对流受热面积灰原因分析

1、220t/h锅炉折焰角积灰原因分析与对策摘要 文章对一台220t/h锅炉折焰角积灰的原因、危害进行了分析,并提出了用燃气脉冲吹灰技术来法解决积灰问题的建议。关键词：积灰；烟气流速；折焰角；燃气脉冲吹灰一、前言巴陵石化公司热电事业部#9炉是一台220t/h煤粉锅炉，为单锅筒集中下降管自然循环水系统，半露天布置。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁，炉顶、水平烟道及转向室均设置了顶棚和膜式包墙管，屏式过热器位于炉膛折焰角前上部，两级对流过热器布置在水平烟道中，尾部烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器。锅炉自投运以来，锅炉运行中折焰角处对流受热面存在比较严重的积灰状况1,2，在高温过热器底部的积灰

2、达到1.5m以上,低温过热器底部积灰达到1m左右,煤质较差的状况下,积灰情况存在进一步恶化的趋势。2000年9#炉采用了声波除灰、压缩空气吹灰等方法，从多年来的运行看，除灰效果一般，虽然可以部分清除管排表面浮灰，但对清除底部积灰作用不大。2007年5月21-22日对锅炉进行了现场测试，结果表明：测试煤种与设计煤种的收到基灰分和低位热值接近，但测试煤种的灰熔融性与灰成分分析表明其易于形成松散性积灰；锅炉热效率试验条件下,175T/h负荷时的热效率88.28%左右，195T/h负荷时的热效率89.62%左右；水平烟道左右两侧热偏差为30-40，但左右两侧烟气流速基本相同。水平烟道上下部烟气流速不均

3、，下部烟气流速较低（测试工况下烟道上部流速在8.0-9.12m/s,下部烟道流速5.5-6.0 m/s，理论平均烟速在6.5-7.0m/s）不利于带走过热器下面积灰。二、折焰角积灰的危害分析锅炉折焰角处对流受热面的积灰严重影响到热电事业部的安全经济运行，其危害性主要有：1、严重影响了#9锅炉本体安全 目前锅炉高温过热受热面积的30%左右和低温过热器20%左右被积灰淹没。炽热的积灰一方面导致过热器局部热应力升高，最终可能会导致蛇形传热管破裂。另一方面，因灰中含有大量碱性成分，对蛇形管造成的高温腐蚀，最终也可能会导致爆管。一旦积灰部分过热器发生爆管，锅炉在被迫停止运行后，高温炽热的积灰不可能在短时

4、间内清除，必须等到积灰自然冷却后才有可能进行清灰处量，因此锅炉不可能得到及时抢修。2、严重影响了#9锅炉热效率 锅炉设计热效率91.03%,设计排烟温度139。由于积灰等方面的影响，排烟温度(年平均)148，最高时达到179。2006年9月28日现场测试#9锅炉热效率为89.85%，清灰后测试热效率为91.04%，可见#9炉积灰导致锅炉热效率下降幅度比较大（1.2%左右）。3、积灰可能导致停炉保护误动作折焰角处大量积灰，运行中一旦出现垮灰，炉膛内就会发暗，火焰监视器检测不到火焰，以为锅炉熄火，导致锅炉灭火保护动作，影响安全连续生产。三、积灰原因分析1、折焰角处的流场结构易导致积灰为了了解折焰角

5、积灰的原因，首先采用数值计算方法进行流场和压力场分析。锅炉炉膛内是一个十分复杂的可压缩的湍流气粒两相流动、传热与燃烧同时存在的过程。在对该过程进行数值仿真时，必须考虑气相、粒相的运动以及气、粒相之间的相互传输等复杂过程。回流区回流区图一 锅炉折焰角部位流线和流场计算示算图图一和图二分别是计算模拟锅炉折焰角烟气流型、流场和压力分布情况。图三表明，锅炉折焰角上部存在一个回流区域，图四表明在这一回流区域内压力明显低于其它主流区。计算表明这个区域处于负压区（锅炉维持微正压运行），因此烟气携带的飞灰在流经这一区域时，由于烟气流速的降低和回流作用，飞灰不可避免地将分离而沉积下来堆积在折焰角斜坡上面。从设计

