鍋爐水封槽積灰影響及原因分析

呂文志

（神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧海315612）

鍋爐水封槽積灰影響及原因分析

呂文志

（神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧海315612）

鍋爐運(yùn)行中，飛灰落入水封槽內(nèi)與水生成灰垢，阻礙鍋爐向下膨脹，導(dǎo)致鍋爐底部水冷壁附件、水封槽密封件及渣井結(jié)構(gòu)損壞。通過水密封方式改為非金屬膨脹節(jié)密封方式，有效解決鍋爐向下膨脹受阻問題，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

水封槽；渣井；積灰

1 概述

浙江神華國華寧海電廠一期鍋爐，為上海鍋爐廠生產(chǎn)，型號(hào)為SG-2028/17.5M908型，亞臨界壓力、中間一次再熱、控制循環(huán)鍋爐；噴燃器采用四角切圓方式，單爐膛Π型露天布置，運(yùn)轉(zhuǎn)層以下采用緊身封閉，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣燃煤汽包爐；爐底排渣系統(tǒng)采用TSE-2000型機(jī)械刮板撈渣機(jī)裝置，水冷壁與撈渣機(jī)之間采用W型濕式水槽密封，水封槽位于渣井上部。下部凹槽形鋼板與渣井連接，上部水封插板通過梳型板與水冷壁連接，水封插板插入水封槽內(nèi)可隨鍋爐自由膨脹，中間用水作為密封體密封，防止?fàn)t膛負(fù)壓漏風(fēng)。水封槽體內(nèi)側(cè)掛有不銹鋼擋渣網(wǎng)，防止?fàn)t膛渣焦進(jìn)入水封槽內(nèi)部堵塞水封槽。

隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間加長，水封槽積灰結(jié)垢帶來的影響逐漸顯露出來，在機(jī)組運(yùn)行及檢修中發(fā)現(xiàn)水封擋板脫落、渣井變形開裂、渣井支撐鋼梁彎曲、水冷壁前后小室校平梁吊桿彎曲等，直接影響鍋爐附件的使用及功能。

2 水封槽的作用及運(yùn)行方式

水冷壁懸吊于爐頂，它的長度隨著鍋爐負(fù)荷（溫度）的變化而熱脹冷縮。位于它下部的渣井由鋼梁支撐固定在地面上，鍋爐運(yùn)行中渣井與水冷壁的相對(duì)位置將是變化的。這要求水冷壁與渣井之間要保證水冷壁向下膨脹的間隙，又保證外界冷空氣不得從間隙處漏入爐膛。水封槽裝在渣井頂部，沿渣井四周布置，在水冷壁下部裝有波形鋼板，并插入水封槽的水中，由連續(xù)溢流的密封水維持槽內(nèi)的水位。波形鋼板隨水冷壁熱脹冷縮產(chǎn)生上下位移，但始終不會(huì)離開水面，這就保證了水冷壁的脹縮自由，又保證了脹縮過程中的良好密封。

正常運(yùn)行時(shí)，水封槽內(nèi)進(jìn)行連續(xù)注水，在壓力的作用下按一定方向流動(dòng)，水面升高到一定高度，由水封槽內(nèi)壁齒形溢流堰均勻流出，形成水簾幕，將落在渣井內(nèi)壁斜面的積灰沖回?fù)圃鼨C(jī)；另一方面溢流水從渣井內(nèi)壁流過時(shí)，可以將爐膛高溫輻射熱和灰渣帶給渣井的熱量帶走，防止渣斗超溫，保證渣井良好的運(yùn)行。

啟爐前爐底水封槽先注滿水，并在渣井內(nèi)壁四面形成均勻水簾，運(yùn)行中水封槽溢流水電動(dòng)門正常處于關(guān)閉位置，為保證爐底水封槽內(nèi)清潔，每周二、周五兩次開啟爐底水封槽放水電動(dòng)門進(jìn)行沖洗。沖洗時(shí)，兩只放水電動(dòng)門分別開啟，每次十分鐘，水封槽補(bǔ)水電動(dòng)門自動(dòng)運(yùn)行，如補(bǔ)水不足水位過低報(bào)警時(shí)，關(guān)閉水封槽溢流水電動(dòng)門，分析原因并消除后再進(jìn)行操作補(bǔ)水。

