声波吹灰技术在1000MW机组电厂的应用探索
陈建江  洪道文  王国友
(华能玉环电厂，玉环 3XXXXX)

摘  要：针对历次检修中锅炉尾部受热面蒸汽吹损严重的现象，通过广泛的技术调研，对某百万千瓦机组锅炉进行了声波吹灰的改造。结果表明，通过调整运行方式可以在保护受热面不受损伤的基础上取得较理想的吹灰效果，既保证了机组的安全运行，又不对锅炉经济性产生较大的影响。
关键词：超超临界；锅炉；声波吹灰
Application Exploration of Sonic Soot Blowing Technology
in a 1000MW Thermal Power Generating Unit
Chen Jian-jiang 1  Hong Dao-wen 2 Wang Guo-You3

Abstract: For the phenomenon of boiler tail heating surfaces losses caused by steam soot blowing found in previous repairs, the retrofit of sonic soot blowing was carried out in a 1000MW power plant unit through extensive technology research. The retrofit results show that considerable soot blowing effect could be obtained throught adjusting operation mode based on no losses happened on the heating surfaces, this technology could ensure the safe operation of generation unit and also has no evident impact on economic operation of boiler.
Keywords: Supercritical; boiler; sonic blowing...

    某电厂共装有四台1000MW级超超临界机组，其锅炉为由哈尔滨锅炉厂有限公司引进三菱重工业株式会社（Mitsuibishi Heavy Industries Co. Ltd）技术设计制造的变压运行直流锅炉，锅炉型号HG-2953/27.46-YM1，采用П型布置、单炉膛、低NOx PM主燃烧器和MACT燃烧技术、反向双切园燃烧方式、一次中间再热。锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，燃用神府东胜煤、晋北煤。历次检修发现，锅炉尾部部分受热面由于距离蒸汽吹灰器较近，受到吹灰蒸汽的长期冲刷，吹损情况较为严重。因尾部受热面蒸汽吹灰器空间布置难以调整，大规模安装防磨盖板难度较大，受施工空间、粉尘等因素限制难以保证受热面喷涂施工质量等原因，通过广泛的技术调研，电厂考虑对尾部受热面安装声波吹灰改造。

1. 锅炉蒸汽吹灰情况

1.1  蒸汽吹灰器布置
    锅炉共布置有116只炉膛蒸汽吹灰器，56只长伸缩式蒸汽吹灰器和4只回转式空气预热器用蒸汽吹灰器。尾部受热面隔墙布置，炉前侧低温再热器布置于尾部竖井中，水平低再共240片，每片由6根管子组成，节距为133.5mm, 管子规格为φ63.5mm，分下、中、上三组，材质依次为SA209-T1、SA213T12及SA213-T22，壁厚为3.5~4.1mm。水平低再出口端与立式低再相接。立式低再共有120片，节距为267mm，管径为63.5mm，材质为SA213TP347H，壁厚为3.6mm。后竖井中的水平低温过热器入口集箱，流经水平低过的下、中、上管组。水平低过蛇形管共有240片，每片由5根管子组成，管子为φ50.8，节距为133.5mm，壁厚为8.1~8.4mm，材质为SA213T12，由水平低过的出口段与立式低过相接，管径亦为φ50.8，节距为267mm，以降低烟速，材质也是SA213T12。尾部低温过热器，低温再热器 共布置36套RL-SL长伸缩吹灰器，低再侧16套，低过侧20套。 吹灰器与管屏距离较小值514mm。
1.2  蒸汽吹灰器对受热面的吹损

图1蒸汽吹损部位照片
    四台锅炉低温再热器第2、3、4仓及低温过热器第2、3仓受热面管子，被吹灰蒸汽吹损严重。从历次检修中发现，被吹灰蒸汽吹损部位、规律基本类似，而由于低温再热器管排横向间隙比低温过热器管排横向间隙偏小，低温再热器吹损更为严重。以低温再热器吹损部位为例，被吹灰蒸汽吹损严重部位多达11处，其吹损具体位置如图1所示。
    ①低温再热器固定装置与省煤器悬吊管耳板之间的第一根管子普遍被吹灰蒸汽吹损，较严重的残余壁厚仅0.9mm，图2描述了该处被蒸汽吹损的现场情况，吹损具体部位如图1中序号2所示。

