楊志愷，盧紅書，楊曉明，閆相民

（華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東 濟(jì)南 271100）

0 引言

鍋爐吹灰能及時(shí)清除黏附在鍋爐受熱面上的灰分、焦塊，防止?fàn)t內(nèi)大焦的形成、脫落，從而增強(qiáng)受熱面的傳熱效果，降低排煙熱損失，提高鍋爐效率，防止傳熱不良造成管壁超溫，避免大焦脫落危及鍋爐的穩(wěn)定燃燒。鍋爐受熱面結(jié)焦積灰嚴(yán)重時(shí)，會(huì)增大鍋爐受熱面的傳熱熱阻，降低鍋爐運(yùn)行效率，文獻(xiàn)［1］指出，鍋爐結(jié)焦積灰嚴(yán)重時(shí)，傳熱系數(shù)由46.5～58.1 W/（m2·K）迅速下降至0.058～0.116 W/（m2·K），鍋爐排煙溫度會(huì)迅速升高15～20 ℃。鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行、燃用劣質(zhì)煤等增加了鍋爐結(jié)焦、掉焦和超溫、爆管事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，影響鍋爐的安全運(yùn)行。某燃煤電廠鍋爐入爐煤質(zhì)和機(jī)組運(yùn)行方式發(fā)生變化，這加快了鍋爐的結(jié)焦和積灰，導(dǎo)致鍋爐原有的順煙氣流動(dòng)方向的全面吹灰方式無法及時(shí)有效清除鍋爐受熱面的積灰、結(jié)焦。本文對(duì)原有的吹灰流程進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，提出了有針對(duì)性的靶向吹灰策略，確保鍋爐穩(wěn)燃，節(jié)約吹灰用汽，有效提高了鍋爐效率。

1 鍋爐吹灰系統(tǒng)的布置方式

該燃煤電廠鍋爐在爐膛水冷壁的四周布置有A、B、C、D四層短伸縮式蒸汽吹灰器（以下簡(jiǎn)稱“短吹灰器”），共88 臺(tái)，用于清除水冷壁受熱面的灰渣。在煙道內(nèi)各受熱面的左右兩側(cè)布置44 臺(tái)長(zhǎng)伸縮式蒸汽吹灰器（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)吹灰器”），其中左側(cè)長(zhǎng)吹灰器用L 標(biāo)識(shí)，右側(cè)長(zhǎng)吹灰器用R 標(biāo)識(shí)。長(zhǎng)吹灰器用于清除折焰角、過熱器、再熱器、省煤器等部位的積灰［2］。鍋爐吹灰汽源接自過熱器分隔屏出口集箱，蒸汽壓力為17.98 MPa，溫度為451.4 ℃，減壓站吹灰蒸汽壓力設(shè)定值為1.2 MPa。鍋爐吹灰系統(tǒng)的布置圖如圖1所示。

圖1 鍋爐吹灰系統(tǒng)布置圖

2 鍋爐吹灰系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 吹灰系統(tǒng)現(xiàn)狀

該鍋爐采用順煙氣流動(dòng)方向的全面吹灰方式，吹灰間隔為每班一次，吹灰前后鍋爐各項(xiàng)性能參數(shù)如表1所示。由表1可見，采用順煙氣流動(dòng)方向的全面吹灰方式進(jìn)行吹灰時(shí)，存在爐膛出口煙溫偏差較大、排煙溫度較高、蒸汽溫度下降過多、減溫水減少量較少等問題，說明全面吹灰方式難以有效清除鍋爐受熱面的積灰結(jié)焦，鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性難以得到保證，吹灰效果不理想。

表1 全面吹灰方式吹灰前后鍋爐性能參數(shù)

2.2 鍋爐吹灰存在的問題

1）全面吹灰造成汽源浪費(fèi)。鍋爐吹灰的目的是確保受熱面的清潔，吹灰時(shí)只需對(duì)積灰、結(jié)焦嚴(yán)重的部位進(jìn)行吹灰，潔凈的受熱面并不需要進(jìn)行吹灰。全面吹灰是對(duì)爐內(nèi)所有的受熱面進(jìn)行統(tǒng)一吹灰，并未有選擇性地對(duì)爐膛的積灰、結(jié)焦部位進(jìn)行吹灰，在一定程度上造成了吹灰汽源的浪費(fèi)。

