采用汽冷吊掛管結構的鍋爐后豎井管排磨損分析及治理

趙小兵，祁青福，馬 峰

（酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，甘肅嘉峪關 735100）

引言

某電廠2×300 MW 熱電聯產機組鍋爐是采用美國燃燒工程公司（CE）的引進技術設計制造。鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐，采用單爐膛、平衡通風、四角切圓燃燒方式，設計燃料為哈密煙煤。鍋爐采用14 048 mm×14 019 mm正方形大爐膛，通過抬高爐膛高度，加深尾部煙道及采用較大的燃燒器一次風噴口間距等措施，以適應高原低氣壓和強結渣性煤的特點。鍋爐過熱蒸汽主要采取一、二級減溫器調溫，再熱蒸汽主要采取擺動燃燒器調溫。為保證鍋爐運行的可靠性，鍋爐各級過熱器和再熱器最大限度地采用蒸汽冷卻的定位管和吊掛管。其中布置于后煙道中的水平低溫過熱器和省煤器采用自包墻管下集箱引出的汽冷吊掛管懸吊和定位。

1 汽冷吊掛管結構磨損分析

鍋爐省煤器布置在鍋爐尾部豎井前煙道下部，垂直于爐墻順列布置，管徑為Φ51×6，在鍋爐寬度方向由100排水平蛇形管組成。所有蛇形管都從省煤器入口集箱引出，終止于出口集箱。

鍋爐水平低溫過熱器位于尾部堅井煙道省煤器上方，一共有102片，6管圈并繞，管經為Ф51×6，以136 mm 橫向節距沿爐膛寬方向布置。鍋爐水平低溫過熱器和省煤器受熱面管排間固定設計通過疏形板及U形桿和定位彎板固定。受熱面管間采用自包墻管下集箱引出的汽冷吊掛管懸吊和定位，通過管夾固定在懸吊管上,汽冷吊掛管懸吊和定位圖見圖1。鍋爐后豎井水平低溫過熱器和省煤器受熱面管排設計8對長伸縮式蒸汽吹灰器，工作時，吹灰母管壓力1.5 MPa，吹灰器工作壓力1.0 MPa，吹灰角度360°吹灰半徑在1 500 mm左右。

圖1 汽冷吊掛管懸吊和定位圖

鍋爐運行12年后，發生尾部煙道水平低溫過熱器管排泄漏，經檢查發現，鍋爐后豎井第一級水平低溫過熱器尾部煙道吹灰器吹灰半徑范圍內的低溫過熱器和省煤器汽冷吊掛管區域上、下管排間隙處均有不同程度的吹損減薄，吊掛管管卡通流區域吹損見圖2，管壁減薄量達2～4 mm。

圖2 吊掛管管卡通流區域犁溝沖刷磨損

鍋爐尾部受熱面設計采用汽冷吊掛管結構，鍋爐設計時未考慮吊掛管管卡對管排的碰磨以及對氣流的阻擋作用，沒有在吊掛管管卡與管排交叉處設計防磨裝置。泄漏點區域的吹灰器行程高度與泄漏點管排的垂直距離僅有400 mm左右、與泄漏點所在吊掛管處的水平距離僅有700 mm左右，均在吹灰半徑內。機組自2007 年投產，經過12 年長期運行，鍋爐受熱面吹灰蒸汽攜帶煙氣飛灰在受到吊掛管和管卡阻擋后在管卡與管排間的縫隙處形成犁溝沖刷磨損，低溫過熱器管排在固定管卡的前后區域管壁減薄泄漏。吹灰器對應的低過和省煤器所在區域管道磨損嚴重，吊掛管管卡與管道的結合處減薄量在3～4 mm 之間，吹灰器下部的磨損區域主要位于第1～10根，吹灰器上部的磨損區域主要位于第1～8根。

鍋爐技術人員鍋爐結構掌握不清，對鍋爐尾部水平受熱面固定管卡結構形成犁溝沖刷磨損的問題認識不足；在鍋爐防磨防爆監測標準、檢查標準中，未明確要求檢查低溫過熱器和省煤器管排吊掛管部位的磨損情況；對鍋爐歷次防磨防爆檢查中均沒有發現吊掛管管卡與管排交叉處磨損減薄的問題，導致隱患多年來一直存在并持續惡化。

2 汽冷吊掛管結構磨損治理

在2×300 MW 鍋爐尾部受熱面吊掛管管卡處管排已發生磨損的區域設計加裝防磨裝置，阻止管排管卡區域吹灰蒸汽犁溝沖刷的形成。防磨裝置覆蓋吹灰器下部的磨損區域主要位于第1～10根，吹灰器上部的磨損區域主要位于第1～8根。防磨裝置采用方形靠背管加弧形防磨護瓦的結構，后豎井管排防磨裝置結構圖見圖3。一方面防止吊掛管管卡原通流區域繼續沖刷，另一方面可以對吹灰氣流導流與下游煙氣流向一致，防止磨損部位轉移。

圖3 后豎井管排防磨裝置結構圖

降低2×300 MW 鍋爐后豎井受熱面吹灰器母管壓力至0.8 MPa 運行，降低進入爐內的蒸汽壓力，減輕管排振動造成的磨損。優化2×300 MW 鍋爐后豎井受熱面吹灰器吹灰頻次，按照鍋爐空預器入口煙溫達到高限后，進行尾部煙道受熱面吹灰工作。

3 結語

對300 MW 亞臨界參數機組鍋爐后豎井受熱面采用汽冷吊掛管結構，在運行3個大修期后，鍋爐吹灰半徑范圍內的低溫過熱器和省煤器汽冷吊掛管區域上、下管排間隙處發生嚴重的犁溝沖刷磨損減薄泄漏的設計缺陷，電廠通過對沖刷磨損的管排設計加裝防磨裝置、優化吹灰器管理，機組運行一年后，跟蹤測量受熱面金屬壁厚，受熱面未發生沖刷磨損減薄。