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摘 要：锅炉积灰、结渣一直困扰发电行业，至今尚未得到很好的解决，随着锅炉容量的进一步增大，这一问题将更加突出，并严重威胁着电站锅炉的安全和经济运行。因此，准确判断锅炉的粘污状况，以采取相应的措施，对防止严重结垢、优化运行具有重要的意义。
关键词：积灰；流场；角度；受热；效果；原因；技术
中图分类号：TK227 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0040－02
在锅炉运行过程中，各受热面包括折焰角不可避免地存在沾污现象，为了减少因折焰角沾污造成的损失，提高锅炉机组运行的安全性和经济性，首先要求我们对折焰角积灰与结渣现象的发生机理和发生过程有足够的认识和了解。通过开发并在该锅炉上安装扰流蒸汽吹灰装置，圆满解决了积灰问题。
1 积灰原因
针对普遍存在的锅炉折焰角积灰难题，计算了堆理受热面的面积和对效率的影响，分析了造成积灰的原因，提出了综合解决这一问题的方法和途径。该型锅炉为东方锅炉厂制造的首批600 MW机组亚临界参数“W”火焰锅炉，也是世界上首批设计燃用低热值、低挥发分劣质无烟煤的锅炉。该锅炉具有炉膛宽度大，炉膛容积热负荷高等特点。投产以后，折焰角积灰严重，中部堆积达到2～3 m，两侧积灰在0.5 m左右。这不但影响受热面的吸热，而且运行中出现垮灰，造成炉膛负压波动和煤火检被干扰，严重影响了机组的安全经济运行。造成积灰的原因主要有以下几方面：
1.1 折焰角本身的流场结构和斜坡角度小
由于折焰角的存在，炉膛出口折焰角下部的烟气在该处发生急剧转向，形成明显的回流区。在设定炉内流场沿宽度方向均匀、且不考虑该区域布置受热面对流场的影响条件下，采用标准κ－ε（湍动能－耗散率）双方程模拟计算水平烟道及后竖井烟气的冷态流动。计算结果表明：回流区沿高度方向速度分布很不均匀，烟道的中上部位速度高，靠近折焰角水冷壁处的烟气流速很低；随着折焰角倾角的增大，回流区中心位置后移，回流区的高度减小。因此，回流区和贴壁低速区是造成折焰角斜坡积灰的重要原因，积灰程度与折焰角倾角有关。
由于大型电厂锅炉参数高，过热器和再热器吸热量占的份额较大，在过热器和再热器受热面的布置上存在较多困难，采用П形布置的锅炉折焰角斜坡的角度不可能很大，一般在35°左右，大大小于飞灰的安息角。该锅炉斜坡设计由两段组成，前段倾角为30°，后段倾角减为25°。在折焰角斜坡不可避免地存在积灰现象。
1.2 受热面布置不合理，烟气流速较低
由于在该区域布置有竖直受热面，在热态下，实际的流场结构与冷态计算结果有较大差异，受热面在整体上会削弱回流作用，烟气速度越高、折焰角越大，回流区高度（厚度）越小，在折焰角倾角一定的情况下，只要受热面布置合理、烟气流速设计选取得当，贴壁低速区沉积的飞灰不会很厚，其积灰是可以避免的。该锅炉折焰角斜坡积灰区布置了高温过热器和高温再热器，BMCR（锅炉最大出力）负荷下设计的平均烟气流速分别为9.45 m/s和8.50 m/s，明显偏低。对于燃用磨损性较强的无烟煤锅炉，该区的合理烟气流速应在10.5～12.0 m/s，且高温过热器和高温再热器管屏之间有1.92 m的净空间，前后斜坡角30 °和25 °分界点也正好在高温过热器和高温再热器管屏之间，烟气流速较低的含尘烟气在经过高温过热器和高温再热器的空挡时烟速进一步降低，该斜坡回流区易沉积飞灰，特别是在低负荷运行时，积灰更明显。用风速仪和短丝线冷态飘带示踪测量、观察发现，在折焰角斜坡至高温再热器之间确实存在低速回流区，在高温过热器和高温再热器管屏下部回流区的高度最大，因此该区积灰也最严重。
1.3 吹灰器刚性不足存在吹灰盲区
该锅炉宽度达34.48 m，要求吹灰器的有效吹灰行程为17.20 m。由于吹灰器长，蒸汽冷却效果相对较差，对其刚性要求高。该锅炉投产后，吹灰器运行到全行程后摆动大，与两边受热面管屏发生碰撞，吹灰进入深度受到限制，实际吹灰器推进长度只有14.0 m，存在约7 m宽度的吹灰盲区，因此在该盲区积灰厚度最大，达到2～3 m。
2 技术措施
为解决折焰角斜坡积灰的问题，曾提出进行折焰角改造和受热面布置调整方案，但因工作量大且涉及面广而被迫放弃。在此情况下，提出了在折焰角斜坡加扰流风、破坏回流区、吹起积灰的技术措施，开发了扰流吹灰装置：在斜坡水冷壁上布置与斜面平行的吹扫喷嘴，通过高速气流（蒸汽或空气）对受热面积灰进行吹扫，扰动积灰区域，使沉积的飞灰再次被扬起并随烟气带走。
为了尽可能减少吹扫次数，减轻对锅炉受热面磨损并节约吹扫介质，同时尽量减小对炉膛负压的影响，实现经济安全吹扫。采取了以下技术措施：①把喷嘴分成小组，通过阀门进行分组吹扫控制；②在每组吹扫部位安装用于监视积灰程度的热电偶，根据需要进行吹扫，即安装监视积灰厚度变化的热电偶来判断积灰程度，科学合理地进行吹灰。该吹扫系统的控制全部进入DCS（分散控制系统），可实现自动和手动吹灰。
