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(jīng)濟運行。

關(guān)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(tài)，受爐膛負壓波動、煙氣速度快速變化、受熱面振動等影響發(fā)生擾動時會發(fā)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(fā)現(xiàn)折焰角斜坡都有大量積灰，主要集中在折焰角斜坡轉(zhuǎn)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(cè)發(fā)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(jīng)濟運行。

2 折焰角的作用

π型鍋爐均設(shè)計有折焰角，起作用是使爐內(nèi)火焰分部更加均勻，完善爐內(nèi)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(qū)，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(zhì)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(fā)生急劇轉(zhuǎn)向，形成明顯的回流區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的壓力明顯低于其它主流區(qū)，煙氣期攜帶的飛灰流經(jīng)該區(qū)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(jié)構(gòu)特性必然導致飛灰易沉積在該區(qū)域。

3 折焰角積灰的原因

原因分析：（1）折焰角區(qū)域本身的流場結(jié)構(gòu)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(fā)生急劇轉(zhuǎn)向。在折焰角區(qū)域形成明顯的回流區(qū)，回流區(qū)沿高度方向速度分布很不均勻。煙道的中上部位速度高?？拷垩娼撬浔谔幍臒煔饬魉俸艿?，隨著折焰角傾角的增大，回流區(qū)中心位置后移，回流區(qū)的高度減小。因此，回流區(qū)和貼壁低速區(qū)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(guān)。由于大型電廠鍋爐參數(shù)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(nèi)300MW以上機組工程斜坡設(shè)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(xiàn)象。（2）受熱面布置不合理和煙氣流速較低。由于在折焰角區(qū)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(qū)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(shè)計選取得當，貼壁低速區(qū)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(qū)。電廠設(shè)計時，針對折焰角區(qū)域的積灰都做了考慮，90%都設(shè)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(fā)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(qū)。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(qū)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(qū)域的積灰是無法避免的，主要是受到結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(shè)計在高過和高再管屏之間，煙氣流速較低的含塵煙氣在經(jīng)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(shè)計時雖然考慮了積灰在高再前后設(shè)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(cè)的積灰。歷次的檢修期間發(fā)現(xiàn)在高再入口前側(cè)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(huán)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(shù)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(shè)計的鍋爐折焰角斜坡一般為30°，而本廠鍋爐折焰角斜坡設(shè)計為灰自流的最小角度30°，但高再至后側(cè)水冷壁部位因設(shè)計考慮高溫再熱器的布置將斜坡角度設(shè)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(cè)墻的前后人孔門都會發(fā)現(xiàn)有大量積灰的原因。

5 解決方案

（1）鍋爐廠應合理的設(shè)計末級過熱器和末級再熱器區(qū)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(qū)域平均煙氣速度為11-12m/s，使貼壁區(qū)域的積灰不是很多。（2）折焰角采用30°以上的角度設(shè)計，如燃用灰分大的煤種必須采用35°設(shè)計。（3）合理布置蒸汽吹灰器并提高吹灰器槍管的材質(zhì)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(qū)。（4）運行期間增加折焰角部位的吹灰次數(shù)，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(shè)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(fā)電廠熱能動力專業(yè)。