火电厂锅炉折焰角斜坡积灰原因及对策

火电厂锅炉折焰角斜坡积灰原因及对策

喻远清

国家电投集团江西电力工程有限公司南昌分公司 江西省南昌市 330006

摘要：火电厂燃煤锅炉折焰角斜坡及水平烟道是很容易积灰的部位，目前．已投运的大型电厂锅炉该部位都不同程度地存在积灰现象。为此，开发并在该锅炉上安装了斜坡、水平烟道吹灰装置。经长期运行后发现，该吹扫装置运行良好，可干净地清除折焰角斜坡的积灰．且对炉膛负压没有影响，使积灰问题得到了彻底解决。

关键词：折焰角斜坡；积灰：吹灰系统

火电厂该锅炉参数燃用低热值、低挥发分劣质无烟煤锅炉，投入商业化运营．投产后折焰角斜坡积灰严重。造成该区高温对流过热器和高温再热器下部受热面被积灰所掩埋，运行过程中经常因垮灰造成炉膛负压剧烈波动和煤火检丧失．并引发机组全炉膛灭火(MFTr)。对锅炉的安全运行构成严重威胁。

一、 慨述

锅炉运行期间折焰角积灰处于一种动平衡状态，受炉膛负压波动、烟气速度快速变化、受热面振动等影响发生扰动时会发生垮灰， 大量积灰瞬间掉入炉膛造成负压波动，严重时会造成锅炉灭火。由 于积灰的导热性低，如果积灰得不到及时清除，被积灰覆盖的高温 再热器、折焰角水冷壁管的换热性能将下降，排烟温度升高，引风机 电流增大。 每次停炉检查发现折焰角斜坡都有大量积灰，主要集中在折焰 角斜坡转角处至后水拉稀管之间，高温再热器下部积灰已将斜坡管 壁埋没，从中间向两侧发展中间部位的积灰高度达 1-1.5 米，堵塞部分炉膛出口，折焰角积灰严重影响锅炉安全和经济运行。

型锅炉均设计有折焰角，起作用是使炉内火焰分部更加均 匀，完善炉内高温烟气对炉膛出口受热面的冲刷程度，减少炉膛上部的死滞区，并可延长锅炉的水平烟道，便于布置更多的高温对流 受热面，提高工质过热吸热比例。炉膛出口折焰角下部的烟气在进 入水平烟道上部时发生急剧转向，形成明显的回流区，该区域内的 压力明显低于其它主流区，烟气期携带的飞灰流经该区域时，由于烟气流速降低和回流作用，重量大的飞灰被分离沉积下来，堆积在 折焰角斜坡上面。因此，折焰角的结构特性必然导致飞灰易沉积在 该区域。

二、火电厂锅炉折焰角斜坡积灰原因

该型锅炉600 MW机组亚临界参数“W”火焰锅炉，首批设计燃用低热值、低挥发分劣质无烟煤的锅炉。设计燃用无烟煤。该锅炉具有炉膛宽度大，炉膛容积热负荷高等特点。投产以后，折焰角积灰严重，中部堆积达到2—3 m．两侧积灰在0．5 m左右。这不但影响受热面的吸热，而且运行中出现垮灰，造成炉膛负压波动和煤火检被干扰，严重影响了机组的安全经济运行。造成积灰的原因主要有以下方面。

1、折焰角本身的流场结构和斜坡角度小。由于折焰角的存在．炉膛出口折焰角下部的烟气在该处发生急剧转向，在设定炉内流场沿宽度方向均匀、且不考虑该区域布置受热面对流场的影响条件下．采用标准K一占(湍动能一耗散率)双方程模拟计算水平烟道及后竖井烟气的冷态流动。计算结果表明：回流区沿高度方向速度分布很不均匀．烟道的中上部位速度高，靠近折焰角水冷壁处的烟气流速很低：随着折焰角倾角的增大，回流区中心位置后移，回流区的高度减小。因此，回流区和贴壁低速区是造成折焰角斜坡积灰的重要原因，积灰程度与折焰角倾角有关。由于大型电厂锅炉参数高，过热器和再热器吸热量占的份额较大，在过热器和再热器受热面的布置上存在较多困难，采用n形布置的锅炉折焰角斜坡的角度不可能很大，一般在35。左右．大大小于飞灰的安息角。该锅炉斜坡设计由两段组成．前段倾角为300，后段倾角减为25⁰。在折焰角斜坡不可避免地存在积灰现象．

