采用汽冷吊掛管結(jié)構(gòu)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(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

某電廠2×300 MW 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組鍋爐是采用美國燃燒工程公司（CE）的引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)制造。鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用單爐膛、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式，設(shè)計(jì)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(fēng)噴口間距等措施，以適應(yīng)高原低氣壓和強(qiáng)結(jié)渣性煤的特點(diǎn)。鍋爐過熱蒸汽主要采取一、二級減溫器調(diào)溫，再熱蒸汽主要采取擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫。為保證鍋爐運(yùn)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(jié)構(gòu)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(jiān)井煙道省煤器上方，一共有102片，6管圈并繞，管經(jīng)為Ф51×6，以136 mm 橫向節(jié)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)8對長伸縮式蒸汽吹灰器，工作時(shí)，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(yùn)行12年后，發(fā)生尾部煙道水平低溫過熱器管排泄漏，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，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(nèi)的低溫過熱器和省煤器汽冷吊掛管區(qū)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(qū)域吹損見圖2，管壁減薄量達(dá)2～4 mm。

圖2 吊掛管管卡通流區(qū)域犁溝沖刷磨損

鍋爐尾部受熱面設(shè)計(jì)采用汽冷吊掛管結(jié)構(gòu)，鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)防磨裝置。泄漏點(diǎn)區(qū)域的吹灰器行程高度與泄漏點(diǎn)管排的垂直距離僅有400 mm左右、與泄漏點(diǎn)所在吊掛管處的水平距離僅有700 mm左右，均在吹灰半徑內(nèi)。機(jī)組自2007 年投產(chǎn)，經(jīng)過12 年長期運(yùn)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(qū)域管壁減薄泄漏。吹灰器對應(yīng)的低過和省煤器所在區(qū)域管道磨損嚴(yán)重，吊掛管管卡與管道的結(jié)合處減薄量在3～4 mm 之間，吹灰器下部的磨損區(qū)域主要位于第1～10根，吹灰器上部的磨損區(qū)域主要位于第1～8根。

鍋爐技術(shù)人員鍋爐結(jié)構(gòu)掌握不清，對鍋爐尾部水平受熱面固定管卡結(jié)構(gòu)形成犁溝沖刷磨損的問題認(rèn)識不足；在鍋爐防磨防爆監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)、檢查標(biāo)準(zhǔn)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(fā)現(xiàn)吊掛管管卡與管排交叉處磨損減薄的問題，導(dǎo)致隱患多年來一直存在并持續(xù)惡化。

2 汽冷吊掛管結(jié)構(gòu)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(fā)生磨損的區(qū)域設(shè)計(jì)加裝防磨裝置，阻止管排管卡區(qū)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(qū)域主要位于第1～10根，吹灰器上部的磨損區(qū)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(hù)瓦的結(jié)構(gòu)，后豎井管排防磨裝置結(jié)構(gòu)圖見圖3。一方面防止吊掛管管卡原通流區(qū)域繼續(xù)沖刷，另一方面可以對吹灰氣流導(dǎo)流與下游煙氣流向一致，防止磨損部位轉(zhuǎn)移。

圖3 后豎井管排防磨裝置結(jié)構(gòu)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(yùn)行，降低進(jìn)入爐內(nèi)的蒸汽壓力，減輕管排振動(dòng)造成的磨損。優(yōu)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(yù)器入口煙溫達(dá)到高限后，進(jìn)行尾部煙道受熱面吹灰工作。

3 結(jié)語

對300 MW 亞臨界參數(shù)機(jī)組鍋爐后豎井受熱面采用汽冷吊掛管結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行3個(gè)大修期后，鍋爐吹灰半徑范圍內(nèi)的低溫過熱器和省煤器汽冷吊掛管區(qū)域上、下管排間隙處發(fā)生嚴(yán)重的犁溝沖刷磨損減薄泄漏的設(shè)計(jì)缺陷，電廠通過對沖刷磨損的管排設(shè)計(jì)加裝防磨裝置、優(yōu)化吹灰器管理，機(jī)組運(yùn)行一年后，跟蹤測量受熱面金屬壁厚，受熱面未發(fā)生沖刷磨損減薄。