远射程水力吹灰器在华能德州电厂的应用

      华能德州电厂#5、#6机组投产初期锅炉结焦严重，通过一系列的综合治理锅炉结焦程度明显减轻，但对机组的安全运行仍有威胁。在无法彻底解决结焦问题的情况下，只有被动采取去除水冷壁上的结焦的办法来防止结焦影响机组安全。而除掉锅炉水冷壁结焦的一种有效手段就是吹灰，本文介绍了该厂应用的一种新型吹灰除焦方式—远射程水力吹灰器，从设备系统布置、原理、应用情况等几个方面进行了阐述。现场使用情况表明，该型水力吹灰器对除掉炉膛受热面的结焦效果比较明显，有效地解决了结焦对锅炉安全稳定运行的影响。

关键词：水冷壁　结焦　吹灰器

       1　德州电厂锅炉设备情况
       华能德州电厂三期660MW机组#5、#6锅炉是德国BBP公司设计的亚临界汽包炉，设计煤种为低挥发份贫煤，采用自然循环、π型背靠背布置、一次中间再热、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、尾部烟气挡扳调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置，锅炉的制粉系统采用双进双出冷一次风机正压直吹式系统。
      炉膛宽度23120mm，炉膛深度15600mm，水冷壁下集箱标高为3900mm， 前墙、后墙炉顶管中心标高分别为69354mm、67800mm，在标高36.7m至53.7m区域采用内螺纹管，在标高17.0m至38.5m范围内铺设有卫燃带。
      锅炉燃烧系统按双进双出冷一次风机正压直吹式系统设计。在炉膛前墙、后墙上分别分三层布置有24只旋流式DS燃烧器，煤粉和空气从前后墙送入，在炉膛中呈对冲燃烧。
由于设计原因，自2002年下半年投运以来，#5、#6锅炉锅炉结焦严重。因掉焦引发锅炉灭火4次、捞渣机严重损坏3次、水冷壁损坏7次均导致机组非计划停运。初期一次掉焦停炉，炉膛内可清理出大约200吨炉焦。由于结焦原因直接或间接引起的非停时间2242小时、耗燃油1879吨、耗除盐水13580吨。
      为保证锅炉的安全运行，在防止结焦上，各方面做了大量工作，采取多种措施，如在运行调整、煤种变化、入炉煤中加入添加剂等外在因素方面，及对卫燃带前后进行了两次改造等内在因素方面做工作。虽然以上措施的采取，炉内温度有所降低，结焦状况有了明显改善，考虑到锅炉燃烧的稳定性与热负荷的分布，炉内保留一定面积的卫燃带是必须的，但结焦问题未能从根本上得到解决，虽然因结焦引起机组停运次数明显减少，但并没有杜绝掉焦造成水冷壁和捞渣机的损坏，依然威胁着机组的安全运行。在不能从根本上解决结焦情况下，电厂被动采取及时清理炉墙挂焦方法，决定在#5、#6锅炉的炉膛内增设远射程水力吹灰器，以便及时清除结焦，减少水冷壁挂焦量，避免大型焦块脱落对水冷壁和捞渣机的损坏。
      2003年电厂经过广泛收资，充分了解了当前各种吹灰器的应用情况，选用了德国CLYDE技术，在锅炉的炉膛前后墙和两侧墙上共布置12台德国克莱德贝尔格曼机械有限公司制造的12台WLB90（WATER LANCE BLOWER 90）型吹灰器。该型吹灰器已在国内8台200MW-800MW机组锅炉上安装使用，使用情况比较理想。#6炉水力除焦设备已于2003年11月投运，经过一段时间的使用，初步解决了卫燃带上结焦清除的难题，挂焦量明显减少，基本不影响机组稳定运行，再没有发生因结焦原因引起停炉事件。
       2　WLB90型远射程水力吹灰器的原理
       2.1　吹灰器工作原理
      WLB90型远射程水吹灰器布置于炉膛四周的水冷壁上，将高压水流喷射到炉膛对面和相邻的角落。通过喷头在左右和上下方向上改变角度，使水流在对面墙上近似方形的区域里留下一条或多条齿型的轨迹（图1），可清洗近400m2  的区域，效率远比一般吹灰器高，冷水流冲击到炉膛的沉积物上，会产生很大的温度应力，使所沉积的灰焦产生龟裂，另外水流可渗透到灰焦的缝隙中，然后受热蒸发，由于汽化速度很快，相当于一个微型的爆炸，将灰焦松动，最后借助于水流的冲击力将灰焦冲掉。

