鍋爐遠(yuǎn)程水吹灰器更換小口徑噴嘴研究

邱利雄，張利，熊鳴，莊雅妮

（1. 神華國(guó)華(北京)燃?xì)鉄犭娪邢薰荆本┦?朝陽(yáng)區(qū) 100024；2．北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，北京市 海淀區(qū)100192）

0 引言

增加機(jī)組調(diào)節(jié)的靈活性可以提高新能源的消納水平；提高火電機(jī)組靈活性的同時(shí)，應(yīng)該盡可能地保持環(huán)保指標(biāo)和運(yùn)行特性[1-3]。某電廠#2鍋爐為俄制530 MW直流爐， 鍋爐采用蒸汽吹灰和水吹灰清掃受熱面。水冷壁受熱面采用的水吹灰器由8臺(tái)“WLB90”遠(yuǎn)射程吹灰器和12臺(tái)“OBM”微動(dòng)吹灰器組成，水吹灰器運(yùn)行時(shí)主要清除水冷壁處結(jié)焦。該吹灰器除焦、吹灰效果比較好，但冷卻水量較大，吹灰過(guò)程中對(duì)所吹掃范圍內(nèi)的水冷壁金屬溫度影響較大，最高溫度波動(dòng)高達(dá)78 ℃，嚴(yán)重影響水冷壁的安全穩(wěn)定運(yùn)行。大量溫度較低的吹灰用水投入影響煤粉燃盡效果以及降低火焰溫度，改變爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)，對(duì)煤粉穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)燃燒起到不利作用。為此，在保證遠(yuǎn)程水吹灰器吹灰效果的前提下盡量降低不利水量，將吹灰器噴嘴改為小口徑，減少影響[4]。

1 項(xiàng)目改造目的

濕式電除塵器原理與干式電除塵器相同，采用液體沖刷清洗極板。主要用于脫除微細(xì)顆粒物(包括氣溶膠)、硫酸霧、重金屬等[5]。由于催化劑的特殊結(jié)構(gòu)，蒸汽吹灰器存在吹灰死角，對(duì)于催化劑內(nèi)部積灰以及選擇性催化還原(selective catalytic reduction，SCR)反應(yīng)器邊緣積灰處理效果減弱。同時(shí)，由于煙道尾部空預(yù)器溫度低，前端蒸汽吹灰器的使用增加了煙氣中含水量，使得煙道尾部的空預(yù)器以及除塵器積灰性狀發(fā)生改變，容易導(dǎo)致積灰板結(jié)[6]。

#2爐現(xiàn)使用的遠(yuǎn)程水吹灰器是德國(guó)克萊德貝爾格曼機(jī)械有限公司制造的 WLB90(WATER LANCE BLOWER 90)型吹灰器，此吹灰器效率遠(yuǎn)比一般吹灰器高。遠(yuǎn)程水吹灰后目視各層水冷壁均清潔、干凈，無(wú)結(jié)焦。但水吹灰時(shí)由于噴入爐膛冷水量較大，使鍋爐兩側(cè)分流量及下輻射區(qū)溫度變化較大，同時(shí)對(duì)水冷壁管金屬溫度影響也較大，為了減小擾動(dòng)并保持水吹灰效果[7]，決定將#2爐33.0 m 4臺(tái)遠(yuǎn)程水吹灰器噴嘴更換為小口徑噴嘴。

2 項(xiàng)目改造方案

2.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

該廠鍋爐設(shè)計(jì)為室內(nèi)布置，單爐膛全懸吊結(jié)構(gòu)，左右兩側(cè)各有一對(duì)流豎井，爐本體呈“T”型結(jié)構(gòu)。鍋爐一、二次汽水流程以爐膛前、后墻中心線為界分為左、右兩個(gè)對(duì)稱的獨(dú)立流程，每個(gè)流程的給水和汽溫調(diào)節(jié)都是獨(dú)立的。爐膛受熱面為垂直往復(fù)一次上升布置，標(biāo)高44.7 m以上為上輻射區(qū)，44.7 m以下為下輻射區(qū)[8]。爐膛水冷壁采用水吹灰器, 分別裝在標(biāo)高16.8 m和33.0 m處爐膛側(cè)壁上，每層4臺(tái)。投運(yùn)時(shí)每臺(tái)吹灰器清洗對(duì)面的爐膛管壁和相鄰的角落。各臺(tái)吹灰器的覆蓋區(qū)段有重合，保證清洗有效和清除“死區(qū)”。

