燃机余热锅炉吹灰器设计及应用

余 热 锅 炉2 0 1 3 1 燃机余热锅炉吹灰器设计及应用 杭州杭锅电气科技有限公司王海峰 摘要 强制循环燃机余热锅炉受热面布置方式为立式 ( 塔式) ， 吹灰设备主 要为蒸汽吹灰器， 运用锅炉 自身所产蒸汽， 经过合理转化成吹灰器的最佳吹扫参 数， 同时通过合理的设计方案、 优越的性能方案增加吹扫效果， 有效清除锅炉受热 表面上的污垢 ， 使其具有更好的传热效果， 降低锅炉排烟温度， 增加锅炉的热效率， 以期能对锅炉安全、 经济运行起到一定的指导作用。 主题 词HR S G 蒸汽吹灰 器 远程控制 1前 言 燃用 重 油、 渣油 的锅炉 由于燃 料 中含 有一些胶质、 杂质和硫分， 也会产生一定程 度的粘性积灰。 锅炉积灰根据产生原因、 产 生位置和综合性质的不同， 一般可以分为结 渣、 干松积灰、 低温板结积灰和粘性积灰四 种类型。 锅炉积灰 的危害主要体现在五个方 面 ： ( 1 )诱发安全事故 ； ( 2 )降低热 效率， 浪 费燃料 ；( 3 )降低 锅炉 出力 ； ( 4 )降低 锅炉使用寿命 ；( 5 )降低经济效益。 对于大 型的电站锅炉， 积灰造成的热效率下降直接 表现在排烟温度的升高上。 积灰造成的排烟 温度升高幅度一般在 1 5 3 0 C ， 所导致的 热效率下降一般在 1 2 。 蒸汽吹灰装置具有一定的吹灰器效 果， 经吹扫一遍后， 锅炉排烟温度大约可降 低 1 0 1 5 ， 常规蒸汽吹灰器故障率高， 运行中经常出现吹灰器卡涩、 枪管泄漏、 阀 门泄漏、 蒸汽管道腐蚀、 吹灰器枪管断裂或 弯 曲、 机械卡涩、 吹灰器 开关行程失灵等故 障， 加之吹灰器蒸汽参数达不到设计值、 吹 灰工作 周期长 ， 因而 使得 蒸汽 吹灰器 的投 入率很低。 锅炉吹灰器不能正常投运严重影 响锅炉机组运行经济性， 在我们配套火 电 机组中， 如深圳南山2 1 5 0 MW 锅炉、 钰湖 2 1 5 0 MW 锅炉蒸汽吹灰器投入率均处于 较高的水平 ( 在 9 0 以上 ) 。 在 H RS 6( 燃 机余 热锅 炉 ) 设 计 中， 为 有效地清除锅炉受热面积灰， 保证受热面清 洁， 达到 受热面传热 效果 良好， 在锅炉 的受 热面布置 了不 同型式 、 不 同种类 的吹灰器。 目前 已经应用在 多个项 目中并成功运行 了 5 0 套左右， 本文结合国内燃机强制循环的实 际运行情况， 着重介绍整个系统设计方案。 2方案介绍 2 1 系统组成 蒸汽吹灰系统由加长型吹灰器本体、 过 热蒸汽减温减压站、 管路及阀门仪表、 密封 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 3 1 空气系统、 控制系统等系统组成 ； 蒸汽吹灰器是利用高压蒸汽的射流冲 击力清除受热面上的结焦积灰， 即利用具有 一 定温度的高压蒸汽的射流 ， 产生较大冲击 力， 吹除受热面上积灰。 2 2 相关设计参数 1 )燃机排气参数 ： 重油烟气， 锅炉进烟温度 为 5 4 5 C， 最高 5 9 0 ： 锅炉正压运行， 炉 内压力 为 3 5 0 mmH 2 0 2 )吹灰器本体参数 t 吹灰器行程 t T = 1 3 0 0一f l i r t 3 ， 蒸汽接 口法兰尺寸 ： P N6 3 MP a DN5 0； 电动机功率 ： 1 1 K W 三相 5 0 H z； 电动机防护等级 ： I P 5 5； 喷嘴口径 ：中8 ra m左右。 吹灰器移动速度 ：0 9 m rai n 吹灰枪管转速 ： 9 r p m。 