3 水封槽積灰影響

（1）水封擋板的損壞。在A101機(jī)組大修檢查發(fā)現(xiàn)，爐A側(cè)水封擋板（共三塊）、前后側(cè)水封擋板（靠A側(cè)）各兩塊均已脫落，連接螺栓孔變形。經(jīng)分析認(rèn)定，水封槽下部積灰結(jié)垢并增加一定高度后，隨著鍋爐負(fù)荷的變化，垢面阻礙水冷壁作用在水封擋板向下的自由膨脹，在螺栓上產(chǎn)生剪切應(yīng)力，螺栓剪斷致使水封擋板變形及脫落。

（2）渣井鋼梁的損壞。由于積灰結(jié)垢，水封槽溢流沖灰水通道中斷，渣井內(nèi)壁在蒸汽的作用下嚴(yán)重積灰結(jié)垢，最厚達(dá)0.5m。渣井積灰結(jié)垢給渣井水平鋼梁帶來額外重力的同時(shí)，水冷壁膨脹傳給水封擋板向下的力，通過結(jié)垢后的水封槽也作用在渣井水平支撐鋼梁上。對(duì)四臺(tái)機(jī)組渣井水平支撐鋼梁左側(cè)、中間、右側(cè)的測(cè)量，根據(jù)結(jié)果，每個(gè)渣井的水平支撐鋼梁都出現(xiàn)不同的向下彎曲（以水封槽后側(cè)灰斗水平支撐梁為例）。

（3）水冷壁附件的損壞。通過渣井水平支撐鋼梁的測(cè)量數(shù)值，對(duì)較嚴(yán)重的#3爐前側(cè)水封擋板上部水冷壁入口段從左到右6點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

由此可見，在水冷壁膨脹受阻的反作用力下，吊掛水封擋板的水冷壁向上變形。在C301小修中，前小室水封擋板校平梁吊桿左數(shù)1、5、6根輕微彎曲，第2、3、4根嚴(yán)重彎曲，后小室水封擋板校平梁吊桿左數(shù)3、4根輕微彎曲。A101檢修中，前小室水封擋板校平梁吊桿6根嚴(yán)重彎曲（共6根），后小室水封擋板校平梁吊桿左數(shù)3、4根輕微彎曲。

（4）渣斗損壞。鋼梁的彎曲使水封槽產(chǎn)生變形，加上積灰結(jié)垢導(dǎo)致水封槽局部溢流水過大，水幕簾破壞中斷，渣井得不到冷卻，運(yùn)行溫度失常，熱應(yīng)力增大。在日常巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)，#4爐B側(cè)渣斗前側(cè)異常超溫（測(cè)溫儀檢測(cè)最高達(dá)400℃）；渣斗B側(cè)及前后靠B側(cè)1/3的位置上、下部連接螺栓全部斷裂。采取鋼板焊接后再次拉斷，防止渣井漏風(fēng)及下沉，采用圓鋼填縫的臨時(shí)焊接處理方式。

4 水封槽積灰結(jié)垢原因分析

爐內(nèi)灰沾污的形成及程度，與煤灰成分有關(guān)?；抑械拟}、硅含量越高，其影響也就越大。當(dāng)灰中CaO＜10%時(shí)屬于低鈣灰，遇水后結(jié)成灰垢慢，較松散；當(dāng)灰中CaO＞10%時(shí)屬于高鈣灰，結(jié)成灰垢較快，并堅(jiān)硬。

（1）燃用煤種及灰成分分析。國華寧海電廠燃煤為神木活雞兔煤礦煙煤。神木活雞兔礦煤燃燒后生成的灰中CaO含量大于10%為18.09%，為高鈣灰，而CaO遇到水可以增加膠凝性的形成，當(dāng)灰漿中的CaO達(dá)到一定濃度時(shí)就容易板結(jié)或結(jié)垢。

（2）積灰結(jié)垢的原因。渣井內(nèi)壁溢流沖灰水受到爐內(nèi)高溫輻射傳熱影響，及高溫灰遇到水都會(huì)產(chǎn)生蒸氣，灰渣降落帶動(dòng)空氣、蒸氣和飛灰擾動(dòng)，在水封槽附近回流，部分飛灰落入水封槽與水混后將失去其松散性能，灰中所含的CaO、SiO2等物質(zhì)就會(huì)發(fā)生變化，活性降低，因?yàn)镾iO2和Al2O3在水中與CaO和硫化物的作用下，SiO2和Al2O3生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫酸鈣，這些產(chǎn)物都具有一定的膠凝性。逐漸在水封槽內(nèi)部和水封擋板上凝結(jié)或結(jié)垢，雖然每周進(jìn)行兩次沖洗，但只能將水中的浮灰?guī)ё?，結(jié)垢無法沖洗掉，隨著運(yùn)行時(shí)間增長，水封槽內(nèi)結(jié)垢加厚而堵塞正常沖洗水通道的流通。

