電站鍋爐蒸汽吹灰的運行系統優化

摘 要：通過對電站燃煤鍋爐受熱面結渣積灰形成機理、以及蒸汽吹灰器在XX電廠#1爐運行方式的分析比較，逐步得出大型燃煤鍋爐應根據不同受熱面的結灰特點及清灰需要，有針對性的選擇吹灰器的運行方式，可以根據爐膛及煙道各處的熱工測點，選擇最優的蒸汽吹灰器投運組合，減少優質蒸汽的使用量，降低發供電煤耗。

關鍵詞：燃煤鍋爐；結渣；積灰；蒸汽吹灰器；運行優化

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）11-0083-02

1 燃煤鍋爐受熱面積灰機理簡述

燃煤鍋爐結渣積灰產生的原因很多，主要取決于煤灰的礦物組成特性和在燃燒過程的物理化學變化、受熱面的表面狀況及化學與熱物理性質。

在煤粉鍋爐的燃燒過程中，爐內灰沉積一般可分為結渣和積灰兩種類型。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，粘結上去即產生結渣。受熱面壁溫高、表面粗糙度大（如水冷壁敷設衛燃帶的鍋爐）和燃用低灰熔點煤種的鍋爐易于發生結渣，積渣部位通常是鍋爐爐膛內和爐膛出口的受熱面上，特別是敷設大面積衛燃帶的鍋爐水冷壁上。

積灰則是指煤灰中揮發物質在受熱面表面凝結并繼續粘結灰粒形成的沉積灰層。積灰一般發生在鍋爐煙溫（600～700℃）較低的區域，如對流過熱器、省煤器和空氣預熱器等低溫受熱面上。

由于鍋爐各受熱面結渣積灰機理、性質有所不同，因此，吹灰方式的選擇也應具有針對性，盡可能選擇效率高、效果好、運行成本低的吹灰方式。XX電廠#1鍋爐（220MW），就是根據鍋爐受熱面結灰部位、性質、程度的不同，分別采用了不同的蒸汽吹灰器運行組合方式，兩年來，收到了較好的效果。

2 XX電廠#1鍋爐設備簡介

XX電廠#1爐是東方鍋爐集團公司設計制造的735t/h超高壓參數汽包爐，鍋爐燃用設計煤種為晉北煙煤，采用自然循環П型布置，一次中間再熱，單爐膛四角布置切圓燃燒方式。尾部煙氣擋扳調溫，平衡通風，固態排渣，全鋼懸吊結構露天布置，配置三分倉回轉式空預器，鍋爐的制粉系統采用兩臺一次風機正壓直吹式系統和五臺中速輥式磨煤機。

3 蒸汽吹灰器在1#爐的應用

蒸汽吹灰器目前在我國電站鍋爐和工業鍋爐上應用最多。它的工作原理是：利用具有一定壓力和一定過熱度的蒸汽，從吹灰器噴口高速噴出，對積灰受熱面進行吹掃，以達到清除積灰的目的。常用的蒸汽吹灰器有爐膛吹灰器、長伸縮式吹灰器、固定旋轉式吹灰器、空氣預熱器吹灰器四種。

1#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32個，分三層布置在鍋爐水冷壁燃燒區上部，主要用于清除水冷壁上部的結渣、積灰。長伸縮式吹灰器，布置在對流換熱區，也就是布置在過熱器、再熱器和省煤器處，共有12支，主要用于清除過、再熱器部位的積灰。蒸汽吹灰器的投停由設置在集控室的程控站遠程操作。固定旋轉式吹灰器布置在尾部垂直煙道，主要用于清除低溫過熱器、低溫再熱器、省煤器部位的積灰，共有12支。空氣預熱器吹灰器布置在空預器下部，主要用于清除空氣預熱器換熱面部位的積灰，共有2支。

