浅谈大型燃煤锅炉吹灰器的合理选择1

浅谈大型燃煤锅炉吹灰器的合理选择

郑福国1 王志刚2

(1.华能德州电厂发电部,山东德州 253024 ；

2. 胜利油田胜利发电厂，山东东营 257000)

ZHENG Fu-guo1 WANG ZHi-gang2

(1.Hua Neng Dezhou Power Plant,Dezhou Shandong 253024,China;

2.Shengli Power Plant, Shengli Oil Field , Dongying Shandong 257000，China) 摘要：通过对燃煤锅炉受热面结渣积灰形成机理、以及蒸汽吹灰器、水力吹灰器、燃气脉冲吹灰器在德州电厂#6炉应用经验的分析比较，指出大型燃煤锅炉应根据不同受热面的结灰特点及清灰需要，有针对性的选择吹灰器类型。

关键词：燃煤锅炉；结渣；积灰；蒸汽吹灰器；水力吹灰器；燃气脉冲吹灰器

Preliminary Talk about The Rational Selection of The Sootblower On Large-sized Coal-fired Boiler

Abstract: In order to choose the suitable type of soot blower, this paper introduces the causes of slagging on different boiler heat delivery surfaces, and analyses and copmares the application of steam soot blower, water soot blower and pulsating soot blower, on HuaNeng DeZhou Power Plant 6# boiler.And because of the requirement of soot blowing cleanness, this paper specify the choice of soot blower should think of different characteristic of slagging on different heat delivery surfaces for Large-sized Coal-fired Boiler.

Key words:coal-fired boiler;slagging;soot deposit;steam soot blower;water soot blower;pulsating soot blower

0 前言

随着燃煤电站锅炉容量的不断增大，炉膛截面热负荷、水冷壁热负荷、炉膛内最高温度以及对流受热面区的烟温不断增高，受热面的结渣和积灰问题日益突出。结焦、积灰严重时，将影响锅炉传热能力，造成排烟温度升高、发电煤耗增加、厂用电率升高；结灰长期覆盖受热面设备又会加剧受热面管子的腐蚀，造成“四管”（过热器、再热器、水冷壁、省煤器）爆破，缩短受热面的寿命，威胁锅炉安全运行。因此，选用合适的吹灰器保持燃煤锅炉受热面清洁，预防和降低锅炉各受热面结渣积灰，成为确保大型火力发电机组安全经济运行的重大问题之一。

目前，国内已经使用的锅炉吹灰器种类很多，按照吹灰介质的不同，主要分为蒸汽吹灰器、水力吹灰器、燃气脉冲吹灰器、振动式吹灰器、钢珠吹灰器等。不同的锅炉受热面应当

选择什么类型的吹灰器，一般来说，应综合考虑受热面结灰机理、吹灰器性能特点、吹扫效果、运行可靠性等诸多因素。

1 燃煤锅炉受热面结灰机理简述

燃煤锅炉结渣积灰产生的原因很多，主要取决于煤灰的特性和煤灰的含量以及锅炉内部的空气动力场情况。在煤粉锅炉的燃烧过程中，炉内灰沉积一般可分为结渣和积灰（沾污）两种类型〔见参考文献1〕。

煤粉炉燃烧过程中融化的灰渣，若在凝固以前冲刷到水冷壁或高温段受热面上，粘结上去即产生结渣。受热面壁温高、表面粗糙度大（如水冷壁敷设卫燃带的锅炉）和燃用低灰熔点煤种的锅炉易于发生结渣，积渣部位通常是锅炉炉膛内和炉膛出口的受热面上，特别是敷设大面积卫燃带的锅炉水冷壁上。

积灰则是指煤灰中挥发物质在受热面表面凝结并继续粘结灰粒形成的沉积灰层。积灰一般发生在锅炉烟温(600—700 ℃)较低的区域，如对流过热器、省煤器和空气预热器等低温受热面上〔参考文献2〕。

由于锅炉各受热面结渣积灰机理、性质有所不同，因此，吹灰器类型的选择也应具有针对性，尽可能选择效率高、效果好、运行维护成本低的吹灰器。华能德州电厂#6锅炉（660MW），就是根据锅炉受热面结灰部位、性质、程度的不同，分别选用了蒸汽吹灰器、水力吹灰器、燃气脉冲吹灰器作为清灰渣工具，运行几年来，收到了较好的效果。

2 华能德州电厂#6锅炉设备简介

华能德州电厂#6炉是德国巴布考克公司设计制造的2209t/h亚临界参数汽包炉，锅炉燃用设计煤种为低挥发分贫煤，采用自然循环П型背靠背布置，一次中间再热，单炉膛前后墙错列对冲燃烧方式。尾部烟气挡扳调温，平衡通风，固态排渣，全钢悬吊结构露天布置。锅炉的制粉系统采用双进双出冷一次风机正压直吹式系统。