2）積灰較輕的部位吹灰頻率過多，則可能引發(fā)受熱面吹損事故；積灰較多的部位吹灰頻率不足，則不能有效清除受熱面的積灰，造成爐膛掉焦，引起爐膛負(fù)壓和汽包水位大幅波動(dòng)，對(duì)鍋爐的穩(wěn)燃構(gòu)成嚴(yán)重威脅［3］。

3）吹灰周期和吹灰方式較固定，未有效結(jié)合機(jī)組負(fù)荷、入爐煤質(zhì)、爐膛煙溫分布、蒸汽溫度、減溫水量適當(dāng)調(diào)整吹灰頻率與吹灰次序。

4）吹灰過程中未兼顧汽溫的變化，吹灰后蒸汽溫度尤其是再熱蒸汽溫度明顯偏離設(shè)定值，造成機(jī)組熱效率下降。

2.3 鍋爐吹灰問題的原因分析

2.3.1 吹灰部位把控不到位

鍋爐運(yùn)行中，爐內(nèi)各受熱面的積灰、結(jié)焦速率是不同的。對(duì)結(jié)焦速率較快的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)提高吹灰頻次，以保障受熱面的清潔，并防止大焦的出現(xiàn)、掉落；對(duì)只黏附灰分而不產(chǎn)生結(jié)焦的受熱面，只需要進(jìn)行適當(dāng)吹灰，以保障受熱面的換熱效果，并防止吹灰過度造成受熱面吹損。順煙氣流動(dòng)方向的全面吹灰方式在吹灰過程中，積灰嚴(yán)重的區(qū)域因吹灰頻率較低，易造成爐膛結(jié)焦、掉焦；積灰較少的區(qū)域則因吹灰過度，易引發(fā)受熱面泄漏。此外，吹灰過度還會(huì)造成吹灰汽源浪費(fèi)。

2.3.2 吹灰頻率把控不到位

為降低發(fā)電成本，燃煤電廠鍋爐的入爐煤質(zhì)發(fā)生變化，具體參數(shù)如表2 所示。由表2 可見，現(xiàn)入爐煤質(zhì)的發(fā)熱量和灰熔點(diǎn)相比于校核煤種有所降低，而灰分含量卻有所提高。入爐煤質(zhì)灰分的提高和灰熔點(diǎn)的降低，會(huì)使煤粉在燃燒后形成的灰分呈軟化或熔融狀態(tài)，并黏附在水冷壁、看火孔、折焰角、屏式受熱面等處，增加了爐膛結(jié)焦、掉焦的概率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生流焦、結(jié)渣現(xiàn)象［4］，嚴(yán)重威脅鍋爐的安全運(yùn)行。當(dāng)鍋爐持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐掉焦的風(fēng)險(xiǎn)更大。煤質(zhì)的變化導(dǎo)致鍋爐發(fā)生結(jié)焦的速率與頻率都大大增加，原有的吹灰頻率已難以適應(yīng)鍋爐的運(yùn)行現(xiàn)狀。

表2 入爐煤質(zhì)參數(shù)

2.3.3 吹灰間隔把控不到位

隨著新能源的發(fā)展，火電機(jī)組參與深度調(diào)峰的工作越來越頻繁。機(jī)組持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行期間，鍋爐投粉量較少、穩(wěn)燃性較差。為防止鍋爐吹灰影響鍋爐穩(wěn)燃，低負(fù)荷運(yùn)行期間嚴(yán)禁投入鍋爐吹灰系統(tǒng)，長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)使鍋爐不可避免地產(chǎn)生結(jié)焦，每班一次的吹灰間隔對(duì)于持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組是不適用的。