XX電廠#1爐的運行經驗證明，蒸汽吹灰器具有吹掃效果徹底、操作簡單靈活等優點，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。但蒸汽吹灰器也存在一些不足，主要有：①長伸縮式吹灰器吹灰時深入爐內長達6 m，機械部分易發生卡澀，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吹灰器內管與螺旋管間汽封較差，工作時（蒸汽壓力1.2～1.4 MPa）漏汽現象較普遍。③存在過吹、吹損現象，#1鍋爐在過去發生了一周之內連續兩次吹損爆管事故，造成了很壞的影響。所以在XX電廠，吹灰運行優化被提上會議桌面。

3.1 吹灰運行優化的概念及必要性

吹灰器的運行是用一定量的介質消耗來換取受熱面的清潔，因而其運行本身要消耗一定成本。蒸汽吹灰的耗汽量一般占蒸汽總產量的1%，消耗鍋爐熱效率的0.7%，電廠效率的0.1%。如果不及時吹灰，雖然降低了吹灰器消耗熱量，但是由于受熱面受到污染將導致鍋爐效率降低；如果吹灰過于頻繁，雖然保證了受熱面的清潔，提高了鍋爐的熱效率，但是吹灰器消耗熱量也將大大增加。此外，還要有安全性的考慮。吹灰不及時將使得受熱面表面溫度升高，導致高溫腐蝕，過于頻繁將破壞管壁外的氧化膜保護層，使得磨損加大。

在安全性的前提下，吹灰器的運行必定有一個經濟性平衡點。目前在電廠中，吹灰器的運行大多是由運行人員根據規章制度，定時全部對受熱面吹掃一遍，很難找到經濟平衡點。故從經濟角度考慮，應該對吹灰器的運行加以優化。

為了達到受熱面清潔和能耗的經濟性平衡點，為了不增加生產費用，專業人員對鍋爐現有設備進行了專項梳理，在建設鍋爐的時候在爐膛和煙道的受熱面管排表面已經布置了很多溫度測點，在空預器兩側布置了溫度和壓力測點，專業人員利用現有的設備，根據現場試驗，制定了吹灰器的運行優化試驗方案，方案的主要思想就是不再對受熱面全部吹掃，僅僅挑選有必要的（超溫部位、空預器差壓大時）部位進行吹掃，這樣一方面可以節約蒸汽資源，另一方面可以減少管壁吹損。在試驗時對吹灰影響較大的主要參數進行了記錄對比，主要分析吹灰周期變化對空預器出入口煙溫、風機電耗影響。

3.2 試驗結果及各主要參數跟蹤對比分析

爐試驗期間相隔兩天的排煙溫度和風機電流變化曲線，由于本地區全天溫差大，受環境溫度影響，曲線的變化不是非常規律，預熱器入口煙溫由23日吹灰后的342.8/340.1 ℃上升到24日吹灰前的345.3/342.9 ℃，吹灰前后煙溫變化明顯，回升較慢，這主要是負荷變化所致。

排煙溫度從吹灰結束后24 h內升高1.5 ℃；空預器入口煙溫從吹灰結束后24 h內升高2.5 ℃；引風機電流從吹灰結束后24 h內增加0.2 A；一次風機電流在整個試驗過程中變化不大；送風機電流變化不大。

爐7月23日～29日的主參數變化曲線圖，圖中根據吹灰預熱器入口煙溫除隨環境溫度變化外，吹灰前后較為明顯的波段，吹灰后明顯下降，23日吹灰后預熱器入口煙溫為342.8/340.1 ℃，24日同一時間為346.37/344.1 ℃，25日同一時間為349.21/347.39 ℃。總體上吹灰周期延長后，煙溫在吹灰后48 h內上升明顯，48 h以后很緩慢的上升，但鍋爐長時間在較高的煙溫下運行，經濟性下降。

排煙溫度從吹灰結束后72 h內升高6 ℃；空預器入口煙溫從吹灰結束后72 h內升高8 ℃；引風機電流在吹灰結束后8 h內增加0.2 A，其后變化不太明顯；一次風機電流在吹灰結束后8 h內增加1.4 A，其后變化不太明顯；送風機電流變化無規律。