吹灰器重量 ： 6 5 0 k g 3 )减温减压站参数 减压前压力 ： 5 8 MP a 减压后压力 ： 3 5 MP a 减温前温度 ： 5 4 0 减温后温度 ： 3 5 0 4 )密封风参数 密封用空气压力 ： O 1 k g c m2 密封用空气流量 ： 2 - 3 m3 mi n 密封风机型号 9 。 1 2 1 3 NO 7 1 A 密封风机 出口扬程 ：1 3 K P a ， 流量 3 8 2 6 m3 h 密封风机 电机功率 ： 2 2 KW，3 8 0 V AC 3设计方案 3 1 总体布置 吹灰器的布置位置， 根据烟气流向温度 递减顺序， 自上而下共布置 1 0 层， 每层 3台， 由于受热面较大， 为提高吹灰效果 ， 吹灰器 选用半伸缩加长型吹灰器， 枪管材质也随所 在区域的材质不同而不同， 结构为悬 吊式。 图 1 所示。 吹灰枪管管径 08 9 5 5 ram， 炉 内枪管 图1 吹灰器安装吊架图 长度为 1 8 7 5 0 m m， 每台锅炉的高压过热器管 箱前 3台吹灰器枪管材质采用 1 C r l 8 N i 9 T i ， 其余吹灰器本体材质为 1 5 C r M o G ， 最下五层吹 灰器材质采用 2 0 G， 通过采取不同材质的枪 管以及炉内固定架的支撑可以有效减少炉内 枪管的弯曲度， 每个受热面所布置的吹灰器 详见表 1 ： 3 2 减压站 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 余 热 锅 炉2 0 1 3 1 表1 9 E 燃机余热锅炉管箱名称及枪管材质 序号 安装标高 m m 名称 吹灰枪管材质 数量 1 9 9 4 4 高压过热器 I C r l 8 N i 9 T i 3 根 2 1 2 0 2 0 高压蒸发器 ( 1 ) 1 5 C r M 0 G 3 根 3 1 4 0 6 5 高压蒸发器 ( 2 ) l 5 C r M o G 3 根 4 1 5 9 3 0 高压省煤器 ( 1 )，低压过热器 1 5 C r M 0 G 3 根 5 1 8 0 9 0 高压省煤器 ( 2 ) 1 5 C r M 0 G 3 根 6 1 9 9 9 0 低压蒸发器 2 0 G 3 根 吹灰介质采用锅炉 自产过热蒸汽， 取 自 高压过热器出口集箱， 蒸汽为 5 4 0 ， 5 8 MP a , 经过减温减压站之后温度变成吹灰器本体吹 扫效果最佳的状态 ； 本系统中减压站采用进 口F I S HE R减压 阀进行 P I D无扰调节， 也可 以采用 自力式减压 阀进行调节， 为避免 阀门 故障无法正常减压而导致后部管路阀门及吹 灰器本体 的损坏， 在减压 阀后端设置了安全 阀， 当减压阀无法正常工作时可以动作起跳 保护后端设备。 3 - 3减温站 J J J iN 哺一 图2 减压站 吹灰器减温站 由蒸汽减温器、 调节 阀、 减温器 出入 口温度检测元件 、 减温水流量装 置等组成 。 主汽温度调节 系统采用 由主汽温度、 喷 水减温器 出 口温度及主汽流量等参数组成 的控制系统。 在主汽温度调节系统中主汽温 度测量值作为主调的反馈输入值， 与主汽温 度设定值进行 P I D运算后其结果经限幅后 由手操器输出至执行机构， 调节喷水减温的 控制 阀。 由于主汽流量 变化时， 喷水量应相 应地发生变化， 故在主汽温度调节系统中把 主汽流量信号以前馈形式引入控制系统中。 主汽温度调节系统如 图 3所示。 3 4管路走 向 管路走 向自锅炉主汽集箱 出口平 台开 始依次采用 S型管路蜿蜒上升至锅 炉主平 台， 出口布置减温减压站、 压力变送器、 热电 偶、 压力表、 温度计等仪表， 减温减压前锅炉 材质选用 1 2 C r l Mo V G材质， 减压后整个管 路采用 U型卡套的固定方式， 通过对过热蒸 汽的减温减压， 能有效及时吸收锅炉启动和 运行中的热膨胀。 