锅炉的蒸汽吹灰方案

锅炉的蒸汽吹灰方案摘要：本文简要介绍目前电站锅炉吹灰方案的现状和存在问题，以及应如何合理制订吹灰方案，首次提出将工业用摄像探头用于监视炉内积灰结渣情况，以使吹灰更具针对性，达到用较小的吹灰成本得到较高的经济效益。关键词：燃煤锅炉蒸汽吹灰吹灰方案前言：电站锅炉燃用煤质含灰量、硫量较高，运行中容易引起受热面沾污积灰、结渣、腐蚀和磨损。积灰、结渣一方面将降低受热面传热效率，使炉膛及各级受热面吸热量减少，进而导致炉膛出口及各级受热面进出口烟气温度升高，锅炉效率下降；另一方面沾污积灰会使省煤器、空气预热器堵塞，使辅机电耗增加，此外，积灰、结渣还会使受热面表面温度增高，导致受热面管壁超温和高温腐蚀甚至爆管；较大的渣块坠落还会影响锅炉的安全运行，甚至发生人身及设备重大不安全事故。因此，电站锅炉多采用吹灰器，在运行过程中，对受热面进行周期性吹扫，使其保持在合适的清洁状态，以提高运行的安全经济性。吹灰器有多种型式，本文重点讨论蒸汽吹灰器。1.吹灰方案现状及存在问题据考察了解，目前在大多电厂锅炉蒸汽吹灰方案的制订方面，是根据锅炉制造单位所提供的设计说明书中的要求或根据其它已投运电厂类似设备的运行经验制订，这些做法实际上可能都带有盲目性，人为因素起了相当大的作用。因为，锅炉制造单位在设计锅炉时，根据设计煤质的特性，结合以往已有经验，在设备结构方面已采取了必要的技术措施，以防止受热面沾污积灰、结渣。根据燃用煤质的不同，设计方面采取的技术措施不同，吹灰只是作为一种辅助手段，是对技术措施的补充。如此做法也是不得已而为之，因为炉内燃烧过程是一种极其复杂的物理化学过程，燃煤特性、锅炉结构、炉内温度水平、空气动力工况等因素，都影响受热面的沾污积灰与结渣状况。因此，电厂在制订吹灰方案时，应根据本厂设备的实际运行情况，否则将可能出现一些负面影响，比如：按锅炉制造单位所提供的设计说明书中的要求，规定每班吹灰1次，但从运行的实际情况看，必要性欠妥。原因是：有些电厂其锅炉设备运行时沾污积灰轻微，有些电厂其锅炉设备运行时，部分受热面区域沾污积灰轻微，部分受热面区域沾污积灰严重，有些电厂机组参与调峰，每天高低负荷区间交替出现，且在高低负荷区间的运行时间也不断变化。众所周知，低负荷运行时，炉内温度水平相对较低，炉内受热面上的部分灰渣将自行脱落。而对大多数锅炉设备来讲，炉膛沾污积灰甚至结渣恰恰是影响排烟温度的主要因素。在这种情况下，无选择的按规定每班吹灰1次，显然将导致能源浪费，受热面管壁磨损减薄，甚至也是导致某些电厂锅炉受热面爆管的原因；有些电厂规定每天吹灰1次，且要求吹灰时，锅炉负荷一般应在额定负荷的75%左右，这样运行人员基本将吹灰安排在每天上午，在此时间段吹灰，显然针对性相对较差，能源浪费较多，原因是：一般来讲，每天0时至6时左右，锅炉大都在半负荷或者更低负荷运行，在此期间炉内温度水平相对较低，炉内受热面上的大部分灰渣已自行脱落；有些电厂则是由运行人员根据运行情况确定何时吹灰，吹哪一部分受热面，虽也有一些人为因素，但其针对性比上述情况相对较好；有些电厂根据设备特点，停用或停用部分吹灰器；有些电厂根据设备特点及吹灰器运行情况，适当降低吹灰蒸汽压力，这些情况也都有一些人为因素，也应进一步进行经济性评估。从蒸汽吹灰所用汽源来讲，有些设计也存在问题，主要是汽源压力过高，需通过减压阀进行减压，有的设计中，汽源压力与蒸汽吹灰器设计使用压力相差将近10倍，这样一方面能量损失太大，另一方面，一旦发生内漏，将对受热面的安全运行有较大影响。2.制订吹灰方案应考虑的因素制订合理的吹灰方案，应综合考虑吹灰所用蒸汽的能量损耗、吹灰器所用驱动装置的能量损耗、吹灰器磨损、吹灰后锅炉效率的提高即吹灰后锅炉运行时节省的能量，锅炉运行的安全性以及因吹灰而造成受热面管壁磨损、管子使用寿命缩短等情况，即将所有因素都折合成经济成本，这样经济成本最小时的吹灰时间间隔即为最佳吹灰周期。由于目前就吹灰对管壁寿命的影响及吹灰器磨损等因素，还难以给出定量关系，即难以折算成经济成本。本文将主要从如何使吹灰所用蒸汽的能量损耗相对较少，而使吹灰后由于锅炉效率的提高，所节省的能量相对较多，即主要从能量增益方面，并兼顾考虑受热面管使用寿命等因素来讨论如何制订吹灰方案。对于因沾污积灰速度较快又较严重，导致设备管壁温度超温或其它不安全问题，比如掉大焦块等的这部分锅炉设备，制订吹灰方案时，考虑的首要因素应是运行的安全性，为了设备安全，即使吹灰周期较短、能耗较大，也必须进行吹灰。因为从机组运行的整体经济性考虑，只有保证安全运行才能获得最大效益。