低溫再熱器吹損原因分析及預防方案

吳小明，關祥豐，焦裕龍，孫正睿

(華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204)

0 引言

鍋爐四管防磨防爆檢查是鍋爐檢修的重中之重，通過檢查發(fā)現(xiàn)問題、分析原因并提出針對性的解決方案是做好防磨防爆檢查的關鍵[1-3]。

吹損是引起四管減薄的重要因素，鍋爐運行期間，煙氣攜帶灰塵對受熱面直接沖刷是導致吹損的直接原因。一般情況下，護瓦可以有效避免受熱面直接受到煙氣沖刷， 但是，受流場不均勻的影響，部分受熱面會直接暴露在煙氣中，受到煙氣的沖刷，因此，找到導致煙氣流場不均勻的原因是防磨防爆檢查的關鍵。

運行過程中，受熱面積灰會導致鍋爐熱效率下降，為提高鍋爐的熱效率，需利用吹灰器將受熱面積灰去除。目前，大型鍋爐常用的吹灰器是蒸汽吹灰器，但蒸汽吹灰器的投用帶來了煙氣流場的混亂，特別是在吹灰蒸汽含水時，對受熱面的危害更為嚴重[4-7]。

華電濰坊發(fā)電有限公司在對某電廠二期鍋爐進行檢修時，發(fā)現(xiàn)該電廠尾部受熱面特別是低溫再熱器(以下簡稱低再)區(qū)域吹損嚴重。

1 受熱面吹損情況

該鍋爐是上海鍋爐廠生產的SG-2024/26.15-M6002型超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、Π形半露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結構。

圖 1為該電廠鍋爐尾部低再區(qū)域詳圖。如圖所示，該鍋爐尾部為雙煙道布置方式，中間以中間包墻過熱器隔開，其中低再受熱面布置在前煙道，分4層布置。該區(qū)域布置有7只長伸縮式吹灰器，吹灰器型號為PS-LL，吹灰壓力設計為1.2～1.5 MPa，實際運行過程中吹灰壓力控制在0.8～1.2 MPa。

圖1 電廠鍋爐尾部低再詳圖

低再區(qū)域每層布置有67根懸吊管，每根懸吊管上布置2排管屏，懸吊管材質為SA-210C，規(guī)格為? 60.0 mm×12 mm，懸吊管間距為100 mm。低再管子規(guī)格為? 63.5 mm×4 mm，管排間距為70 mm，根據(jù)位置的不同，材質分別為SA-201C，15CrMo和12Cr1MoV。

防磨防爆檢查發(fā)現(xiàn)，低再區(qū)域第2，3，4層存在比較集中的吹損、減薄現(xiàn)象，而且吹損主要集中在爐前的吹灰器通道側。如圖2所示，按照減薄位置的不同劃分為3個區(qū)域：吹灰器下部懸吊管與低再管交匯處(位置1)、吹灰器上部懸吊管前低再管(位置2)、吹灰器上部低再管管撐安裝處(位置3)。

由圖3所示的位置1吹損圖可以看出：吹損集中在低再下部的第2，3，4層，而低再下部第1層未見明顯的吹損；吹損集中在管子與懸吊管相交的一側，不與懸吊管相交的一側未見明顯的吹損。

圖2 低再區(qū)域吹損減薄分布

圖3 位置1吹損圖

圖4為位置2吹損圖：在吹灰器通道上部懸吊管處，背對吹灰器一側存在比較明顯的吹損，但相同位置的另一側受熱面管子未觀察到類似的吹損；同時，吹損主要集中在上部第1根管子，第2根未見明顯吹損痕跡。

圖4 位置2吹損圖

圖5為位置3吹損圖：吹損主要發(fā)生在管排管卡位置，吹損區(qū)域具有面積小、深度深的特點。常規(guī)檢查并不能發(fā)現(xiàn)該缺陷，需在管卡割開、護瓦翹起后才能觀察到該缺陷。而相同的缺陷并未在#3鍋爐小修中發(fā)現(xiàn)。

圖5 位置3吹損圖

2 吹損原因分析

為分析位置1吹損原因，對該位置受熱面管子的厚度進行測量，除了個別極小值外，低再第3層受熱面吹損比另外兩層嚴重，壁厚最小值接近3.0 mm。根據(jù)合金鋼管子防磨防爆要求，厚度小于等于原始厚度25%的管子應進行更換。另外，吹損主要集中在每一層的第5～65排和第70～130排，而靠近兩側包墻和吹灰器通道中間的管子吹損不嚴重，甚至仍然保持原始管材厚度。

從吹損的位置來看，吹損主要發(fā)生在管排和懸吊管的交接處，而其他位置未見吹損痕跡；同時，吹損位置的分布與吹灰器的吹掃行程具有明顯一致性，吹掃行程開始和結束階段沒有受到嚴重的吹損。

由于該處低再管排和懸吊管交接，存在一個較小的間隙，相同情況下該處煙氣流速較高，因而受到飛灰的沖刷更嚴重；另外，煙氣沖刷管子是典型的圓柱繞流情況，煙氣離開管子后速度明顯增加，加劇了飛灰的沖刷[8-11]。

通過分析受熱面管子的材質發(fā)現(xiàn)，低再第2層管子材質為12Cr1MoV，而另外兩層的材質為15CrMo。由于12Cr1MoV材質優(yōu)良，高溫下強度較高，耐吹損能力較強，因而第2層的吹損相對較輕。隨著煙氣的流動，煙氣受到受熱面的阻力加大，在流通面積無明顯變化的情況下，流速下降，飛灰沖刷力減弱。

