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聲波吹灰技術(shù)在1000MW機組電廠的應(yīng)用探索
陳建江 洪道文 王國友
(華能玉環(huán)電廠，玉環(huán) 3XXXXX)
摘 要：針對歷次檢修中鍋爐尾部受熱面蒸汽吹損嚴(yán)重的現(xiàn)象，通過廣泛的技術(shù)調(diào)研，對某百萬千瓦機組鍋爐進行了聲波吹灰的改造。結(jié)果表明，通過調(diào)整運行方式可以在保護受熱面不受損傷的基礎(chǔ)上取得較理想的吹灰效果，既保證了機組的安全運行，又不對鍋爐經(jīng)濟性產(chǎn)生較大的影響。
關(guān)鍵詞：超超臨界；鍋爐；聲波吹灰
Application Exploration of Sonic Soot Blowing Technology
in a 1000MW Thermal Power Generating Unit
Chen Jian-jiang 1 Hong Dao-wen 2 Wang Guo-You3
Abstract: For the phenomenon of boiler tail heating surfaces losses caused by steam soot blowing found in previous repairs, the retrofit of sonic soot blowing was carried out in a 1000MW power plant unit through extensive technology research. The retrofit results show that considerable soot blowing effect could be obtained throught adjusting operation mode based on no losses happened on the heating surfaces, this technology could ensure the safe operation of generation unit and also has no evident impact on economic operation of boiler.
Keywords: Supercritical; boiler; sonic blowing...
某電廠共裝有四臺1000MW級超超臨界機組，其鍋爐為由哈爾濱鍋爐廠有限公司引進三菱重工業(yè)株式會社（Mitsuibishi Heavy Industries Co. Ltd）技術(shù)設(shè)計制造的變壓運行直流鍋爐，鍋爐型號HG-2953/27.46-YM1，采用П型布置、單爐膛、低NOx PM主燃燒器和MACT燃燒技術(shù)、反向雙切園燃燒方式、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，燃用神府東勝煤、晉北煤。歷次檢修發(fā)現(xiàn)，鍋爐尾部部分受熱面由于距離蒸汽吹灰器較近，受到吹灰蒸汽的長期沖刷，吹損情況較為嚴(yán)重。因尾部受熱面蒸汽吹灰器空間布置難以調(diào)整，大規(guī)模安裝防磨蓋板難度較大，受施工空間、粉塵等因素限制難以保證受熱面噴涂施工質(zhì)量等原因，通過廣泛的技術(shù)調(diào)研，電廠考慮對尾部受熱面安裝聲波吹灰改造。
- 鍋爐蒸汽吹灰情況
1.1 蒸汽吹灰器布置
鍋爐共布置有116只爐膛蒸汽吹灰器，56只長伸縮式蒸汽吹灰器和4只回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器用蒸汽吹灰器。尾部受熱面隔墻布置，爐前側(cè)低溫再熱器布置于尾部豎井中，水平低再共240片，每片由6根管子組成，節(jié)距為133.5mm, 管子規(guī)格為φ63.5mm，分下、中、上三組，材質(zhì)依次為SA209-T1、SA213T12及SA213-T22，壁厚為3.5~4.1mm。水平低再出口端與立式低再相接。立式低再共有120片，節(jié)距為267mm，管徑為63.5mm，材質(zhì)為SA213TP347H，壁厚為3.6mm。后豎井中的水平低溫過熱器入口集箱，流經(jīng)水平低過的下、中、上管組。水平低過蛇形管共有240片，每片由5根管子組成，管子為φ50.8，節(jié)距為133.5mm，壁厚為8.1~8.4mm，材質(zhì)為SA213T12，由水平低過的出口段與立式低過相接，管徑亦為φ50.8，節(jié)距為267mm，以降低煙速，材質(zhì)也是SA213T12。尾部低溫過熱器，低溫再熱器 共布置36套RL-SL長伸縮吹灰器，低再側(cè)16套，低過側(cè)20套。 吹灰器與管屏距離較小值514mm。