2、受热面布置不合理．烟气流速较低。由于在热态下，实际的流场结构与冷态计算结果有较大差异，受热面在整体上会削弱回流作用，烟气速度越高、折焰角越大，回流区高度(厚度)越小。在折焰角倾角一定的情况下，只要受热面布置合理、烟气流速设计选取得当，贴壁低速区沉积的飞灰不会很厚，其积灰是可以避免的，该锅炉折焰角斜坡积灰区布置了高温过热器和高温再热器。BMCR(锅炉最大出力负荷下设计的平均烟气流速分别为9．45m／s和8.5m／s明显偏低．对于燃用磨损性较强的无烟煤锅炉，该区的合理烟气流速应在10．5—12.0 m／s．且高温过热器和高温再热器管屏之间有1．92 m的净空间，前后斜坡角30⁰和25⁰分界点也正好在高温过热器和高温再热器管屏之间．烟气流速较低的含尘烟气在经过高温过热器和高温再热器的空挡时烟速进一步降低,该斜坡回流区很容易沉积飞灰．特别是在低负荷运行时，积灰更加明显。用风速仪和短丝线冷态飘带示踪测量、观察发现，在折焰角斜坡至高温再热器之间确实存在低速回流区．在高温过热器和高温再热器管屏下部回流区的高度最大．因此该区积灰也最严重。

3、吹灰器刚性不足存在吹灰盲区。该锅炉宽度达34.48 m．要求吹灰器的有效吹灰行程为17．20m。由于吹灰器长，蒸汽冷却效果相对较差，对其刚性要求高。该锅炉投产后，吹灰器运行到全行程后摆动大．与两边受热面管屏发生碰撞，吹灰进人深度受到限制，实际吹灰器推进长度只有14．0m．存在约7m宽度的吹灰盲区，因此在该盲区积灰厚度最大．达到2—3 m。一般锅炉飞灰的自然堆积自流角度为 30

⁰至25⁰，高参数锅炉由于过热器和再热器的吸热比例较大，辐射受热面布置存在困难，采用锅炉折焰角斜坡一般为30⁰，而本厂锅炉折焰角斜坡设计为灰自流的最小角度30⁰，但高再至后侧水冷壁部位因设计考虑高温再热器的布置将斜坡角度设计为缓坡25⁰，并延长高再受热面长度且与折焰角斜坡的距离仅为 250mm，这样积灰达不到自流角度即沉积在缓坡部位，只有灰堆积成一定角度和高度后形成一定量的自流，这就是每次停机检修时打开延伸侧墙的前后人孔门都会发现有大量积灰的原因。

三、火电厂锅炉折焰角斜坡积灰技术措施

为鳃决折焰角斜坡积灰的问题，提出进行折焰角改造和受热面布置调整方案，但因工作量大且涉及面广而被迫放弃。在此情况下。提出了在折焰角斜坡加扰流风、破坏回流区、吹起积灰的技术措施，开发了扰流吹灰装置：在斜坡水冷壁上布置与斜面平行的吹扫喷嘴．通过高速气流(蒸汽或空气)对受热面积灰进行吹扫，扰动积灰区域，使沉积的飞灰再次被扬起并随烟气带走。为了尽可能减少吹扫次数．减轻对锅炉受热面磨损并节约吹扫介质。同时尽量减小对炉膛负压的影响．实现经济安全吹扫。采取了以下技术措施：（1）锅炉厂应合理的设计末级过热器和末级再热器区域的烟气速度，BMCR（锅炉最大出力）负荷下末级过热器平均烟气速度 8-9m/s，末级再热器区域平均烟气速度为 11-12m/s，使贴壁区域的积灰不是很多。（2）折焰角采用30⁰ 以上的角度设计，如燃用灰分大的煤种必须采用25⁰设计。（3）合理布置蒸汽吹灰器并提高吹灰器枪管 的材质和刚性；不得人为改变吹灰行程，对已有的吹灰器行程进行 校验减少吹灰盲区。（4）运行期间增加折焰角部位的吹灰次数，并对 管壁迎风面增装防磨瓦，减轻蒸汽扰动积灰时对管壁的磨损。（5）东 锅厂在一些电厂的改造中设计了在折焰角底部增加扰流吹灰装置，效果很好。

基于火电厂锅炉折焰角斜坡积灰严重，对锅炉的安全和经济运行构成了严重威胁。折焰角存在回流区、倾角小、受热面布置不合理、烟速低和吹灰器存在吹灰盲区是造成积灰的主要原因．通过开发并在该锅炉上安装扰流蒸汽吹灰装置．积灰问题得到了圆满解决。

参考文献：

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[2] 罗发明．火电厂锅炉折焰角斜坡积灰对水平烟道流场的影响[J].锅炉集团(股份)有限公司，2017．

[3] 李艳文，高峰．火电厂锅炉折焰角斜坡积灰烟道流场的影响[J].自贡锅炉集团(股份)有限公司，2016．