吹灰過程中，飛灰沖刷的同時吹灰蒸汽會對煙氣流動產生擾動，特別是在管子分布復雜的區(qū)域，易產生紊流，加劇管子的吹損減薄，而當吹灰蒸汽含水時又會進一步加劇管子的減薄，在多種因素的相互作用下造成了該處的減薄。

為分析位置2吹損原因，對該位置受熱面管子的厚度進行測量。由測量結果可知，位置2處管子吹損減薄情況要比位置1更為嚴重，存在較多的超標管子，第3層低再管的吹損最為嚴重，第2層的吹損情況最輕。另外，同位置1相似的是，在靠近包墻和吹灰器通道的中間位置吹損比較輕微，部分管子保持原始厚度。而對比同一層前后管子的厚度發(fā)現(xiàn)，前67根的吹損情況要較后67根嚴重，減薄超標的管子也主要集中在前67根。

管子厚度的測量結果顯示，管子的吹損減薄分布情況與吹灰器的吹灰行程具有一致性，即受到吹灰器的影響較大；而通過分析圖紙發(fā)現(xiàn)，吹灰器距離位置2垂直間距為360 mm，吹灰器距離懸吊管中心線的水平間距為301 mm，吹灰器距離位置2較近。吹灰過程中實際壓力為0.8～1.2 MPa，高于煙氣壓力，吹灰蒸汽可以較容易地吹到位置2，而懸吊管的存在又使該處成為一個圓柱繞流區(qū)，懸吊管后部蒸汽速度增加，加劇了管子的吹損。

由鍋爐吹灰系統(tǒng)圖可知，左、右墻吹灰疏水分別通過疏水站1，4匯入疏水母管中，疏水溫度測量熱電偶布置在疏水電動門前。按照設計要求，當所有疏水溫度達到210 ℃時，疏水門關閉并開始吹灰。但就地檢查疏水管路發(fā)現(xiàn)，至疏水站1的疏水管道存在7個彎頭，而至疏水站4的疏水管道彎頭數(shù)量為5個，導致相同條件下疏水站4先達到設定溫度。由于疏水管路是相通的，疏水站4溫度達到設定值后會有部分疏水沿管道流至疏水站1，引起疏水站1熱電偶溫度升高，但此時管道內的溫度還沒完全達到設定值，因而管道內會存在部分疏水，吹灰過程中會導致左側(即前67根)低再管吹損減薄嚴重。

位置3的吹損情況僅發(fā)生在#4鍋爐，在#3鍋爐的相同位置并沒有發(fā)現(xiàn)類似情況，通過分析發(fā)現(xiàn)，#4鍋爐低再吹灰器通道上層安裝有護瓦，護瓦焊接在懸吊管上的管撐上，但護瓦安裝時，護瓦與管撐間的部分間隙未焊滿(如圖6所示)，而其他位置均有護瓦或管撐保護，煙氣沿著該縫隙直接吹到管子上，引起管子吹損減薄，最終形成與縫隙接近的吹損區(qū)域。

圖6 位置3檢查情況

3 整改及預防方案

通過上述分析可以看出，運行過程中吹灰器的投用是導致管子減薄的重要原因，吹損主要發(fā)生在煙氣容易產生紊流的區(qū)域，吹灰蒸汽的投入引起了煙氣的擾動，兩者的相互作用更是加劇了這種吹損。同時，吹灰蒸汽中含水是引起受熱面吹損的重要原因，特別是在疏水不暢的管路中，蒸汽中含有較大量的水，直接吹到受熱面管上，引起管子減薄。

護瓦安裝時應特別注意安裝工藝，盡量避免在新安裝區(qū)域出現(xiàn)較小的縫隙。

為減輕上述3個位置的吹損減薄情況，通過對現(xiàn)場的分析、診斷，提出了以下解決方案。

針對位置1，為避免吹損進一步加劇，在吹灰器通道安裝“L”形護板，如圖7所示。護板焊接在原管子護瓦上，為避免煙氣沿護板間縫隙吹損受熱面，采用搭接的形式進行連接，搭接長度為30 mm。

圖7 “L”形護板的安裝

將位置2，3的原有護瓦部分割除，安裝新護瓦，并與舊護瓦搭接，搭接長度為30 mm，避免護瓦直接焊到管卡上而產生縫隙。

為減少吹灰蒸汽對煙氣流場的擾動，降低吹灰壓力，將吹灰壓力由0.8～1.2 MPa降至0.8～1.0 MPa；同時，降低尾部的吹灰次數(shù)，由原本的1 d吹1次改為3 d吹1次；為盡可能減少吹灰管道內的疏水，提高吹灰開始溫度，由原來的210 ℃提高至220 ℃。

4 結論

(1)受熱面管道處的差異性流場變化是引起管子吹損減薄的重要原因，這些差異性包括受熱面管子的布置情況、吹灰蒸汽的擾動。

(2)吹灰蒸汽吹掃是影響受熱面吹損的重要因素，特別是當吹灰器與受熱面間距較小時，應適當降低吹灰頻次、提高疏水溫度。

(3)在受熱面進行整改時應特別注意新改進項對原始流場的影響，特別要避免在局部留存縫隙。