3 蒸汽吹灰器在华德#6炉的应用

蒸汽吹灰器目前在我国电站锅炉和工业锅炉上应用最多。它的工作原理是：利用具有一定压力和一定干度的蒸汽，从吹灰器喷口高速喷出，对积灰受热面进行吹扫，以达到清除积灰的目的。常用的蒸汽吹灰器有炉膛吹灰器、长伸缩式吹灰器和固定旋转式吹灰器三种。

华德#6炉布置了墙式炉膛吹灰器和长伸缩式吹灰器，其中墙式吹灰器有48个，分三层布置在锅炉水冷壁燃烧区上部，主要用于清除水冷壁上部的结渣、积灰。长伸缩式吹灰器布置在对流换热区，也就是布置在过热器、再热器和省煤器处，共有36支，主要用于清除过、再热器、省煤器部位的积灰。蒸汽吹灰器的投停由设置在集控室的程控站远程操作。

德州电厂#6炉的运行经验证明，蒸汽吹灰器具有吹扫效果彻底、操作简单灵活等优点，可以满足该炉水冷壁上部及过、再热器、省煤器部位的清灰需要。但由于蒸汽吹灰器机械机构较为复杂，也存在一些不足，主要是：1）长伸缩式吹灰器吹灰时深入炉内长达8米，机械部分易发生卡涩，如吹灰枪不能及时退出炉膛，会吹损受热面或烧毁吹灰器，烧熔的吹灰器一旦掉落，可能对炉膛、烟道下方的受热面造成损伤。2）吹灰器内管与螺旋管间汽封较差，工作时（蒸汽压力1.5－1.7兆帕）漏汽现象较普遍。

4 水力吹灰器在华德#6炉的应用。

水力吹灰器在德国、俄罗斯的大型机组应用较广泛，国内使用较少，主要用于结焦较为严重的大型机组，如盘山电厂、元宝山电厂等都有多年使用经验〔参考文献3〕。其原理如图1左图所示，吹灰器布置于炉膛四周水冷壁上．利用水枪使高压水流（德州电厂采用水压为2.5－3.0兆帕）穿过炉内燃烧区喷射到吹灰器对面炉墙上，通过喷头角度的改变，使水流在对面炉墙结焦区域里留下一条或多条齿型的轨迹(如图1右图所示)。冷水流冲击到炉壁的焦块上，会产生很大的温度应力，使积附的灰渣产生龟裂，另外水流可渗透到灰渣的缝隙中，迅速受热蒸发，由于汽化速度很快，相当于一个微型的爆炸，使附着在水冷壁上的积渣、结焦很快松动脱落。

图1 水力吹灰示意图

德州电厂#6锅炉由于水冷壁区域设计了大面积卫燃带，投运后存在严重的结焦问题，多次因落焦引发炉膛灭火、设备损坏事故，难以实现锅炉长周期安全运行。2003年，德州电厂安装了6台固定式远射程水力吹灰器。#6炉使用水力吹灰器以来，每天投运1－2次，炉膛水冷壁积渣、挂焦基本都能够及时清除，彻底消除了落大焦对锅炉安全的威胁，效果显著。

运行经验表明，水力吹灰器具有以下几个优点：①与蒸汽吹灰器相比，更适合清除粘度很高、质地坚硬的结焦，水力吹灰器以冷水为介质，由于水相对于灰渣的温度差大，在灰渣缝隙中猛烈汽化时可将灰渣松动，而且水流的动量比蒸汽大得多．可轻易将灰渣冲掉，所以水力吹灰器的除焦效果远非蒸汽式吹灰器可比。②吹扫范围大，工作效率高。德州电厂安装的远射程水力吹灰器在工作时一次可清扫炉膛近400平方米区域的结焦，效率远比一般蒸汽吹灰器高。德州电厂#6炉仅需6台吹灰器，就可将水冷壁区域结焦全部清除干净。③布置方便，调整灵活。每台水力吹灰器安装时只需要在水冷壁开一个0.3米见方的孔，系统布置起来灵活性很大，安装简单。吹灰时水流吹扫轨迹由软件设计控制，可根据不同区域结焦状况灵活修改、调整。④可以大大提高锅炉效率。由于除焦彻底，能够有效提高锅炉受热面吸热量，降低过、再热器管壁温度，减少过、再热器减温水量，降低锅炉烟温及排烟温度，这样不仅减少了过、再热器管壁超温的发生，更提高了锅炉运行的经济性。以下是05年1月23日#6炉除焦前后锅炉主要参数比较：