2.2 更換遠(yuǎn)程水吹灰器小噴嘴的試驗(yàn)方案

1）現(xiàn)有遠(yuǎn)程水吹灰器噴嘴均為14 mm口徑噴嘴，檢修人員將 33.0 m四層遠(yuǎn)程水吹灰器14 mm噴嘴更換為10 mm噴嘴。

2）運(yùn)行人員按照現(xiàn)有水吹灰方式正常投入水吹灰，觀察水吹灰效果。

3）如果參數(shù)正常，結(jié)焦無(wú)發(fā)展，觀察運(yùn)行30天。如果試驗(yàn)不成功應(yīng)恢復(fù)原噴嘴運(yùn)行。

2.3 更換遠(yuǎn)程水吹灰器小噴嘴后機(jī)組參數(shù)的對(duì)比

2.3.1 汽水系統(tǒng)參數(shù)變化

項(xiàng)目實(shí)施前后同一工況下汽水參數(shù)變化見(jiàn)表1。

表1 遠(yuǎn)程水吹灰器噴嘴更換前后汽水參數(shù)Tab. 1 The soda parameters before and after the remote water sootblower nozzle replacement

2.3.2 汽水冷壁管金屬溫度變化

同一工況下水冷壁管金屬溫度變化參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 遠(yuǎn)程水吹灰器噴嘴更換前后部分水冷壁管金屬溫度參數(shù)窗體頂端Tab. 2 Partial water wall tube metal temperature before and after remote water sootblower nozzle replacement

2.3.3 項(xiàng)目實(shí)施后對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的影響

在機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定、總給水量不變的情況下，通過(guò)表1可以看出：

1）遠(yuǎn)程水吹灰結(jié)束后14 mm噴嘴時(shí)給煤機(jī)總轉(zhuǎn)速升高了107 r/min，10 mm噴嘴時(shí)給煤機(jī)總轉(zhuǎn)速升高了59 r/min，說(shuō)明10 mm噴嘴水吹灰時(shí)吸收的爐膛熱負(fù)荷小于14 mm噴嘴水吹灰時(shí)吸收的爐膛熱負(fù)荷[9]，水吹灰結(jié)束后，吹灰水吸收的汽化潛熱不再吸收，多余的熱負(fù)荷釋放到汽水系統(tǒng)中，“煤–水”比例出現(xiàn)輕微失調(diào)[10]，此時(shí)多余的熱負(fù)荷越少越好，所以10 mm噴嘴時(shí)給煤機(jī)總轉(zhuǎn)速升高59 r/min的熱負(fù)荷擾動(dòng)小于14 mm噴嘴時(shí)給煤機(jī)總轉(zhuǎn)速升高107 r/min的擾動(dòng)。

2）對(duì)汽水系統(tǒng)參數(shù)影響。

在14 mm噴嘴吹灰時(shí)，I、II流程給水流量的偏差：吹灰前?1 t/h、吹灰中?83 t/h、吹灰后+83 t/h；I、II流程下輻射區(qū)溫度偏差：吹灰前+2 ℃、吹灰中?15 ℃、吹灰后+7℃；RL057、RL058開(kāi)度偏差：吹灰前+7.3%、吹灰中?17.5%、吹灰后+17.3%。

在10mm噴嘴吹灰時(shí)，I、II流程給水流量的偏差：吹灰前?12 t/h、吹灰中?86 t/h、吹灰后+12 t/h；I、II流程下輻射區(qū)溫度偏差：吹灰前+1 ℃、吹灰中?8 ℃、吹灰后+5 ℃；甲乙側(cè)給水調(diào)門開(kāi)度偏差：吹灰前+3.1%、吹灰中?16.7%、吹灰后+9.0%。

對(duì)比可以看出，14 mm 噴嘴吹灰時(shí)從 I、II流程給水流量的偏差、I、II流程下輻射區(qū)溫度偏差、甲乙側(cè)給水調(diào)門開(kāi)度偏差都要大于10 mm噴嘴的偏差，說(shuō)明14 mm噴嘴的吹灰對(duì)汽水系統(tǒng)的兩側(cè)水量擾動(dòng)及參數(shù)調(diào)整和吹灰后參數(shù)的恢復(fù)難度都要大于10 mm噴嘴的吹灰[11]。

3）對(duì)鍋爐水冷壁金屬溫度的影響。

由表2可以看出，部分爐管金屬溫度的變化幅度。

爐管B0516金屬溫度變化幅度：在14 mm噴嘴吹灰時(shí)為 78、68℃；在 10 mm噴嘴吹灰時(shí)為60、44℃；爐管 B0512金屬溫度變化幅度：在14 mm噴嘴吹灰時(shí)為28、39℃；在10 mm噴嘴吹灰時(shí)為27、34℃；爐管B0813金屬溫度變化幅度：在14 mm噴嘴吹灰時(shí)為50℃；在10 mm噴嘴吹灰時(shí)為43℃；爐管B1143金屬溫度變化幅度：在14 mm噴嘴吹灰時(shí)為70、34℃；在10 mm噴嘴吹灰時(shí)為29、39℃。