如果为了节省吹灰所用蒸汽能量，而使受热面管壁温度经常超温导致管子使用寿命缩短或经常爆管、使设备因掉大焦块导致灭火停运或引发其它不安全事故，比如砸坏受热面管或人身伤亡事故等，都将导致更大的损失。不考虑其它间接损失，仅锅炉启动一次所用燃油费用就相当高。当然对于此类设备应在适当时侯对其进行改造，改造前应进行经济技术评估论证。3.制订吹灰方案时应进行的工作吹灰过程是用一定量的蒸汽能量消耗来改善受热面的清洁程度，以提高换热效果，吹灰周期较短即吹灰次数较多，会影响受热面的寿命，并带来不必要的能量消耗，但吹灰周期过长，又会使排烟温度升高，使运行经济性变差。因此根据锅炉运行情况存在一最佳吹灰周期，按此进行吹灰，将使能量损耗最小。这可通过专项试验确定，如不进行专项试验，也可通过简单计算对电厂所制订的吹灰周期进行初步经济性评估。从主要能量方面考虑，除特殊情况外，一个吹灰周期内，因吹灰而使锅炉设备运行增加的能量收益，应大于或至少应等于吹灰所用蒸汽消耗的能量。如不满足此条件，则说明电厂制订的吹灰方案有待进一步改进。为了使吹灰方案更加合理，更适合电厂的实际运行，制订吹灰方案时应进行下列工作。1）进行锅炉燃烧优化调整，寻求合理的运行方式，以减轻受热面积灰和结渣的速度和程度。2）在锅炉燃烧优化调整的基础上，对锅炉设备进行专项试验，通过试验，了解不同负荷情况下，锅炉各受热面的沾污积灰特性，以及达到平衡时的沾污积灰程度，运行时间，排烟温度、蒸汽温度及减温水量变化数值及规律，辅机电耗变化情况等，并计算此运行区间内，由于沾污积灰引起的能量变化。为便于计算，可采用如下简化方案：假定每次吹灰后受热面的清洁程度相同；每一计算过程所考虑的时间段从前次吹灰刚刚结束至排烟温度再次达到吹灰前的温度水平为止所运行的时间，不考虑吹灰所用时间；认为从吹灰结束至排烟温度重新达到吹灰前温度水平的这段时间内排烟热损失的变化速度是线性的，即这段时间内锅炉效率的变化是线性的；锅炉负荷稳定、燃烧工况稳定。这样锅炉在这段运行时间内，由于吹灰所带来的能量增益，即为吹灰刚结束至排烟温度重新达到吹灰前温度水平这段运行时间内锅炉效率的平均增加值与这段运行时间的乘积；辅机电耗变化可通过辅机电流变化计算。对锅炉设备局部受热面吹灰所带来的能量增益计算与前述原理相同。3）确定吹灰所用蒸汽引起的能量损耗，包括蒸汽能量损耗、吹灰器驱动机构能耗、吹灰器磨损，由于后两项能耗相对较小，初步计算时可只考虑蒸汽能量损耗，蒸汽能量损耗可根据每只吹灰器的蒸汽耗量计算得到。4）将上述各项能量折算成标准煤量，对其增益和损耗进行比较，并适当考虑吹灰对受热面管壁使用寿命的影响，确定不同负荷运行时的吹灰周期。并将确定吹灰周期时所用参数作为基准参数，以便随着设备运行情况的变化对吹灰周期进行适时调整。在上述工作的基础上，如能安装工业用摄像探头（配冷却保护装置，并可自由旋转），定时伸进炉内，使运行人员能对炉内各部分的沾污积灰情况有直观了解，更有针对性的进行吹灰，其效果将更好。一般来讲，全面吹灰一次，在吹灰过程刚结束时，因设备不同，锅炉排烟温度可比吹灰前降低15℃左右，锅炉效率提高约1个百分点左右。此后随着运行时间的增加，受热面重新被沾污积灰、甚至结渣，排烟温度又进一步升高，经过若干小时，排烟温度就又达到吹灰前的温度水平，此时有些锅炉设备可能出现随着运行时间的进一步增加，排烟温度基本不变或升高速度非常缓慢的情况，即进入一种自平衡状态，在这种情况下，吹灰还是不吹，以及何时吹灰，不仅要考虑能量增益，还要综合考虑吹灰对蒸汽参数及管壁寿命的影响，更要考虑对运行安全性的影响，此时便可使用工业用摄像探头对炉内积灰情况进行观察。如通过工业用摄像探头观察得知，炉内沾污积灰比较均匀，无大焦块形成，不会影响运行安全。再从运行参数看，暂时不吹灰能量损耗也较小，那么，从延长管壁寿命来考虑，就可将吹灰间隔延长，否则就应进行吹灰。对于尾部受热面吹灰，则主要根据能量增益和运行参数决定。4.结束语迄今为止，仅通过设计技术手段以及运行调整手段还不能完全解决受热面的沾污积灰与结渣，受热面吹灰仍然是电厂锅炉运行过程中不可却少的一个环节。因此，其方案是否合理，将直接影响锅炉运行的安全性和经济性，根据设备特点，制订切实可行的吹灰方案意义重大。合理吹灰可使锅炉受热面相对清洁，降低排烟温度，提高锅炉效率，降低辅机电耗、减少发生运行事故，达到用较小的吹灰成本得到较高的经济效益。参考文献：锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理和计算科学出版社1994岑可法樊建人池作和沈珞婵