2.3.4 吹灰次序把控不到位

鍋爐吹灰能調(diào)節(jié)鍋爐水冷壁與蒸汽受熱面吸熱比例，改善蒸汽溫度。爐內(nèi)熱量一部分用于水的蒸發(fā)，另一部分用于蒸汽的加熱。若在減溫水量不大或再熱蒸汽溫度較低的情況下，采用順煙氣流動(dòng)方向的全面吹灰方式，會(huì)造成水冷壁吸熱量增大，蒸汽吸熱量減少，使主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度大幅降低，機(jī)組運(yùn)行熱效率下降。

3 吹灰策略的優(yōu)化

3.1 靶向吹灰策略

為及時(shí)有效清除受熱面的積灰、結(jié)焦，防止頻繁吹灰造成受熱面吹損和吹灰蒸汽浪費(fèi)，提高鍋爐運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性，本文制定了靶向吹灰策略。以鍋爐的入爐煤質(zhì)、運(yùn)行負(fù)荷、各受熱面的溫度狀況、結(jié)焦?fàn)顩r、蒸汽溫度、減溫水量等參數(shù)作為參考，精準(zhǔn)調(diào)控鍋爐各部位的吹灰頻率、周期與次序，在保障有效清除受熱面灰分的情況下，達(dá)到防止鍋爐管壁超溫、確保鍋爐穩(wěn)燃、提高鍋爐效率和節(jié)約吹灰用汽的目的。

3.2 靶向吹灰策略的吹灰原則

1）確保鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。既要保證受熱面清潔，又要防止受熱面吹損和吹灰蒸汽浪費(fèi)。

2）合理選定吹灰次序。根據(jù)過熱器減溫水量及再熱蒸汽溫度情況，選擇采用“先吹短吹，后吹長(zhǎng)吹”或“先吹長(zhǎng)吹，后吹短吹”的次序。

3）合理選定吹灰頻次。增加鍋爐易積灰、結(jié)焦區(qū)域的吹灰頻次，減少相對(duì)清潔受熱面的吹灰頻次。此外，根據(jù)每臺(tái)鍋爐的實(shí)際需要，及時(shí)調(diào)整積灰、結(jié)焦區(qū)域的吹灰頻次。

4）加強(qiáng)對(duì)吹灰效果的檢查。吹灰時(shí)，加強(qiáng)對(duì)爐膛負(fù)壓、燃煤火檢、火焰電視的監(jiān)視；吹灰后，根據(jù)爐溫、煙溫的變化以及就地結(jié)焦情況，及時(shí)對(duì)吹灰效果進(jìn)行檢查。

3.3 靶向吹灰策略的實(shí)施

3.3.1 非重點(diǎn)吹灰區(qū)域的吹灰策略

爐內(nèi)各受熱面的積灰、結(jié)焦速率主要取決于爐膛的溫度分布，爐膛出口以后的屏式受熱面溫度已經(jīng)降低到了灰熔點(diǎn)以下，灰分只會(huì)黏附在受熱面表面，不會(huì)引起結(jié)焦，因此爐膛出口以后的屏式受熱面為非重點(diǎn)吹灰區(qū)域。非重點(diǎn)吹灰區(qū)域的吹灰目的是保證受熱面清潔，提高傳熱效果，同時(shí)防止吹灰過度引起受熱面吹損。非重點(diǎn)吹灰區(qū)域的吹灰策略如下：

1）鍋爐分隔屏位于爐膛出口，該處煙溫較高，為防止分隔屏受熱面結(jié)焦，規(guī)定每日前夜班對(duì)鍋爐左、右側(cè)的長(zhǎng)吹灰器L/R1、L/R2、L/R3、L/R4、L/R6 吹灰一次。

2）逢單日白班對(duì)鍋爐左、右側(cè)的長(zhǎng)吹灰器L/R5、L/R10、L/R12、L/R14、L/R16、L/R18、L/R19、L/R21、L/R22吹灰一次。

3）每周對(duì)鍋爐左、右側(cè)的長(zhǎng)吹灰器L/R7、L/R8、L/R9、L/R11、L/R13、L/R15、L/R17、L/R20吹灰一次。