以上數(shù)據(jù)變化可以說(shuō)明：遠(yuǎn)程水吹灰器14 mm噴嘴吹灰時(shí)對(duì)水冷壁金屬溫度的影響幅度均大于10 mm噴嘴吹灰時(shí)對(duì)水冷壁金屬溫度的影響幅度，使用10 mm噴嘴吹灰有利用減少金屬疲勞及水吹灰時(shí)的金屬變形，有利用水冷壁的長(zhǎng)期運(yùn)行，延長(zhǎng)水冷壁的使用壽命，有利用減少水冷壁泄漏[12]。

4）項(xiàng)目實(shí)施后對(duì)鍋爐水冷壁清潔程度的影響。

遠(yuǎn)程水吹灰器更換 10 mm噴嘴后，通過(guò)近20天的目視觀察發(fā)現(xiàn)水冷壁在吹灰后的清潔程度與14 mm噴嘴吹灰時(shí)一樣，各層水冷壁基本無(wú)焦；通過(guò)汽水系統(tǒng)參數(shù)觀察 10 mm噴嘴吹灰與14 mm噴嘴吹灰時(shí)一樣，各負(fù)荷工況下減溫水量基本一致。說(shuō)明遠(yuǎn)程水吹灰器10 mm噴嘴完全可以滿足爐膛水冷壁的吹灰要求[13-16]。

5）項(xiàng)目實(shí)施后對(duì)鍋爐本體膨脹量的影響。

遠(yuǎn)程水吹灰器噴嘴由14 mm更換為10 mm后水吹灰時(shí)鍋爐本體因吸熱量出現(xiàn)變化，受熱面膨脹量隨之出現(xiàn)變化，以下是滿負(fù)荷530 MW鍋爐本體14 m處膨脹指示器數(shù)值記錄(括號(hào)內(nèi)為改造后10 mm噴嘴運(yùn)行時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù))[11]，見(jiàn)表3—6。

水吹灰過(guò)程中爐本體 14m處膨脹變化量對(duì)比見(jiàn)表 7—10?？梢钥闯觯祷移鲊娮炜趶阶冃『?，在爐本體14 m處X方向膨脹量變小，Y方向膨脹量有微弱上升，Z方向膨脹量幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明遠(yuǎn)程水吹灰器由14 mm噴嘴改為10 mm噴嘴對(duì)控制爐本體膨脹有一定的抑制作用。

表3 #10吹灰器運(yùn)行時(shí)膨脹指示器數(shù)值Tab. 3 #10 Soot blower operation expansion indicator value

表4 #11吹灰器運(yùn)行時(shí)膨脹指示器數(shù)值Tab. 4 #11 Soot blower operation expansion indicator value

表5 #23 吹灰器運(yùn)行時(shí)膨脹指示器數(shù)值Tab. 5 #23 Soot blower operation expansion indicator value

表6 #24 吹灰器運(yùn)行時(shí)膨脹指示器數(shù)值Tab. 6 #24 Soot blower operation expansion indicator value

表7 #10吹灰器運(yùn)行時(shí)爐本體膨脹變化量Tab. 7 #10 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

表8 #11吹灰器運(yùn)行時(shí)爐本體膨脹變化量Tab. 8 #11 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

表9 #23吹灰器運(yùn)行時(shí)爐本體膨脹變化量Tab. 9 #23 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

表10 #24吹灰器運(yùn)行時(shí)爐本體膨脹變化量Tab. 10 #24 Change in furnace body expansion during operation of soot blower

3 結(jié)論

通過(guò)以上改造前后參數(shù)對(duì)比，可以說(shuō)明遠(yuǎn)程水吹灰器由14mm噴嘴改為10mm噴嘴試驗(yàn)是成功的，并且噴嘴改變后減少了遠(yuǎn)程水吹灰對(duì)鍋爐爐膛熱負(fù)荷的擾動(dòng)，有利于機(jī)組參數(shù)的控制，減少了人員的操作調(diào)整；同時(shí)水冷壁金屬溫度的變化幅度減小，對(duì)控制爐本體膨脹有一定的抑制作用，有利于爐膛水冷壁的安全運(yùn)行。

該研究對(duì)同類火電機(jī)組靈活性改造具有重要參考價(jià)值。

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