由于本锅炉为正压锅炉， 且吹灰器为 转动传动装置， 在吹灰器安装过程中存在着 相应的间隙， 为此需特别设计一套密封风系 统， 风机采用一用一备， 为有效防止腐蚀， 风 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 3 1 3 1 吹 文其汽砘 曩 畎荻 1 燕蕊废 图3主汽温度调节系统 偿 管采用不锈钢管， 系统包括 ： 风机、 出口蝶 阀、 消音器、 出口压力开关、 管路阀门仪表等 部 分， 该系统一直伴 随锅 炉运行而运行 。 具 体的系统配置和管路走向详细见图4： 3 5 控制系统设计描述 常规吹灰器的控制系统分为两部分 ： 就地控制系统和远程控制系统。 远程控制系 统又分为远程 P L C控制系统和 D C S 控制系 统， 目前市场上应用较多是远程控制系统， 且全部纳 入全厂 DC S系统。 下 面结合 相应 的控制特 点对吹灰器 的两种控制方 式进 行 描述。 3 5 1 就地控制系统 本系统包含吹灰动力配电柜、 就地控制 柜， 柜体尺寸为 2 2 0 0 ra m ( H ) X 1 0 0 0 ra m(W) 6 O O m mf o ) ， 壳体采用碳钢喷塑、 室内布置。 就地动力柜主要负责给吹灰器提供 3 8 0 V A C 图4 系统配置和管路走向 动力电源 ， 空气断路器采用施耐德 G V 2 系 列热磁断路器， 吹灰器就地柜内预留D C S 硬 接线端子排， 主要完成的功能有就地单体前 进、 后退动作指示、 就地进到位、 推到位动作 指示、 故障指示等， 设计的 目的是在远程动 作调试前的单体调试， 便于查找问题、 检修 以及解决问题等 ； 3 5 2 远程控制系统 吹灰系统主要是为了清除锅炉受热表 面上的污垢， 使其具有更好的传热效果而设 置， 吹灰程控装置在吹灰系统中占有重要地 位， 它控制整个锅炉吹灰系统安全可靠运 行。 其中心控制元件在 D C S中实现， 为使吹 灰工艺柔性化， 对吹灰器实行手动和程序自 动操作，D C S 并有相应运行状态显示， 参数 检测显示， 故障报警、 联锁等功能。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 余 热 锅 炉2 0 1 3 1 程序 自动操作按吹灰工艺流程进行。 程 序启动开始后 ， 当蒸汽温 度压力正常， 打开 主汽门和疏水阀， 进行暖管， 待疏水排尽， 关 闭疏水 门， 蒸汽压 力温度 符合规定值 ， 即可 进行吹扫， 吹灰器将按先后顺序工作 ， 完成 吹扫过程。 其中每台吹灰器由D C S发出前进 指令后， 吹灰枪前进吹扫， 前进到位后， D C S 将发出后退指令， 后退碰到限位开关后， 再 启动下一 台吹灰器， 依次类推直至最后一台 吹灰器。 然后打开对空排气 门， 关闭主蒸汽 电动隔离门。 吹灰程控可通过时间的控制联锁， 判断 吹灰器前进及后退的顺利进行而不致因机 械卡涩而停顿 。 控制系 统可 以实现运行人员根据现场 实际运行情况自行灵活组合吹灰程序， 即吹 灰程序运行时， 运行人员可中断运行程序， 也可从中断点或任意一台吹灰器处重新起 动吹灰程序运行。 4结束语 本文主要讲述 H R S G吹灰系统的设计 特点及应用， 至 目前为止， 杭锅已配套燃机 余热锅炉吹灰系统 5 O 余套， 从实际运行来 看， 蒸汽吹灰器作为燃烧重油的H R S G的除 灰装置， 以其利用锅炉 自产蒸汽、 吹灰噪音 低等 自身的优势能有效 降低锅炉 的排烟温 度， 带来可观的经济效益。 在国内外已经运 行的不同形式的吹灰设备运行经验表明， 蒸 汽吹灰器在燃烧重油的联合循环机组中占 据主导地位。 但也在实际运行中发现减温器