1.2 蒸汽吹灰器對受熱面的吹損
圖1蒸汽吹損部位照片
四臺鍋爐低溫再熱器第2、3、4倉及低溫過熱器第2、3倉受熱面管子，被吹灰蒸汽吹損嚴(yán)重。從歷次檢修中發(fā)現(xiàn)，被吹灰蒸汽吹損部位、規(guī)律基本類似，而由于低溫再熱器管排橫向間隙比低溫過熱器管排橫向間隙偏小，低溫再熱器吹損更為嚴(yán)重。以低溫再熱器吹損部位為例，被吹灰蒸汽吹損嚴(yán)重部位多達11處，其吹損具體位置如圖1所示。
①低溫再熱器固定裝置與省煤器懸吊管耳板之間的第一根管子普遍被吹灰蒸汽吹損，較嚴(yán)重的殘余壁厚僅0.9mm，圖2描述了該處被蒸汽吹損的現(xiàn)場情況，吹損具體部位如圖1中序號2所示。
圖2 尾部受熱面吹損示例A
②低溫再熱器在緊靠省煤器懸吊管處的第2至8根管子被普遍吹損，較嚴(yán)重的殘余壁厚僅1.0mm，并有繼續(xù)擴展至其他管子趨勢，現(xiàn)場吹損情況如圖3所示，具體部位則如圖1中序號1、3、7、10所示。
圖3 尾部受熱面吹損示例B
③低溫再熱器吹灰器上方第2-6根管子，吹灰器下方第2-3根管子普遍被吹灰蒸汽吹損，較嚴(yán)重的殘余壁厚僅1.0mm，并同樣具有繼續(xù)擴展至其他管子的趨勢，圖4即描述了檢修當(dāng)時的現(xiàn)場吹損情況，其具體部位亦如圖1中序號5、6、8、11所示。
圖4 尾部受熱面吹損示例C
④中間隔墻管子及剛性梁被普遍吹損，詳細現(xiàn)場情況如圖5所示，具體部位則如圖1中序號9所示。
圖5 尾部受熱面吹損示例D
1.3 受熱面吹損原因與初步處理
鍋爐尾部煙道受熱面被吹灰蒸汽吹損的重要原因為長伸縮式吹灰器距離管排距離較近，較小距離僅為493.5mm。以上被吹灰蒸汽吹損嚴(yán)重的緊靠省煤器懸吊管處的第2至8根管子及長伸縮式吹灰器上方的第2-6根管子，由于該處結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修空間狹窄（管排橫向間隙僅為70mm），很多區(qū)域無法檢測，極可能留下隱患死角。對此問題，初步采取了對吹損超標(biāo)的管子進行更換、加裝防磨蓋板、冷噴涂、降低吹灰壓力及吹掃頻率等防范措施，但仍不能解決蒸汽吹灰吹損受熱面問題。更換管子及加裝防磨蓋板只能就第1至3根管子進行，換管及加裝防磨蓋板十分困難，施工工作量大，檢修成本非常高，且檢修質(zhì)量很難保證。譬如，2010年#1機組C級檢修期間，#1鍋爐低溫再熱器按檢修標(biāo)準(zhǔn)需換管398根，但由于檢修工作量大、工期緊及換管位置過于集中，并且換管及加裝防磨蓋板難度很大（需拆下大多數(shù)低溫再熱器固定裝置、管夾、固定塊等，并且將每片管排用手拉葫蘆拉開），僅僅更換了相對較嚴(yán)重的239根管子，當(dāng)時低溫再熱器的檢修現(xiàn)場如圖6所示。而通過降低長伸縮式吹灰器的吹灰壓力及吹掃頻率，誠然其可減輕受熱面吹損，但如進一步降低吹灰壓力及吹掃頻率將不能保證尾部煙道受熱面吹掃效果及鍋爐排煙溫度在合格范圍內(nèi)。同樣，對第四層至第八層管子進行了冷噴涂，但由于施工空間、粉塵等因素限制很難保證施工質(zhì)量，涂層很難保證該處管子不被吹灰蒸汽進一步吹損。
圖6 低溫再熱器檢修現(xiàn)場
- 聲波吹灰
針對鍋爐尾部煙道受熱面被吹灰蒸汽吹損的嚴(yán)重問題，如不采取有效措施，鍋爐尾部煙道受熱面被吹灰蒸汽吹損將無法控制，尾部煙道受熱面健康水平將無法得到保證。為解決此問題，持續(xù)保證尾部煙道受熱面的健康水平及機組長周期安全運行，同時減少尾部煙道受熱面每次檢修工作量，通過調(diào)研加裝對鍋爐受熱面無任何吹損的大功率聲波吹灰器是必要的和有效的措施。
2.1 DSK-6型聲波吹灰器原理及特性