6、角度来看，设计斜坡角度应该大于堆灰自然流动角，这使部分堆灰可自发流向炉膛而从炉膛底部排出，另一部分堆灰应该在吹灰器二次扬尘作用下，重新返回烟气流程被带走。回流区图二 锅炉折焰角部位压力分布计算示算图2、折焰角结构设计不当导致积灰从设计角度来看，设计斜坡角度应该大于堆灰自然流动角，这使部分堆灰可自发流向炉膛而从炉膛底部排出，另一部分堆灰应该在吹灰器二次扬尘作用下，重新返回烟气流程被带走。查锅炉图纸，目前锅炉折焰角上倾角度为30°，一般飞灰的自然堆积流动角为35-45°3,4。由于过热器折焰角坡度均小于灰的自然堆积最小流动角，运行过程中形成的积灰便无法靠自行流动来消除。高温过热

7、器和低温过热器纵向蛇形管排组与下面膜式水冷壁之间距离偏小不利于飞灰流动，同时下部的梳形定位板与烟气方向垂直，导致此处阻流沉灰的发生5，6。在低温过热器后面的联箱位置有点偏高，锅炉停炉后发现该处积灰有1m左右，可以看出此处积灰对折焰角处堆灰流走也形成了一定的阻碍。3、其他原因一是声波吹灰器能量偏小也对积灰产生不利影响。从运行情况和所了解情况来看，声波吹灰器能量偏小，对堆积在斜坡上的积灰基本上没有起到二次扬尘的作用，导致堆灰无法被烟气带走4。二是锅炉长时间不能满负荷运行也对积灰产生了不利的影响。从实际工况来看，该锅炉长期没有带满负荷运行，基本上保持在185t/h 左右，这样实际烟气流速（实测烟气上

8、半部分流速为8-9 m/s，下半部烟气流速相对要低，在5.5-6.0m/s左右）达不到满负荷时烟气流速（10 m/s），仅为设计值的60-90，流速降低后烟气携灰性能差，不仅易积灰，而且积灰不易被卷走。三是折焰角处下部烟气流速偏低也对积灰产生不利影响。测试发现，锅炉水平烟道上下烟气流速不均匀，下部烟气流速比上部烟气流速小3m/s左右，这可能是因为当时事业部锅炉采用了双通道大速差燃烧器，加大了燃烧切圆半径，增加了烟气流经折焰角时的刚度。下部烟气流速低不利于烟气带走折焰角上面的堆灰。四、解决方案从以上原因分析可以看出，锅炉必须要进行结构改动或加装针对性吹灰装置才有可能减缓积灰情况。以下为几个可能方

9、案：1、折焰角部位进行改动由于锅炉设计存在先天性缺陷，如果实施加大锅炉折焰角倾角角改造,可以减轻锅炉积灰,，该方案。但所涉及面较广、实施投资大、难度大、风险大，施工周期长。2、加装灰中气体吹灰器在折焰角处适当位置布置数个吹灰口，在吹灰口处加装固定式或移动式吹灰装置，进行定期吹灰，吹灰气源采用压力较高的锅炉一次风（或外接压缩空气）。该方案投资比较低、难度不算大、有一定风险，存在的问题是所用气源温度低，可能对过热器管有损伤，部分电厂使用后有发生过热器爆管的现象1。3、加装燃气脉冲吹灰装置燃气脉冲吹灰装置是一种新型除灰系统，目前使用面越来越广，尤其是在蒸气除灰和声波除灰效果不佳时，国内都在考虑使用燃