3.3.2 重點(diǎn)吹灰區(qū)域的吹灰策略

機(jī)組運(yùn)行中，爐膛溫度高達(dá)1200 ℃，該溫度與灰熔點(diǎn)極為接近，易使灰分軟化、黏附在受熱面上，是結(jié)焦、結(jié)渣的重災(zāi)區(qū)，因此爐膛為重點(diǎn)吹灰區(qū)域。此外，鍋爐的折焰角處、再熱器和分隔屏的壁溫較高處，積灰、結(jié)焦頻率較快，容易發(fā)生超溫、掉焦現(xiàn)象，影響鍋爐的安全運(yùn)行，因此上述各處也屬于重點(diǎn)吹灰區(qū)域。為防止重點(diǎn)吹灰區(qū)域大焦的形成與脫落，須保持一定的吹灰頻率。重點(diǎn)吹灰區(qū)域的吹灰策略如下：

1）爐膛溫度高，結(jié)焦、掉焦風(fēng)險(xiǎn)大，規(guī)定每日白班對(duì)B 層、D 層短吹灰器吹灰一次，每日前夜班對(duì)A層、C層短吹灰器吹灰一次。

2）鍋爐折焰角處的L5、R5 長(zhǎng)吹灰器原規(guī)定每月吹灰一次，由于吹灰周期過長(zhǎng)，在吹灰過程中多次出現(xiàn)火焰電視發(fā)黑、爐膛負(fù)壓波動(dòng)、汽包水位波動(dòng)、主汽壓下滑的情況。經(jīng)試驗(yàn)調(diào)整，將吹灰周期改為兩天一次，實(shí)踐證明，吹灰周期縮短后，折焰角處的積灰被有效清除，保證了鍋爐的穩(wěn)燃［5］。

3）鍋爐再熱器、分隔屏、后屏壁溫較高處積灰較多，傳熱不良，因此運(yùn)行中根據(jù)壁溫、汽溫情況增加相應(yīng)受熱面的吹灰次數(shù)。

3.3.3 調(diào)整吹灰頻率的策略

摻燒劣質(zhì)煤和持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行的情況下，爐內(nèi)各處溫度較高，結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)較大。機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)火檢、爐膛負(fù)壓、爐膛出口煙溫、減溫水量、爐膛溫度、爐膛結(jié)焦等情況，及時(shí)投入吹灰系統(tǒng)。

1）過熱器減溫水量持續(xù)大于35 t/h，爐膛出口煙溫居高不下或鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)增加水冷壁的吹灰頻次。

2）過熱器、再熱器壁溫較高、蒸汽溫度較低時(shí)應(yīng)增加相應(yīng)區(qū)域的長(zhǎng)吹灰器吹灰頻次。

3）B 磨煤機(jī)、C 磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、過熱器壁溫、再熱器壁溫、爐膛出口煙溫等情況增加鍋爐水冷壁的吹灰頻率。

3.3.4 機(jī)組持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行期間的吹灰策略

1）降負(fù)荷前，提前對(duì)鍋爐各受熱面進(jìn)行全面吹灰，盡早消除低負(fù)荷運(yùn)行期間鍋爐掉焦的風(fēng)險(xiǎn)。

2）白班不具備吹灰條件時(shí)，前夜班應(yīng)升負(fù)荷時(shí)對(duì)鍋爐吹灰一次。若前夜班高負(fù)荷段時(shí)間不足，可根據(jù)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式，對(duì)B 層、C 層、D 層短吹灰器及鍋爐左、右側(cè)的L/R1、L/R2、L/R3、L/R4、L/R6 長(zhǎng)吹灰器進(jìn)行吹灰。

3）如果超過24 h 未對(duì)鍋爐進(jìn)行吹灰，應(yīng)及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，全面吹灰一次。

4）煤質(zhì)較好、機(jī)組減溫水量較小、爐膛出口煙溫不高時(shí)，爐膛吹灰頻率可適當(dāng)減少，但要保證每日對(duì)C 層、D 層短吹灰器及長(zhǎng)吹灰器L/R1、L/R2、L/R3、L/R4、L/R6吹灰一次。