通过上表不难看出，同样负荷条件下，通过除焦，降低了锅炉炉膛出口烟温及排烟温度，减少了燃料消耗，减温水量大幅减少，锅炉效率大大提高。

水力吹灰器投入运行吹扫时，由于其物理反应发生在炉内，对锅炉燃烧工况、运行参数也会产生一些不利影响，炉膛负压、汽包水位、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、过、再热器壁温波动较为明显，机组负荷波动达10－20MW，因此，为确保水力吹灰时燃烧安全稳定，该吹灰器要求在锅炉热负荷80％以上时方可投入。综合其优缺点来看，水力吹灰能够高效率清除锅炉大面积积渣、挂焦，对德州电厂来说，避免了频繁落焦带来的事故隐患，利大于弊。

5 燃气脉冲吹灰器在华德#6炉空预器部位的应用

德州电厂#6炉配有两台三分仓回转式空预器，每台空预器冷端、热端原设计各有一只蒸汽吹灰器，汽源来自锅炉热再热蒸汽，辅助蒸汽作为备用汽源。#6炉投产初期，采用蒸

汽作为吹灰介质，由于空气预热器的热端、冷端相加约2m厚，蒸汽由冷端吹人无法吹透，并且蒸汽离开喷嘴后过热度逐渐减少进入饱和区，反而增加湿度引起堵灰，使空气预热器低温段传热元件的堵灰问题随着蒸汽吹灰装置的使用次数和频率的增加而加重，空预器烟侧压差一度达到2.8千帕（660MW时数据，设计值为1.2千帕），空预器严重堵塞多次导致送风机失速，引发锅炉事故，对安全运行威胁很大。2003年，德州电厂#6炉增加了空预器燃气脉冲吹灰装置。

燃气脉冲吹灰器的工作原理是：利用可燃气体如煤气、液化石油气、天然气、乙炔等常用气体的爆然原理在爆燃的瞬间形成高能冲击波和伴随产生的剧烈响应来达到将其管面积灰清除的目的。

图2 燃气脉冲吹灰器系统简图

德州电厂#6炉燃气脉冲吹灰器投用后，能有效地清除受热面上的积灰，经长时间运行，空预器烟侧前后压差仍能保持在设计值范围内，送、引风机电流明显降低，大大提高了锅炉效率。而且，燃气脉冲吹灰器运行费用仅为蒸汽吹灰器的50％左右，降低了发电成本。由于燃气脉冲吹灰器为干式吹灰，在清除空预器积灰上具有蒸汽吹灰无法比拟的优点，因此在上海石洞口电厂、山东邹县电厂等多台机组得到广泛应用，经验证明：燃气脉冲吹灰器除灰除油污效果好，经济效益远高于蒸汽吹灰器，可使锅炉的热效率提高0．6％以上(在蒸汽吹灰器的基础上)。

6 德州电厂#6炉各类型吹灰器性能比较

7 结论

锅炉受热面吹灰器的选择，应当考虑受热面结灰机理、结灰程度、结灰部位，以及吹灰器的性能特点、清灰效果、运行费用、检修维护量等诸多因素，综合比较分析，选择效率高、效果好、运行维护成本低的吹灰器，以期取得安全效益和经济效益的最大化。德州电厂#6炉在吹灰器的选型上，就是综合考虑了上述因素，在锅炉炉膛上部和对流受热面优先选用了技术成熟、应用广泛的蒸汽吹灰器，在易受积灰腐蚀的空预器部位优先选用了不含湿汽的燃气脉冲吹灰器，并从清除锅炉大面积结焦的实际需要出发，选择了除焦效率高的远射程水力吹灰器。经过近几年的运行，德州电厂#6炉所选各类型吹灰器清灰渣效果良好，有效地保持了各受热面清洁，保证了锅炉长周期安全经济运行。德州电厂在锅炉吹灰器选型上的经验，值得新建大型燃煤机组借鉴。

参考文献：

〔1〕 樊泉桂，魏铁铮，王军。火电厂锅炉设备及运行。北京：中国电力出版社，2001，

P32-33

〔2〕 姜剑锋，钱静。锅炉受热面的结灰机理和吹灰器的设置。锅炉制造，2003（4），P25-26 〔3〕 晏鸿鹄。初论吹灰器在锅炉上的应用。发电设备，2002（6），P48-50

作者简介：郑福国（1976-），男，1999年毕业于华北电力大学（保定）电力系统自动化专业，现从事660MW机组生产运行工作。

王志刚，男，2000年毕业于江汉石油学院，现从事300MW发电机组生产运行工作。