10、气脉冲除灰。部分电厂有过比较成功的改造经验，因此推荐使用。该方案投资低、难度小、风险低。图三 燃气脉冲吹灰技术原理图图三为燃气脉冲吹灰技术原理图，将空气和可燃气体在一种特殊的容器中混合，然后进入脉冲罐中，经高频点火点燃，在脉冲罐中产生爆燃，体积急剧膨胀，生成高温高压气体，以冲击波的形式表示出来,并从喷嘴以冲击动能、热能、和声能的形式进入炉内，冲击波是一个剧烈的压缩波,空气经过冲击后,急剧压缩,压力,温度和密度都会产生较大提高,不仅能够清除锅炉受热面上不同类型积灰,而且这种吹灰方式比传统的各种方法更有效更经济。燃气脉冲吹灰具有积灰的吹扫作用、热清洗作用、声波辐射作用、局部振打作用7，8。折焰角区

11、域设计4个吹灰点。根据锅炉结构吹灰器采用单独式并联脉冲吹灰器系统，高低温过热器区各布置 2 点，采用不锈钢耐高温喷嘴（耐温1200）。喷嘴布置炉墙上，离底部包墙（300-800）mm处。喷口的形式均采用定向设计，使其能量准确作用于积灰受热面。综合工作难度和风险性等各方面原因，我们认为加装燃气脉冲吹灰器来减轻锅炉折焰角上部积灰方案是最为合适的。五、实施后运行效果分析1、#9对流受热面积灰问题得到了解决#9锅炉于2008年11月新装了燃气脉冲吹灰系统后，在2009年6月18日 #9炉停炉后，对燃气脉冲吹灰系统投运以来情况进行检查，通过打开人孔门进入炉膛后，发现过热器折焰角处的烟气通道积灰约为300

12、mm厚，较之改造前的1200mm厚，降低了约70%左右的积灰。同时对整个尾部受热面进行检查，无明显的积灰现象，达到了燃气脉冲吹灰取得的效果。2、降低了排烟温度，提高了锅炉效率2008年12月12日对#9炉进行了燃烧性能和热效率测试，表一是改造前后实测排烟温度、排烟热损失和锅炉热效率对比数据：表一 改造前后数据对比表工况项 目改造前改造后差值甲制粉系统运行实测排烟温度（）151.3147.4-3.9排烟热损失q2 （%）9.186.44-2.74锅炉效率 （%）86.8589.92+3.07双制粉系统运行实测排烟温度（）165.2151.6-13.6排烟热损失q2 （%）9.736.64-3.0

13、9锅炉效率 （%）85.3188.92+3.61乙制粉系统运行实测排烟温度（）152.5147.5-5排烟热损失q2 （%）9.016.31-2.7锅炉效率 （%）86.9390.02+3.09从表一可以看出。燃气脉冲吹灰研究及改造，大幅减少了对流受热面及尾部烟道积灰情况，增加了对流受热面及尾部烟道热交换，使传热能力加强，提高了锅炉尾部的换热能力，排烟温度下降了313。3、降低了尾部受热面腐蚀的可能性，延长了设备使用周期燃气脉冲吹灰研究前，因尾部受热面积灰严重，导致低温空气预热器腐蚀非常严重，难以达到设计的运行周期，就不得不更换空气预热器，既增加了检修费用，又造成检修期间事业部的发电及供汽大幅

14、减少，影响到公司化工事业部的正常生产。燃气脉冲吹灰系统投运后，尾部受热面无明显积灰，减少了尾部受热面低温硫腐蚀的可能性，延长了设备使用周期。六、结论220t/h锅炉折焰角积灰，主要是由于锅炉折焰角处有气流回流区、折焰角上倾角设计角度不当等原因造成的。改变折焰角上倾角结构能够解决积灰问题，但该方法投资大、难度大、风险大，施工周期长。采用燃气脉冲吹灰器解决了220t/h锅炉折焰角积灰的问题，表明燃气脉冲吹灰器是一种具有非常好前景的吹灰装置，尤其是在解决局部积灰问题方面更加具有明显优势。参考文献：1 锅炉积灰治理及脉冲吹灰器考察报告. 巴陵石化公司热电事业部、中南大学能源科学与工程学院. 2007.929#锅炉对流受热面积灰原因分析与对策. 巴陵石化公司热电事业部、中南大学能源科学与工程学院. 2007.83刘成江. 75t/h循环流化床锅炉折焰角积