5 改進(jìn)措施

為了降低鍋爐底部水封槽的故障率，及積灰結(jié)垢給機(jī)組附件帶來的影響，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性，2017年4月份對(duì)#4機(jī)組爐底密封進(jìn)行改進(jìn)，由水密封方式改為非金屬膨脹節(jié)密封方式。

5.1 非金屬膨脹節(jié)密封技術(shù)要求

（1）在所有運(yùn)行和事故條件下能吸收全部連接設(shè)備的軸向和徑向位移，并且能承受可能發(fā)生的最大設(shè)計(jì)正壓和負(fù)壓加上1000Pa余量的壓力（±10980Pa）。即當(dāng)鍋爐突然滅火或送風(fēng)機(jī)全部跳閘，引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)瞬間最大出力時(shí)，鍋爐底部所有密封原件不產(chǎn)生永久變形。

（2）導(dǎo)流板采用TP304不銹鋼板材質(zhì)，防止介質(zhì)中粉塵磨損及灰塵沉積在非金屬膨脹節(jié)溝紋處。

（3）承受煙氣和空氣的高溫及煙氣的腐蝕和磨損。膨脹節(jié)蒙皮采用氟橡膠玻纖布、不銹鋼絲網(wǎng)和硅氟橡膠復(fù)合而成（整體耐溫800～1000℃），具有耐煙氣腐蝕的特性。與高溫空氣或煙氣接觸面設(shè)有隔熱層（防塵套），既起隔熱作用，也起防止煙氣中灰塵進(jìn)入補(bǔ)償器內(nèi)部。

（4）軟連接裝置內(nèi)部填充高溫硅酸鋁氈等同質(zhì)量材料，能有效起到隔熱消震的作用，高質(zhì)量的纖維織物隔熱層具有吸聲、隔絕震動(dòng)傳遞的功能，能有效地減小鍋爐因點(diǎn)火啟動(dòng)產(chǎn)生的熱膨脹引起的震動(dòng)與爐內(nèi)燃燒的噪音。

5.2 非金屬膨脹節(jié)運(yùn)行及檢修復(fù)查

機(jī)組啟動(dòng)后，在鍋爐BMCR工況，蒙皮外表溫度48℃，水冷壁向下膨脹335.5mm（實(shí)際預(yù)留膨脹值450mm），各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求。2017年7月機(jī)組調(diào)停檢查，吊掛板、密封板、導(dǎo)流板未出現(xiàn)變形和高溫變色，未出現(xiàn)漏風(fēng)痕跡，非金屬膨脹節(jié)與鍋爐本體的密封為100%氣密性，內(nèi)表面未出現(xiàn)積灰、結(jié)渣現(xiàn)象。

6 結(jié)語

水封槽積灰結(jié)垢后，阻礙水的正常流通，使溢流水循環(huán)破壞，水封擋板內(nèi)側(cè)積灰加劇，局部水幕簾流量加大，致使其他部位溢流幕簾水大面積中斷，在蒸汽和飛灰相互促進(jìn)下，水封槽、水封擋板及渣井內(nèi)壁積灰加厚、板結(jié)，增大設(shè)備荷載及鍋爐附件損壞。同時(shí)積灰結(jié)垢直接導(dǎo)致水封擋板損壞，加大了爐底的漏風(fēng)量。

寧海電廠#4機(jī)組爐底水密封改為非金屬膨脹節(jié)密封，消除了水密封積灰結(jié)垢產(chǎn)生的機(jī)組影響，但從機(jī)組長周期穩(wěn)定運(yùn)行考慮，非金屬膨脹節(jié)密封的使用期限，各部件耐高溫性能及密封效果等還有待做進(jìn)一步驗(yàn)證。

［1］尹立新.鍋爐設(shè)備檢修［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］胡陰平.電站鍋爐手冊(cè)［M］.北京：中國電力出版社，2005.

呂文志（1972-），男，浙江寧海人，大學(xué)本科，鍋爐本體檢修高級(jí)技師，主要從事火電廠檢修管理工作。