DSK-6型高效能免維護大功率聲波吹灰器，它的清灰原理是將一定強度和能量的聲波送入運行中的鍋爐爐內(nèi)各種可能積灰結(jié)渣的空間區(qū)域，通過聲能量的作用使這些區(qū)域中的空氣分子與粉塵顆粒產(chǎn)生振蕩，并破壞或阻止粉塵粒子在受熱面管子表面沉積，使之始終處于懸浮流化狀態(tài)，被煙氣帶走。對于受熱面上原已結(jié)成片(塊)狀灰渣和硬灰垢將在聲波的作用下，尤其是在極高的加速度的外力策動下，從受熱面斷裂、剝離,落入灰斗或被煙氣帶出煙道。該型聲波吹灰器發(fā)聲效率高、功率大，其有效空間為前小后大的半個橢球形體，在爐墻附近的球體徑向直徑為7-9米，前方軸向長度為14-18米，能夠有效清除包括受熱面管子背后及狹縫、邊旁角落的積灰；由于所采用的聲波頻率范圍避開了鍋爐本體設(shè)備和管束的本征頻率，不會引發(fā)設(shè)備和管束的共振，同時對鍋爐受熱面管子無沖刷，爐外噪聲低于我國噪聲標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 聲波吹灰改造方案
為有效遏制尾部受熱面存在的普遍吹損現(xiàn)象，控制檢修費用，同時給機組長周期安全運行創(chuàng)造條件，電廠首先在#2機組鍋爐低溫再熱器第2、3、4倉安裝DSK-6型大功率聲波吹灰器24臺。其中低再第2倉布置4臺，低再第3倉布置10臺，低再第4倉布置10臺。由于聲波吹灰器對動力氣源的質(zhì)量要求不高，允許含油、含水，同時該廠飛灰輸送增容空壓機系統(tǒng)有富余氣量，并且壓力滿足要求，因此聲波吹灰器氣源可取自飛灰輸送增容空壓機系統(tǒng)。聲波吹灰器運行方式采用自動化控制，每對聲波吹灰器1次工作時間為3分鐘， 周期為3小時, 24小時如此循環(huán)反復(fù)。該區(qū)域加裝聲波吹灰器后，將以聲波吹灰方式為主，降低該區(qū)域長伸縮式吹灰器吹灰頻率（由每天吹灰一次降為每周二次或更低，甚至停運），保證鍋爐尾部煙道受熱面不被吹灰蒸汽進一步吹損。圖7為尾部受熱面所安裝的聲波吹灰器示意情況。
圖7 現(xiàn)場安裝的聲波吹灰器
2.3 聲波吹灰效果示例
圖8 低溫再熱器第4倉安裝聲波吹灰器前積灰照片
圖9 低溫再熱器第4倉安裝聲波吹灰器后積灰照片
圖8~9分別描述了#2鍋爐低溫再熱器第4倉安裝聲波吹灰器前的積灰情況與2010年#2機組國慶調(diào)停期間低溫再熱器檢查時第4倉的積灰情況。如圖所示，通過安裝聲波吹灰器前后管排積灰的對比可知，聲波吹灰器不僅對管排上松軟積灰懸浮流化作用明顯，而且對管排上板結(jié)積灰具有顯著剝離作用，因此聲波吹灰效果良好，可降低安裝聲波吹灰器區(qū)域長伸縮式蒸汽吹灰器吹灰頻率（由每天吹灰一次降為每周二次或更低，甚至停運），能夠有效防止該區(qū)域鍋爐受熱面進一步被吹灰蒸汽吹損，有效防止鍋爐四管漏泄事故的發(fā)生，保證機組的長周期安全運行。
- 改造評估結(jié)論與建議
電廠邀請第三方單位就安裝聲波吹灰器對鍋爐安全運行、經(jīng)濟性、投資收益等因素的影響進行了綜合評估(主要針對#2鍋爐)，得出了如下重要結(jié)論與建議：
1) 所采用的聲波吹灰方式對受熱面管子無磨損，減輕了低溫再熱器區(qū)域的蒸汽吹損，大大降低了檢修維護壓力，有效降低因蒸汽吹損尾部受熱面造成的鍋爐四管漏泄事故的發(fā)生，能夠保障機組的安全運行。
2) 當(dāng)?shù)蜏卦贌崞鲄^(qū)域處于聲波吹灰同時復(fù)合一周二次的蒸汽吹灰時，相對歷史同期的相同負荷而言，該處受熱面入口和出口的煙氣溫差加大、工質(zhì)的焓升亦有所增加，因此該區(qū)域換熱器表面的潔凈程度與歷史同期相比至少應(yīng)該是大致相當(dāng)。
3)低溫再熱器區(qū)域單獨聲波吹灰方式并沒有將該區(qū)域換熱器的表面潔凈度控制在較佳值，通過其他方式（如一周二次的蒸汽吹灰）其仍有提高的余地。也即在聲波吹灰的基礎(chǔ)上仍需要蒸汽吹灰作為輔助，聲波吹灰不可完全替代蒸汽吹灰。
4) 通過與未安裝聲波吹灰器的1#、#4鍋爐對比，發(fā)現(xiàn)2#低溫再熱器出口的整體煙氣溫度要低許多，這從橫向的角度也表明了2#鍋爐低溫再熱器區(qū)域所裝設(shè)聲波吹灰器對于該區(qū)域換熱器表面灰污程度的控制至少是具有積極作用的。
5) 18臺RL-SL型長伸縮式吹灰器按照原先一天一吹的運行方式每年所需投入的費用約為113萬元，而若改用聲波吹灰附加一周二次的蒸汽吹灰方式則其每年的運行、檢修等費用約為43萬元，聲波吹灰總投資260萬元可以在約4年的時間內(nèi)收回。
參考文獻
[1] 浙江省電力試驗研究院. 華能玉環(huán)電廠#2鍋爐聲波吹灰改造評估報告 [R]. 2010年6月.
作者簡介：陳建江（1967年7月－ ）男，浙江 上虞人 高級工程師，從事電廠鍋爐專業(yè)工作。
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