      图1　WLB型远射程水力吹灰器吹扫轨迹

       2.2　远射程水吹灰器的特点
      以前国内的吹灰器多以蒸汽或压缩空气为介质，对燃用一些结焦不强的煤种很合适，而对那些粘度很高、较难清除的积灰、结焦则显得力不从心。新式的吹灰器以水为介质，由于水相对于灰渣的温度差大，在灰渣缝隙中猛烈汽化时可将灰渣松动，而且水流的动量比蒸汽大的多，可以轻松将灰渣冲掉，吹灰效果比较好。
      远射程水吹灰器在工作时一次可吹扫炉膛近400m2的区域，效果远比一般吹灰器高，使系统大大简化，也节约了投资及以后运行和维护费用。
由于新型远射程水吹灰器只需要在水冷壁合适的区域开一个孔就可将对面水冷壁全部清洗干净，所以系统布置起来灵活性很大。由于吹灰时的水流轨迹都是由软件设计的，修改非常方便，因此可以根据实际运行效果灵活地进行调整。
      WLB90远射程水力吹灰器的投运，对锅炉运行参数、卫燃带和水冷壁管的影响是必然的，通过掌握的资料分析，不会造成大的问题。
      通过已经在各地成功使用的该型吹灰器的投运情况看，只要保证一定的投入条件，如要求锅炉负荷在80%以上，适当增大炉膛负压至70～100Pa,水吹灰器不会对炉膛内正常燃烧工况产生影响。但是,由于炉内结焦、积灰的脱落，对于汽包水位有一定影响，同时偶尔会影响到机组的负荷。
       2.3　吹灰时水流均匀对水冷壁影响小
       对于WLB30型吹灰器，由于是将水流喷射到炉膛的对面，整个区域内水流行程相差不多，所以吹扫比较均匀，吹扫过程不需要调整水压。
      关于水流对水冷壁的损伤问题，主要担心冷水流喷射到水冷壁上温度应力过大，造成水冷壁管表面龟裂，对此，德国贝尔格曼公司作了针对性的试验。他们首先在SK85型和WLB30型两种吹灰器共同工作的水冷壁区域内安装了许多热电偶，然后记录了各吹灰器在吹扫前后的电热偶的温差。对SK85型吹灰器不同的喷口尺寸下温差如下表。对于WLB30型水吹灰器，清洗前后的热电偶的最大温差为5度,这可以说明新型远射程水吹灰器的清洗效果比较均匀，对水冷壁表面的温度影响小。
附表：测量记录
管口尺寸（mm） 最小温差（Co  ） 最大温差（Co）
         4          11          142
         5          12          213
         6          13          168
      注：温差较大的是水流直接喷射到热电偶上引起的
      德国Welsweiler电厂的锅炉从1975年开始安装SK85型水吹灰器，1991年电厂对SK85型水吹灰器工作区域内3.0×1.5m2的水冷壁进行了探伤检测，结果未发现任何裂纹。这说明经过每天投运3次，共17年的运行，SK85型水吹灰器未使水冷壁因温度应力产生裂纹。如前所述，WLB型远程水吹灰器对水冷壁表面温度的影响远比SK85型小，所以不存在使水冷壁产生龟变的危险。
       3　德州电厂远射程水力吹灰器布置方案
       安装标高为27米处，其中锅炉前墙在61和62燃烧器之间、63和64燃烧器之间、相同高度在炉左、右侧墙两侧墙的中心位置、后墙51和52燃烧器之间上部、53和54燃烧器之间上部各装设一只吹灰器，#5炉编号从前墙左侧开始，逆时针方向依次为WLB01－WLB6。(#6炉编号为WLB07-WLB12)。每只WLB90型吹灰器以吹灰管为中心,上下左右各450旋转，射程为29米。6台WLB90吹灰器的有效吹扫范围可覆盖锅炉前后墙及左右侧墙14.3米至39.7米标高的所有炉膛卫燃带区域。
根据炉墙实际情况每只燃烧器共编制3-7条吹扫曲线，每条吹扫曲线吹扫时均从下部开始，由下至上吹扫。吹扫曲线绕过喷燃器口及其它检测设备专用孔。
     