图2 尾部受热面吹损示例A

    ②低温再热器在紧靠省煤器悬吊管处的第2至8根管子被普遍吹损，较严重的残余壁厚仅1.0mm，并有继续扩展至其他管子趋势，现场吹损情况如图3所示，具体部位则如图1中序号1、3、7、10所示。

图3 尾部受热面吹损示例B

    ③低温再热器吹灰器上方第2-6根管子，吹灰器下方第2-3根管子普遍被吹灰蒸汽吹损，较严重的残余壁厚仅1.0mm，并同样具有继续扩展至其他管子的趋势，图4即描述了检修当时的现场吹损情况，其具体部位亦如图1中序号5、6、8、11所示。

图4 尾部受热面吹损示例C

    ④中间隔墙管子及刚性梁被普遍吹损，详细现场情况如图5所示，具体部位则如图1中序号9所示。

图5 尾部受热面吹损示例D

1.3  受热面吹损原因与初步处理
    锅炉尾部烟道受热面被吹灰蒸汽吹损的重要原因为长伸缩式吹灰器距离管排距离较近，较小距离仅为493.5mm。以上被吹灰蒸汽吹损严重的紧靠省煤器悬吊管处的第2至8根管子及长伸缩式吹灰器上方的第2-6根管子，由于该处结构复杂，检修空间狭窄（管排横向间隙仅为70mm），很多区域无法检测，极可能留下隐患死角。对此问题，初步采取了对吹损超标的管子进行更换、加装防磨盖板、冷喷涂、降低吹灰压力及吹扫频率等防范措施，但仍不能解决蒸汽吹灰吹损受热面问题。更换管子及加装防磨盖板只能就第1至3根管子进行，换管及加装防磨盖板十分困难，施工工作量大，检修成本非常高，且检修质量很难保证。譬如，2010年#1机组C级检修期间，#1锅炉低温再热器按检修标准需换管398根，但由于检修工作量大、工期紧及换管位置过于集中，并且换管及加装防磨盖板难度很大（需拆下大多数低温再热器固定装置、管夹、固定块等，并且将每片管排用手拉葫芦拉开），仅仅更换了相对较严重的239根管子，当时低温再热器的检修现场如图6所示。而通过降低长伸缩式吹灰器的吹灰压力及吹扫频率，诚然其可减轻受热面吹损，但如进一步降低吹灰压力及吹扫频率将不能保证尾部烟道受热面吹扫效果及锅炉排烟温度在合格范围内。同样，对第四层至第八层管子进行了冷喷涂，但由于施工空间、粉尘等因素限制很难保证施工质量，涂层很难保证该处管子不被吹灰蒸汽进一步吹损。

图6 低温再热器检修现场

1. 声波吹灰

    针对锅炉尾部烟道受热面被吹灰蒸汽吹损的严重问题，如不采取有效措施，锅炉尾部烟道受热面被吹灰蒸汽吹损将无法控制，尾部烟道受热面健康水平将无法得到保证。为解决此问题，持续保证尾部烟道受热面的健康水平及机组长周期安全运行，同时减少尾部烟道受热面每次检修工作量，通过调研加装对锅炉受热面无任何吹损的大功率声波吹灰器是必要的和有效的措施。

2.1  DSK-6型声波吹灰器原理及特性
    DSK-6型高效能免维护大功率声波吹灰器，它的清灰原理是将一定强度和能量的声波送入运行中的锅炉炉内各种可能积灰结渣的空间区域，通过声能量的作用使这些区域中的空气分子与粉尘颗粒产生振荡，并破坏或阻止粉尘粒子在受热面管子表面沉积，使之始终处于悬浮流化状态，被烟气带走。对于受热面上原已结成片(块)状灰渣和硬灰垢将在声波的作用下，尤其是在极高的加速度的外力策动下，从受热面断裂、剥离,落入灰斗或被烟气带出烟道。该型声波吹灰器发声效率高、功率大，其有效空间为前小后大的半个椭球形体，在炉墙附近的球体径向直径为7-9米，前方轴向长度为14-18米，能够有效清除包括受热面管子背后及狭缝、边旁角落的积灰；由于所采用的声波频率范围避开了锅炉本体设备和管束的本征频率，不会引发设备和管束的共振，同时对锅炉受热面管子无冲刷，炉外噪声低于我国噪声标准。