3.2.1 試驗結果分析

①尾部煙道吹灰頻繁造成受熱面吹灰減薄已嚴重影響到機組安全運行，必須對尾部煙道的吹灰次數進行控制，在不吹尾部煙道的情況下，排煙溫度上升不大，可以根據尾部煙道受熱面的溫度測點是否超溫，來決定吹灰與否。

②延長吹灰周期后，風機電流增大但受到負荷、調整、煤質變化及環境溫度的影響。吹灰前后排煙溫度、省煤器出口煙溫、空預器出口一、二次風溫變化仍較為明顯。

③根據不同的吹灰周期相比較，排煙溫度隨吹灰周期的延長在高溫水平停留時間增長，總體排煙溫度明顯上升，排煙溫度熱損失增大，其結果是供電煤耗上升，鍋爐效率下降。

④我公司燃用煤種灰分大，煙道吹灰減少造成積灰嚴重，在吹灰優化試驗進行到第二天后多次發生水平煙道滑灰造成爐膛負壓大幅度波動的現象，所以建議保證水平煙道的吹灰次數。

⑤尾部煙道吹灰周期延長將造成低溫過熱器積灰，使其溫升降低，使原本偏高的過熱蒸氣溫度控制更加容易。

3.2.2 經濟性分析

①按照目前我公司小指標統計排煙溫度每上升1 ℃影響供電煤耗0.21g/kW·h，爐管在清潔和積灰狀況下運行排煙溫度平均偏差按照6 ℃，將使供電煤耗上升：6 ℃×0.21 g/kW·h/℃=1.26 g/kW·h。

②減少吹灰后，蒸汽使用量減少了50 t/d，按照每1 t/h影響供電煤耗0.25 g/kW·h計算，將使供電煤耗降低0.52 g/kW·h。

③過熱減溫水減少了1.8 t/h，將使供電煤耗降低0.025 g/kW·h。

上述合計講使供電煤耗上升0.715 g/kW·h。

按照每年供電量為8億kW·h計算，增加的費用為371 800元。但是發生爆管事故一次，停機、啟機外加損失的電量合計費用大約為150萬元。所以新的吹灰運行方式是合理的。

3.3 運行建議

①為保證受熱面的安全，延長其使用壽命，目前情況下建議吹灰次數調整為：空預器維持原規定不變，爐膛、水平煙道保持2 d吹灰一次，尾部煙道調整為5～7 d一次，取消低溫過熱器下兩層的吹灰，吹灰器保留。

②利用大小修對吹灰控制屏信號及壓力調節閥得特性進行檢查調整，確保吹灰時吹灰壓力參數正常。

③建議取消排煙溫度的值際經濟指標評比，公司根據試驗結果和新的吹灰周期規定重新調整排煙溫度指標值。

④#1爐在吹灰優化期間，排煙溫度隨環境溫度上升經常上升至145 ℃左右，高于設計溫度，而一、二風煙溫卻低于設計溫度，建議對空預器的檢查維修，提高鍋爐得效率。

⑤建議調研先進的清灰方式，如在尾部煙道使用聲波吹灰器，以保持受熱面長期清潔，在比較低的排煙溫度下運行。聲波吹灰器吹灰周期短，一般間隔20 min，而我公司吹灰前后煙溫變化幅度在10 ℃以上，排煙溫度5 ℃以上。而且吹灰后的煙溫回升很快，但增加吹灰次數不但加劇受熱面的磨損，而且增加工質損失，故聲波吹灰器是既能保證安全，又能保證經濟性的兩全選擇。

4 結 語

鍋爐設計者在設計的時候，考慮到了各種影響因素，也給予了充分的規避，但是由于實際運行環境的改變，燃用煤種偏離設計煤種等因素的影響，鍋爐各輔助設備與鍋爐的整體配合不能達到最優，此時就需要進行運行優化，甚至進行設備改造，只有做到了理論聯系實際，通過實踐來檢驗做出的優化是否合理，進而完善優化方案，如此往復，才能達到既定的目標。

參考文獻：

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