鍋爐低溫過熱器管支吊卡部位減薄原因分析及處理

張多勇

（國電靖遠第二發(fā)電有限公司，甘肅 白銀 730919）

國電靖遠第二發(fā)電公司現(xiàn)有4臺300MW機組運行，其中5號、6號機組于1996、1997年先后投運，7號、8號機組于2006、2007年先后投運。4臺鍋爐均為武漢鍋爐廠制造，均為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣鍋爐；單爐膛、π型布置、平衡通風、四角切向燃燒、擺動燃燒器調(diào)溫，可以采用定壓或滑壓運行方式。

鍋爐低溫過熱器共有4組，自上而下臥式布置在尾部煙道中。低溫過熱器管共有108排，由水平部分和垂直部分組成。管徑為Φ51×7mm，節(jié)距為135mm。過熱器上2組材質(zhì)為15CRMo,下 2組材質(zhì)為20G。4組低溫過熱器管通過省煤器中間聯(lián)箱引出的3排懸吊管承載。每根管子通過懸吊管兩側的支吊卡固定，支吊卡厚度約為5mm。支吊卡上的低溫過熱器管隨著溫度變化可軸向移動。

2005年8月，6號機組大修。在低溫過熱器管的更換檢修中，偶然發(fā)現(xiàn)部分低溫過熱器管在支吊卡部位有約40mm×20mm范圍的減薄痕跡，減薄程度從支吊卡兩側往中間方向逐漸加劇。經(jīng)測厚檢查，減薄最深處高達4mm。隨后對全部支吊卡部位的低溫過熱器管進行檢查，發(fā)現(xiàn)所有支吊卡部位的管子都有不同程度的減薄，且部分管子減薄已經(jīng)超標，機組安全運行受到威脅。經(jīng)公司技術人員診斷，制定出應急處理措施：對減薄已經(jīng)超標的管子進行更換，減薄在允許范圍內(nèi)的管子進行局部補焊。同時，利用2005-2006年5號、6號機組大、小修機會，集中組織力量，對所有低溫過熱器管支吊卡部位加裝護瓦。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每臺機組共加裝護瓦34560塊。

1 原因分析

1.1 吹灰過程中的氣流吹損

吹灰汽源由過熱器二級減溫器前引出，此處蒸汽壓力為17.5MPa，溫度為449.2℃，經(jīng)減溫減壓后作為吹灰蒸汽使用。由于引出蒸汽壓力、溫度很高，致使減壓閥工作條件惡劣，在運行中常發(fā)生泄漏現(xiàn)象。鍋爐運行規(guī)程要求吹灰蒸汽壓力為1.47～1.96MPa，實際吹灰壓力要遠高于此。低溫過熱器管承載在支吊卡上，吹灰器吹灰時，高壓氣流遇到支吊卡阻擋，氣流方向發(fā)生改變，對支吊卡兩側部位的低溫過熱器管沿軸向約40mm的范圍形成氣流沖刷。吹灰器連續(xù)投運，在吹灰氣流的長期反復沖刷下，形成吹損減薄(如圖1)。而在支吊卡部位兩側超過40mm范圍的低溫過熱器管，由于氣流方向發(fā)生改變，沒有產(chǎn)生吹損。因此吹灰蒸汽壓力過高，是造成支吊卡部位低溫過熱器管吹損的主要原因之一。

1.2 低溫過熱器管反復伸縮形成磨損

由于低溫過熱器管反復伸縮產(chǎn)生磨損的情況有2種。

(1) 熱脹冷縮是金屬的固有屬性。機組啟停過程中，對低溫過熱器管進行加熱和冷卻，機組每啟停1次低溫過熱器管則伸縮1次。每根低溫過熱器管的重量平均壓在3處支吊卡上，低溫過熱器管移動時，便與支吊卡產(chǎn)生磨擦。但這不是支吊卡部位低溫過熱器管減薄的主要原因，因為機組的啟停次數(shù)畢竟是有限的。

(2) 吹灰器吹灰過程中也會產(chǎn)生磨損。吹灰器吹灰時，經(jīng)減溫后約300℃左右的吹灰蒸汽和蒸汽管道內(nèi)的疏水通過吹灰器噴嘴噴在壁溫大于450℃的低溫過熱器管上，使低溫過熱器管瞬間產(chǎn)生熱脹冷縮。吹灰器往返1次為一行程，吹灰器投運1次，低溫過熱器管在蒸汽作用下會伸縮2次。越靠近支吊卡，管壁受到蒸汽吹掃和支吊卡摩擦雙重作用就越多，減薄趨勢也就越嚴重。經(jīng)分析，這是造成低溫過熱器管減薄的一個主要原因。機組正常運行時，吹灰器每天投運都在3～4次，日積月累，形成了今天支吊卡部位的嚴重磨損。

1.3 低溫過熱器管排振動形成磨損

機組運行中，煙氣流經(jīng)尾部受熱面受到管排阻擋產(chǎn)生亂流，引起管排振動，使固定在支吊卡上的低溫過熱器管反復位移，與支吊卡產(chǎn)生摩擦，加劇了支吊卡部位低溫過熱器管的磨損。