2.2  声波吹灰改造方案
    为有效遏制尾部受热面存在的普遍吹损现象，控制检修费用，同时给机组长周期安全运行创造条件，电厂首先在#2机组锅炉低温再热器第2、3、4仓安装DSK-6型大功率声波吹灰器24台。其中低再第2仓布置4台，低再第3仓布置10台，低再第4仓布置10台。由于声波吹灰器对动力气源的质量要求不高，允许含油、含水，同时该厂飞灰输送增容空压机系统有富余气量，并且压力满足要求，因此声波吹灰器气源可取自飞灰输送增容空压机系统。声波吹灰器运行方式采用自动化控制，每对声波吹灰器1次工作时间为3分钟， 周期为3小时, 24小时如此循环反复。该区域加装声波吹灰器后，将以声波吹灰方式为主，降低该区域长伸缩式吹灰器吹灰频率（由每天吹灰一次降为每周二次或更低，甚至停运），保证锅炉尾部烟道受热面不被吹灰蒸汽进一步吹损。图7为尾部受热面所安装的声波吹灰器示意情况。 
 
图7 现场安装的声波吹灰器
2.3  声波吹灰效果示例

图8 低温再热器第4仓安装声波吹灰器前积灰照片

图9 低温再热器第4仓安装声波吹灰器后积灰照片

    图8~9分别描述了#2锅炉低温再热器第4仓安装声波吹灰器前的积灰情况与2010年#2机组国庆调停期间低温再热器检查时第4仓的积灰情况。如图所示，通过安装声波吹灰器前后管排积灰的对比可知，声波吹灰器不仅对管排上松软积灰悬浮流化作用明显，而且对管排上板结积灰具有显著剥离作用，因此声波吹灰效果良好，可降低安装声波吹灰器区域长伸缩式蒸汽吹灰器吹灰频率（由每天吹灰一次降为每周二次或更低，甚至停运），能够有效防止该区域锅炉受热面进一步被吹灰蒸汽吹损，有效防止锅炉四管漏泄事故的发生，保证机组的长周期安全运行。

1. 改造评估结论与建议

    电厂邀请第三方单位就安装声波吹灰器对锅炉安全运行、经济性、投资收益等因素的影响进行了综合评估(主要针对#2锅炉)，得出了如下重要结论与建议：
    1) 所采用的声波吹灰方式对受热面管子无磨损，减轻了低温再热器区域的蒸汽吹损，大大降低了检修维护压力，有效降低因蒸汽吹损尾部受热面造成的锅炉四管漏泄事故的发生，能够保障机组的安全运行。
    2) 当低温再热器区域处于声波吹灰同时复合一周二次的蒸汽吹灰时，相对历史同期的相同负荷而言，该处受热面入口和出口的烟气温差加大、工质的焓升亦有所增加，因此该区域换热器表面的洁净程度与历史同期相比至少应该是大致相当。
    3)低温再热器区域单独声波吹灰方式并没有将该区域换热器的表面洁净度控制在较佳值，通过其他方式（如一周二次的蒸汽吹灰）其仍有提高的余地。也即在声波吹灰的基础上仍需要蒸汽吹灰作为辅助，声波吹灰不可完全替代蒸汽吹灰。
    4) 通过与未安装声波吹灰器的1#、#4锅炉对比，发现2#低温再热器出口的整体烟气温度要低许多，这从横向的角度也表明了2#锅炉低温再热器区域所装设声波吹灰器对于该区域换热器表面灰污程度的控制至少是具有积极作用的。
    5) 18台RL-SL型长伸缩式吹灰器按照原先一天一吹的运行方式每年所需投入的费用约为113万元，而若改用声波吹灰附加一周二次的蒸汽吹灰方式则其每年的运行、检修等费用约为43万元，声波吹灰总投资260万元可以在约4年的时间内收回。

参考文献
    [1] 浙江省电力试验研究院. 华能玉环电厂#2锅炉声波吹灰改造评估报告 [R]. 2010年6月.

    作者简介：陈建江（1967年7月－  ）男，浙江 上虞人 高级工程师，从事电厂锅炉专业工作。