在吹灰器二次揚塵作用下，重新返回?zé)煔饬鞒瘫粠ё?。查鍋爐圖紙，目前鍋爐折焰角上傾角度為30°，一般飛灰的自然堆積流動角為35-45°3,4。由于過熱器折焰角坡度均小于灰的自然堆積最小流動角，運行過程中形成的積灰便無法靠自行流動來消除。高溫過熱

7、器和低溫過熱器縱向蛇形管排組與下面膜式水冷壁之間距離偏小不利于飛灰流動，同時下部的梳形定位板與煙氣方向垂直，導(dǎo)致此處阻流沉灰的發(fā)生5，6。在低溫過熱器后面的聯(lián)箱位置有點偏高，鍋爐停爐后發(fā)現(xiàn)該處積灰有1m左右，可以看出此處積灰對折焰角處堆灰流走也形成了一定的阻礙。3、其他原因一是聲波吹灰器能量偏小也對積灰產(chǎn)生不利影響。從運行情況和所了解情況來看，聲波吹灰器能量偏小，對堆積在斜坡上的積灰基本上沒有起到二次揚塵的作用，導(dǎo)致堆灰無法被煙氣帶走4。二是鍋爐長時間不能滿負(fù)荷運行也對積灰產(chǎn)生了不利的影響。從實際工況來看，該鍋爐長期沒有帶滿負(fù)荷運行，基本上保持在185t/h 左右，這樣實際煙氣流速（實測煙氣上

8、半部分流速為8-9 m/s，下半部煙氣流速相對要低，在5.5-6.0m/s左右）達(dá)不到滿負(fù)荷時煙氣流速（10 m/s），僅為設(shè)計值的60-90，流速降低后煙氣攜灰性能差，不僅易積灰，而且積灰不易被卷走。三是折焰角處下部煙氣流速偏低也對積灰產(chǎn)生不利影響。測試發(fā)現(xiàn)，鍋爐水平煙道上下煙氣流速不均勻，下部煙氣流速比上部煙氣流速小3m/s左右，這可能是因為當(dāng)時事業(yè)部鍋爐采用了雙通道大速差燃燒器，加大了燃燒切圓半徑，增加了煙氣流經(jīng)折焰角時的剛度。下部煙氣流速低不利于煙氣帶走折焰角上面的堆灰。四、解決方案從以上原因分析可以看出，鍋爐必須要進行結(jié)構(gòu)改動或加裝針對性吹灰裝置才有可能減緩積灰情況。以下為幾個可能方

9、案：1、折焰角部位進行改動由于鍋爐設(shè)計存在先天性缺陷，如果實施加大鍋爐折焰角傾角角改造,可以減輕鍋爐積灰,，該方案。但所涉及面較廣、實施投資大、難度大、風(fēng)險大，施工周期長。2、加裝灰中氣體吹灰器在折焰角處適當(dāng)位置布置數(shù)個吹灰口，在吹灰口處加裝固定式或移動式吹灰裝置，進行定期吹灰，吹灰氣源采用壓力較高的鍋爐一次風(fēng)（或外接壓縮空氣）。該方案投資比較低、難度不算大、有一定風(fēng)險，存在的問題是所用氣源溫度低，可能對過熱器管有損傷，部分電廠使用后有發(fā)生過熱器爆管的現(xiàn)象1。3、加裝燃?xì)饷}沖吹灰裝置燃?xì)饷}沖吹灰裝置是一種新型除灰系統(tǒng)，目前使用面越來越廣，尤其是在蒸氣除灰和聲波除灰效果不佳時，國內(nèi)都在考慮使用燃

10、氣脈沖除灰。部分電廠有過比較成功的改造經(jīng)驗，因此推薦使用。該方案投資低、難度小、風(fēng)險低。圖三 燃?xì)饷}沖吹灰技術(shù)原理圖圖三為燃?xì)饷}沖吹灰技術(shù)原理圖，將空氣和可燃?xì)怏w在一種特殊的容器中混合，然后進入脈沖罐中，經(jīng)高頻點火點燃，在脈沖罐中產(chǎn)生爆燃，體積急劇膨脹，生成高溫高壓氣體，以沖擊波的形式表示出來,并從噴嘴以沖擊動能、熱能、和聲能的形式進入爐內(nèi)，沖擊波是一個劇烈的壓縮波,空氣經(jīng)過沖擊后,急劇壓縮,壓力,溫度和密度都會產(chǎn)生較大提高,不僅能夠清除鍋爐受熱面上不同類型積灰,而且這種吹灰方式比傳統(tǒng)的各種方法更有效更經(jīng)濟。燃?xì)饷}沖吹灰具有積灰的吹掃作用、熱清洗作用、聲波輻射作用、局部振打作用7，8。折焰角區(qū)