3.3.5 合理規(guī)劃吹灰次序的策略

鍋爐吹灰有調(diào)節(jié)鍋爐水冷壁與蒸汽受熱面吸熱量、改善蒸汽溫度的作用。鍋爐吹灰時(shí)，要通過調(diào)整吹灰次序維持主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度穩(wěn)定。當(dāng)過熱器減溫水量較少或再熱蒸汽溫度較低時(shí)，將吹灰順序調(diào)整為先吹長(zhǎng)吹灰器，后吹短吹灰器的吹灰方式［6］，以增大蒸汽受熱面的傳熱份額，提高主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度，保障機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。采用靶向吹灰方式進(jìn)行吹灰，吹灰前后鍋爐各項(xiàng)性能參數(shù)如表3所示。由表3可見，爐膛出口煙溫偏差及排煙溫度都得到了明顯改善，蒸汽溫度下降幅度有所減少，吹灰前后減溫水減少量也有所增大。靶向吹灰對(duì)鍋爐受熱面起到了良好的清潔效果，提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

表3 采用靶向吹灰方式前后鍋爐性能參數(shù)

4 實(shí)施效果

4.1 提高鍋爐運(yùn)行的安全性

1）爐膛負(fù)壓、燃煤火檢穩(wěn)定，火焰電視呈明亮的金黃色。

2）消除了鍋爐同一部位各角的煙溫偏差，爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性增加；受熱面清潔度增加，爐膛出口煙溫有效控制在750 ℃以內(nèi)；爐膛出口煙溫偏差有效控制在50 ℃以內(nèi)。

3）爐內(nèi)各處結(jié)焦情況明顯改善，從2021 年1 月到2022 年5 月期間，鍋爐掉焦僅發(fā)生了4 次，掉焦頻率得到有效控制。

4）分隔屏、末級(jí)再熱器壁溫明顯降低，主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度得到顯著改善，保障了受熱面的安全運(yùn)行。

5）靶向吹灰策略有效解決了過度吹灰導(dǎo)致受熱面吹損的問題。

4.2 提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

1）靶向吹灰策略及時(shí)有效地清除了各受熱面的積灰、結(jié)焦，確保了受熱面的清潔度，吹灰前后排煙溫度的降幅由2.3 ℃增加到3.0 ℃，以機(jī)組年運(yùn)行5500 h 計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤128 t，折算收益約為13.1 萬元。

2）通過優(yōu)化吹灰順序，吹灰前后減溫水的減少量由8.3 t/h 增加到17.5 t/h，再熱蒸汽的降溫幅度由12 ℃減小到6 ℃，主蒸汽平均溫度由538.5 ℃升高到542.3 ℃，確保了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3）靶向吹灰策略減小了鍋爐掉焦的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了鍋爐對(duì)燃燒煤種的適應(yīng)能力，降低了燃煤成本，提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

4）靶向吹灰策略摒棄了大面積吹灰方式，減少了吹灰汽源消耗，節(jié)約了吹灰成本。該鍋爐長(zhǎng)吹、短吹耗汽量分別為66 kg/min、65 kg/min，采用靶向吹灰方式后，鍋爐長(zhǎng)吹每天平均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)由162.8 min 縮短至99.4 min，短吹每天平均運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)由70 min縮短至35 min。經(jīng)計(jì)算，鍋爐本體吹灰每天可節(jié)約用汽量6.45 t，以機(jī)組年運(yùn)行5500 h 計(jì)算，每年可節(jié)約用汽量1478.13 t，折算節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤為121.65 t，折算收益約為12.92萬元。

5 結(jié)語

采用靶向吹灰策略后，鍋爐吹灰系統(tǒng)對(duì)燃燒煤種和機(jī)組負(fù)荷的適應(yīng)性得到了較大改善，鍋爐運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性有了明顯提高。一方面，鍋爐的清潔度得到有效改善，受熱面超溫次數(shù)和爐膛結(jié)焦、掉焦頻率得到有效控制，爐膛負(fù)壓、燃煤火檢穩(wěn)定，確保了鍋爐運(yùn)行的安全性。另一方面，鍋爐的排煙溫度降低，主蒸汽溫度升高，吹灰汽源損耗減少，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性得到提升。