      水力除灰系统配备两台变频的水力除灰泵，控制盘表面设有系统压力高、压力低报警灯和水力除灰泵的事故按钮。控制盘的显示屏可以监视系统压力定值和实时值。控制盘上设有除灰泵的“程控”、“解除”和“就地”切换开关，水力除灰时，切换开关切至“程控”位置。
克莱德公司供货范围：12台WLB90型远射程水力吹灰器 、12套WLB90吹灰器管路阀门及附件、12套压力控制装置、1套程序控制装置。
      吹灰器设计运行参数：吹扫介质为水、设计吹扫压力3Mpa；单台吹灰器运行时间480s、单台吹灰器吹扫时间450s；推荐运行吹扫压力前后墙2.5MPa、两侧墙3.1 MPa ；喷嘴直径前后墙14mm、两侧墙18 mm；单个吹灰器运行设计流量前后墙8.1kg/s、两侧墙16 kg/s；单个吹灰器运行的耗水量前后墙3645kg /次，两侧墙7200 kg /次；一次吹扫循环全部吹灰器的耗水量28980 kg，一次吹扫循环全部吹灰器的总运行时间32分钟。
      辅助系统设置：水源计划采用机侧至干灰系统的循环水，配两台变频增压除灰泵，一台运行一台备用。增压泵系统布置在#5炉#6炉之间，管道沿消防水管道等布置到锅炉四周，水力吹灰器就地设备系统根据现场情况增加维护操作平台，远射程水力吹灰器控制系统主机放置在集控电子间，控制画面显示器放置于主控室控制台附近。
      供货周期及改造时间：远射程水力除焦器本体设备1.5-2月，电磁阀3-4月，增压泵1-2月。整套水力除焦器设备的安装、调试约需7天时间，总需停炉时间为12-15天。
       4　德州电厂远射程水力吹灰器应用情况
       4.1　试运行情况
       #6炉远射程水力吹灰器投运以后，观察炉膛卫燃带的结焦情况,前后墙基本无大块结焦，两侧墙有结焦，不严重，估计为吹灰压力低的原因。#6炉运行中，未发生掉大焦的情况。#5炉投入使用后，发生两次落大焦的情况，冷态调试质量很好，热态运行有结焦存在，估计是也是吹灰压力不高造成，只要是稳定压力，每天吹扫两次，问题得到解决。多次实验发现，吹灰对锅炉燃烧稳定影响不大，但影响水位较重，也影响汽温，严重时影响机组负荷，估计是灰焦脱落对吸热量影响大造成，通过改进一些曲线，基本解决了问题。
 远射程水力吹灰器

       4.2　故障及处理
       水力除焦系统压力波动大。2月10日试投水力除焦时,在未开电磁阀的情况下母管压力波动0.5-0.7Mpa,在电磁阀打开时,压力波动0.3-0.5Mpa.在电磁阀打开或关闭时造成系统压力高于高限(3.5Mpa)或低于低限(2.4Mpa),除焦泵跳闸,无法进行正常的水力除焦。联系配电班调整除焦泵变频器参数,效果不明显,最后将变频器参数恢复到原数值。对水力除焦系统进行检查,查找原因,发现运行除焦泵的泵体和出口管道，以及再循环管道温度很高。分析原因为:由于#5机组启动后,#5、#6机组每天进行两次除焦,总运行时间约12小时。除焦泵运行时间长,大部分时间除焦泵在空负荷情况下运行，虽然在泵出、入口管间装有再循环门，但是该管道离泵出入口太近，且流量较小，泵长时间运行时泵体内由于叶轮的机械摩擦产生的热量无法及时被带走，造成泵附近从入口放水管到出口放水管之间的水流一直打循环，温度逐渐升高，造成除焦泵汽化，导致母管压力大幅波动。2月11日试投水力除焦时，将泵出口放水门开启一个，保证运行的除焦泵内始终有冷水流过，泵体温度正常，系统母管压力正常，通过以上手段调整后母管压力在除焦时波动约0.05 Mpa，不除焦时波动约0.1-0.3 Mpa，正常，以上调整已做为临时措施执行,等系统改造后再进行适当修改。截至11日16:00分，#5、＃6炉水力除焦各一遍，没有发生报警程序中断现象。
       4.3　曲线调整情况
       曲线调试完成后,投运时发现#5炉#4吹灰器第三条曲线除焦时对前墙火焰电视镜头影响，通过观察发现该曲线的第7-15行(该曲线共19行)吹扫时,影响电视镜头，对7-15行进行了适当修改,进行了缩短，再次试投时,对火焰电视镜头已构不成危害,该曲线正常投入。
       5　结束语
       从以上论述,综合可以看出，新型远射程水吹灰器在使用上，有着吹灰效果好、效率高、布置方便、调整灵活等众多优点，特别是针对当今大型电厂锅炉，需要清扫的水冷壁面积很大，应用这种吹灰器可充分发挥其吹扫面积打的优点，可简化系统、节约投资。德州电厂选用的WLB90型远射程水力吹灰器初步解决了去除卫燃带上结焦的难题，稳定了机组的运行,没有带来大的隐患,这种吹灰方法可称为当前大型电厂锅炉上的一种安全可靠、适用性强且比较成熟的一种炉膛打焦方法,值得推广应用。