2 解決低溫過熱器管支吊卡部位減薄的辦法

2.1 在低溫過熱器管支吊卡部位加裝防磨護套

從支吊卡部位低溫過熱器管的減薄情況來看，其減薄部位分布在支吊卡兩側沿軸向各20mm的范圍內(nèi)。針對這種現(xiàn)象，對支吊卡部位的低溫過熱器管加裝長度約為60mm的環(huán)形護套，護套固定在支吊卡上。吹灰器吹灰過程中吹灰蒸汽產(chǎn)生的沖刷力，直接作用在護套上，防止了支吊卡部位低溫過熱器管的吹損。同時，低溫過熱器管加裝護套后，相當于增加了低溫過熱器管與支吊卡的接觸面，使低溫過熱器管的重量支撐面增大；重量支撐面增大后，單位面積所承載的重量相應地減少；重量減少使得低溫過熱器管產(chǎn)生位移時與護套的摩擦力減小，磨損減弱。

2.2 改造吹灰汽源，優(yōu)化吹灰器運行方式

2.2.1 改造吹灰汽源

對吹灰汽源進行改造，降低吹灰蒸汽溫度和壓力。在不影響吹灰效果的前提下，降低吹灰蒸汽壓力，可以減小吹灰氣流沖刷造成的磨損。經(jīng)與武鍋廠溝通，確定吹灰汽源取自墻式再熱器出口和屏式再熱器入口較為合適。此處蒸汽溫度為370℃，壓力3.3MPa，減壓幅度不大就能滿足吹灰汽源要求。

吹灰汽源的改造在鍋爐頂部罩殼內(nèi)進行。墻式再熱器出口聯(lián)箱至屏式再熱器入口聯(lián)箱的4根連接管上有4根Φ 51mm×6.5mm排空管，將4根排空管匯入Φ 108mm×8mm的母管，母管再與原吹灰汽源Φ 159mm×20mm的引出管連接，把原二級噴水減溫器前的汽源引出管加堵。

具體方案：開啟大罩殼檢查孔，搭設腳手架,布置照明。以二級噴水減溫器前的汽源引出管水平中心線為基準,其水平引出線分別在4根排空管相交處標出,以異徑四通上下尺寸為基準,標出上下線進行割管。4根排空管上下接口打磨呈V形30°坡口,距管端15～20mm處打磨出金屬光澤,下口用封頭封堵管口,防止雜物掉入。割開原二級噴水減溫器前汽源引出管,引出管下段用Φ 159mm、δ=20mm的20G堵板焊接加堵。汽源引出管上段在距大罩殼A側墻1m處割開, 接口打磨成V形30°坡口,距管端15～20mm打磨出金屬光澤。按實際測量的4根排空管間距減去四通長度，4根排空管接口依A-B順序與鍛造四通焊接，然后與吹灰汽源引出管連接。管道安裝中,管道內(nèi)必須保持清潔，嚴禁遺留雜物。管道變更如圖2所示。

2.2.2 優(yōu)化定期吹灰制度

根據(jù)排煙溫度變化的實際情況，制定合理的吹灰計劃，當排煙溫度升高時，啟動吹灰程序。這樣，既不會因為過度吹灰，加速低溫過熱器管的吹損，也不會因為吹灰欠缺，引起受熱面管傳熱惡化，進而影響到機組的安全運行和經(jīng)濟性。

2.3 改變吹灰方式

聲波吹灰是近幾年剛剛興起的一種新型除灰方法。聲波吹灰的基本原理是通過聲波發(fā)生器將壓縮空氣或高壓蒸汽調(diào)制成聲波，把壓縮空氣的能量轉化為聲能。聲波在爐內(nèi)空間里傳播，聲波循環(huán)往復地作用在受熱面管的積灰上，對灰粒之間及灰粒和管壁之間的結合力起到減弱和破壞的作用。在聲波持續(xù)振動、反復作用下，灰粒之間及灰粒和管壁之間的結合力會減弱，當它減弱到一定程度之后，由于灰粒本身的重量和煙氣的沖刷力，灰粒會掉下來或被煙氣帶走，從而達到清灰的目的。

從清灰原理上來看，聲波吹灰不像蒸汽吹灰那樣依靠蒸汽的沖擊力來逐步地沖刷掉積灰，因此消除了蒸汽吹灰對爐管的磨損和腐蝕，延長了爐管使用壽命，這也是聲波吹灰在以后會逐漸取代蒸汽吹灰的主要原因。同時，聲波吹灰器還具有以下優(yōu)點：沒有任何在高溫等惡劣條件下工作的轉動部件，工作性能穩(wěn)定可靠；檢修、維護工作量小，能針對高溫區(qū)工作，壽命長；聲波吹灰器是共振發(fā)聲，氣聲轉換效率高；作為發(fā)聲器的動力介質(zhì)是壓縮空氣，清灰過程中對受熱面管無損傷。故采用聲波吹灰可徹底解決蒸汽吹灰對低溫過熱器管的吹損和磨損。

3 改進后的效果驗證

通過近3年的機組運行驗證，在5號、6號機組進行吹灰汽源改造和對低溫過熱器管支吊卡部位加裝防磨護瓦，防護效果顯著，低溫過熱器管在支吊卡部位的磨損已基本消除。

優(yōu)化吹灰器運行狀況，根據(jù)排煙溫度變化不定期吹灰，降低吹灰蒸汽壓力，提高吹灰蒸汽溫度等措施由于受各種因素的影響，實施和操作上有一定困難，對低溫過熱器管在支吊卡部位的磨損減緩效果不明顯。

5號機組聲波吹灰器試點安裝改造工作于2007年7月完成。通過1年多時間的投運驗證，在2008年10月上旬，5號機組停運，對受熱面進行全面檢查時，沒有發(fā)現(xiàn)安裝了聲波吹灰器區(qū)域的受熱面管有吹損減薄現(xiàn)象。事實證明，聲波吹灰是解決低溫過熱器管在支吊卡部位產(chǎn)生磨損的行之有效的辦法。