鍋爐折焰角斜坡積灰的原因與危害

摘 要：針對火電廠燃煤鍋爐折焰角斜坡積灰問題，進行原因分析，找出原因和解決措施，確保鍋爐安全經濟運行。

關鍵詞：折焰角；積灰；原因

1 折焰角積灰的危害

鍋爐運行期間折焰角積灰處于一種動平衡狀態，受爐膛負壓波動、煙氣速度快速變化、受熱面振動等影響發生擾動時會發生垮灰，大量積灰瞬間掉入爐膛造成負壓波動，嚴重時會造成鍋爐滅火。由于積灰的導熱性低，如果積灰得不到及時清除，被積灰覆蓋的高溫再熱器、折焰角水冷壁管的換熱性能將下降，排煙溫度升高，引風機電流增大。

每次停爐檢查發現折焰角斜坡都有大量積灰，主要集中在折焰角斜坡轉角處至后水拉稀管之間，高溫再熱器下部積灰已將斜坡管壁埋沒，從中間向兩側發展中間部位的積灰高度達1-1.5米，堵塞部分爐膛出口，折焰角積灰嚴重影響鍋爐安全和經濟運行。

2 折焰角的作用

π型鍋爐均設計有折焰角，起作用是使爐內火焰分部更加均勻，完善爐內高溫煙氣對爐膛出口受熱面的沖刷程度，減少爐膛上部的死滯區，并可延長鍋爐的水平煙道，便于布置更多的高溫對流受熱面，提高工質過熱吸熱比例。爐膛出口折焰角下部的煙氣在進入水平煙道上部時發生急劇轉向，形成明顯的回流區，該區域內的壓力明顯低于其它主流區，煙氣期攜帶的飛灰流經該區域時，由于煙氣流速降低和回流作用，重量大的飛灰被分離沉積下來，堆積在折焰角斜坡上面。因此，折焰角的結構特性必然導致飛灰易沉積在該區域。

3 折焰角積灰的原因

原因分析：（1）折焰角區域本身的流場結構和斜坡角度小。由于折焰角的存在，爐膛出口折焰角下部的煙氣在該處發生急劇轉向。在折焰角區域形成明顯的回流區，回流區沿高度方向速度分布很不均勻。煙道的中上部位速度高。靠近折焰角水冷壁處的煙氣流速很低，隨著折焰角傾角的增大，回流區中心位置后移，回流區的高度減小。因此，回流區和貼壁低速區是造成折焰角斜坡積灰的重要原因，積灰程度與折焰角傾角有關。由于大型電廠鍋爐參數高，過熱器和再熱器吸熱量占的份額較大，在過熱器和再熱器受熱面的布置上存在較多困難，采用π形布置的鍋爐折焰角斜坡的角度不可能很大，一般在35左右。大大小于飛灰的安息角。一般國內300MW以上機組工程斜坡設計由兩段組成，前段傾角為30°，后段傾角減為15°至20°。在折焰角、水平煙道斜坡不可避免地存在積灰現象。（2）受熱面布置不合理和煙氣流速較低。由于在折焰角區域布置有垂直受熱面，受熱面在整體上會削弱回流作用，煙氣速度越高、折焰角越大、回流區高度（厚度）越小。在折焰角傾角一定的情況下，只要受熱面布置合理、煙氣流速設計選取得當，貼壁低速區沉積的飛灰不會很厚，其積灰是可以避免的。（3）吹灰器存在吹灰盲區。電廠設計時，針對折焰角區域的積灰都做了考慮，90%都設計有蒸汽吹灰器。由于鍋爐左右墻較寬，采用的蒸汽式吹灰器行程很長，其蒸汽冷卻效果相對較差，所以對其材料的剛性要求高，吹灰器運行到全行程后擺動大，易與兩邊受熱面管屏發生碰撞，或受熱后槍管彎曲，吹灰器進入深度受到限制，導致存在吹掃盲區。為防止槍管受熱彎曲后卡澀，將吹灰器槍管行程縮短，因而導致了吹灰盲區加大。鍋爐折焰角斜坡及水平煙道是很容易積灰的部位，在該區域的積灰是無法避免的，主要是受到結構設計的影響，大部分鍋爐廠采用π形布置的鍋爐都存在這個問題。

4 實際情況

查閱某廠鍋爐設計圖紙（圖1）：高過和高再管屏之間有2.3米的凈空間，30°和15°的分界點也正好設計在高過和高再管屏之間，煙氣流速較低的含塵煙氣在經過高過和高再的空擋時煙速進一步降低，在低負荷運行時積灰會更加明顯。設計時雖然考慮了積灰在高再前后設計了吹灰器，但因運行期間的吹灰是按照2天一次，并在高負荷時才安排吹灰，吹灰器又工作在爐膛的高溫段，吹灰器伸到爐膛中部時槍管受熱會彎曲容易造成卡澀。因此，維護部門將4臺長吹的行程各縮短了300mm，這就導致折焰角中間的積灰高于兩側的積灰。歷次的檢修期間發現在高再入口前側折焰角中間位置最嚴重時積灰達到1200mm左右，輕微的也達到500mm。因此，每次檢修時都要進行清灰，加大了維護工作量，并對折焰角的運行環境以及防磨防爆檢查造成了一定的影響。

一般鍋爐飛灰的自然堆積自流角度為30°至45°，高參數鍋爐由于過熱器和再熱器的吸熱比例較大，輻射受熱面布置存在困難，采用π型設計的鍋爐折焰角斜坡一般為30°，而本廠鍋爐折焰角斜坡設計為灰自流的最小角度30°，但高再至后側水冷壁部位因設計考慮高溫再熱器的布置將斜坡角度設計為緩坡15°（見圖1），并延長高再受熱面長度且與折焰角斜坡的距離僅為250mm（見圖2），這樣積灰達不到自流角度即沉積在緩坡部位，只有灰堆積成一定角度和高度后形成一定量的自流，這就是每次停機檢修時打開延伸側墻的前后人孔門都會發現有大量積灰的原因。

5 解決方案

（1）鍋爐廠應合理的設計末級過熱器和末級再熱器區域的煙氣速度，BMCR（鍋爐最大出力）負荷下末級過熱器平均煙氣速度8-9m/s，末級再熱器區域平均煙氣速度為11-12m/s，使貼壁區域的積灰不是很多。（2）折焰角采用30°以上的角度設計，如燃用灰分大的煤種必須采用35°設計。（3）合理布置蒸汽吹灰器并提高吹灰器槍管的材質和剛性；不得人為改變吹灰行程，對已有的吹灰器行程進行校驗減少吹灰盲區。（4）運行期間增加折焰角部位的吹灰次數，并對管壁迎風面增裝防磨瓦，減輕蒸汽擾動積灰時對管壁的磨損。（5）東鍋廠在一些電廠的改造中設計了在折焰角底部增加擾流吹灰裝置，效果很好。

作者簡介：侯海軍（1970-），男，山西太原市，工作單位：山西瑞光熱電有限責任公司，職務：工程師，研究方向：發電廠熱能動力專業。