11、域設(shè)計4個吹灰點。根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)吹灰器采用單獨式并聯(lián)脈沖吹灰器系統(tǒng)，高低溫過熱器區(qū)各布置 2 點，采用不銹鋼耐高溫噴嘴（耐溫1200）。噴嘴布置爐墻上，離底部包墻（300-800）mm處。噴口的形式均采用定向設(shè)計，使其能量準(zhǔn)確作用于積灰受熱面。綜合工作難度和風(fēng)險性等各方面原因，我們認(rèn)為加裝燃?xì)饷}沖吹灰器來減輕鍋爐折焰角上部積灰方案是最為合適的。五、實施后運行效果分析1、#9對流受熱面積灰問題得到了解決#9鍋爐于2008年11月新裝了燃?xì)饷}沖吹灰系統(tǒng)后，在2009年6月18日 #9爐停爐后，對燃?xì)饷}沖吹灰系統(tǒng)投運以來情況進行檢查，通過打開人孔門進入爐膛后，發(fā)現(xiàn)過熱器折焰角處的煙氣通道積灰約為300

12、mm厚，較之改造前的1200mm厚，降低了約70%左右的積灰。同時對整個尾部受熱面進行檢查，無明顯的積灰現(xiàn)象，達(dá)到了燃?xì)饷}沖吹灰取得的效果。2、降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率2008年12月12日對#9爐進行了燃燒性能和熱效率測試，表一是改造前后實測排煙溫度、排煙熱損失和鍋爐熱效率對比數(shù)據(jù)：表一 改造前后數(shù)據(jù)對比表工況項 目改造前改造后差值甲制粉系統(tǒng)運行實測排煙溫度（）151.3147.4-3.9排煙熱損失q2 （%）9.186.44-2.74鍋爐效率 （%）86.8589.92+3.07雙制粉系統(tǒng)運行實測排煙溫度（）165.2151.6-13.6排煙熱損失q2 （%）9.736.64-3.0

13、9鍋爐效率 （%）85.3188.92+3.61乙制粉系統(tǒng)運行實測排煙溫度（）152.5147.5-5排煙熱損失q2 （%）9.016.31-2.7鍋爐效率 （%）86.9390.02+3.09從表一可以看出。燃?xì)饷}沖吹灰研究及改造，大幅減少了對流受熱面及尾部煙道積灰情況，增加了對流受熱面及尾部煙道熱交換，使傳熱能力加強，提高了鍋爐尾部的換熱能力，排煙溫度下降了313。3、降低了尾部受熱面腐蝕的可能性，延長了設(shè)備使用周期燃?xì)饷}沖吹灰研究前，因尾部受熱面積灰嚴(yán)重，導(dǎo)致低溫空氣預(yù)熱器腐蝕非常嚴(yán)重，難以達(dá)到設(shè)計的運行周期，就不得不更換空氣預(yù)熱器，既增加了檢修費用，又造成檢修期間事業(yè)部的發(fā)電及供汽大幅

14、減少，影響到公司化工事業(yè)部的正常生產(chǎn)。燃?xì)饷}沖吹灰系統(tǒng)投運后，尾部受熱面無明顯積灰，減少了尾部受熱面低溫硫腐蝕的可能性，延長了設(shè)備使用周期。六、結(jié)論220t/h鍋爐折焰角積灰，主要是由于鍋爐折焰角處有氣流回流區(qū)、折焰角上傾角設(shè)計角度不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻?。改變折焰角上傾角結(jié)構(gòu)能夠解決積灰問題，但該方法投資大、難度大、風(fēng)險大，施工周期長。采用燃?xì)饷}沖吹灰器解決了220t/h鍋爐折焰角積灰的問題，表明燃?xì)饷}沖吹灰器是一種具有非常好前景的吹灰裝置，尤其是在解決局部積灰問題方面更加具有明顯優(yōu)勢。參考文獻(xiàn)：1 鍋爐積灰治理及脈沖吹灰器考察報告. 巴陵石化公司熱電事業(yè)部、中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院. 2007.929#鍋爐對流受熱面積灰原因分析與對策. 巴陵石化公司熱電事業(yè)部、中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院. 2007.83劉成江. 75t/h循環(huán)流化床鍋爐折焰角積