该技术方案委托东方锅炉厂具体设计，2007年首先在2号锅炉大修期间进行安装和调试。在进行调试后发现，该系统设计存在严重不足，吹扫效果不好。通过现场吹扫喷嘴结构改进和管路、喷嘴布置的改造，并选用合适的吹扫介质，使该系统得到完善和正常运行，并在1号锅炉上也得到推广。该系统吹扫介质为来自辅汽联箱的过热蒸汽或压力大于0.60 MPa的压缩空气，它由吹扫介质管道输送系统、吹扫喷嘴、测温装置和吹扫控制器4部分组成。吹扫介质管道输送系统是连接吹扫介质与吹扫喷嘴的管道系统及附件，它主要由金属管道、压力调节阀、吹扫阀、温度及压力测点所组成，其中吹扫阀执行吹扫控制器的指令。吹扫喷嘴的周向前后设置了2个供吹扫介质喷出的小孔。测温装置用于测量斜坡、水平烟道表面沉积飞灰层的温度，通常采用热电偶。
3 运行效果
自该装置投运后，在运行过程中，当DCS上热电偶显示的积灰温度降低到设定值时，即可手动或自动启动扰流吹灰装置，依次开启吹扫阀，每组进行定时吹扫，启动后可立即观察到热电偶温度升高，一般经过4 min吹扫后温度达到最高值，稳定一段时间后停止吹扫，之后随着积灰厚度增加，测温热电偶的温度逐渐降低，吹灰时温度变化曲线见图1。该装置投运后未再发生斜坡、水平烟道积灰和垮灰现象，在停炉前进行一次吹扫，停炉检查，斜坡受热面非常干净。在机组正常运行350～600 MW负荷时，吹扫对炉膛负压没有影响，煤火检可正常工作，也无需投油稳燃，积灰问题得到了彻底解决。
4 结束语
综上所述，火电厂和积灰严重影响着锅炉运行的安全性和经济性，也是长期困扰人们的难题之一。折焰角存在回流区、倾角小、受热面布置不合理、烟速低和吹灰器存在吹灰盲区是造成积灰的主要原因。通过开发并在该锅炉上安装扰流蒸汽吹灰装置，积灰问题得到了圆满解决。
图1 扰流吹灰温度变化曲线
参考文献：
［1］鲁文华.电站锅炉受热面积灰、结渣在线监测的研究与应用［D］.华北电力大学（北京），2002.
［2］陈宝康.电站锅炉受热面污染监测及优化吹灰的理论与实验研究［D］.华北电力大学（河北），2004.
（编辑：王昕敏）
On the Program to Solve the Problem of Boiler Fouling in Power Plant
Xue Liang
Abstract: The boiler fouling and slagging has been plagued by power generation industry, has not yet been satisfactorily resolved, with the further increase in boiler capacity. This problem will become more prominent, and a serious threat to the safety and economic operation of power plant boiler. Therefore, to accurately determine the boiler dirt conditions to take the appropriate measures is of great significance to prevent serious scaling and optimal operation.
Key words: fouling; flow field; angle; heat; effect; reasons; technology
关键词：积灰；流场；角度；受热；效果；原因；技术
中图分类号：TK227 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0040－02
在锅炉运行过程中，各受热面包括折焰角不可避免地存在沾污现象，为了减少因折焰角沾污造成的损失，提高锅炉机组运行的安全性和经济性，首先要求我们对折焰角积灰与结渣现象的发生机理和发生过程有足够的认识和了解。通过开发并在该锅炉上安装扰流蒸汽吹灰装置，圆满解决了积灰问题。
1 积灰原因
针对普遍存在的锅炉折焰角积灰难题，计算了堆理受热面的面积和对效率的影响，分析了造成积灰的原因，提出了综合解决这一问题的方法和途径。该型锅炉为东方锅炉厂制造的首批600 MW机组亚临界参数“W”火焰锅炉，也是世界上首批设计燃用低热值、低挥发分劣质无烟煤的锅炉。该锅炉具有炉膛宽度大，炉膛容积热负荷高等特点。投产以后，折焰角积灰严重，中部堆积达到2～3 m，两侧积灰在0.5 m左右。这不但影响受热面的吸热，而且运行中出现垮灰，造成炉膛负压波动和煤火检被干扰，严重影响了机组的安全经济运行。造成积灰的原因主要有以下几方面：
1.1 折焰角本身的流场结构和斜坡角度小
由于折焰角的存在，炉膛出口折焰角下部的烟气在该处发生急剧转向，形成明显的回流区。在设定炉内流场沿宽度方向均匀、且不考虑该区域布置受热面对流场的影响条件下，采用标准κ－ε（湍动能－耗散率）双方程模拟计算水平烟道及后竖井烟气的冷态流动。计算结果表明：回流区沿高度方向速度分布很不均匀，烟道的中上部位速度高，靠近折焰角水冷壁处的烟气流速很低；随着折焰角倾角的增大，回流区中心位置后移，回流区的高度减小。因此，回流区和贴壁低速区是造成折焰角斜坡积灰的重要原因，积灰程度与折焰角倾角有关。
由于大型电厂锅炉参数高，过热器和再热器吸热量占的份额较大，在过热器和再热器受热面的布置上存在较多困难，采用П形布置的锅炉折焰角斜坡的角度不可能很大，一般在35°左右，大大小于飞灰的安息角。该锅炉斜坡设计由两段组成，前段倾角为30°，后段倾角减为25°。在折焰角斜坡不可避免地存在积灰现象。
1.2 受热面布置不合理，烟气流速较低
由于在该区域布置有竖直受热面，在热态下，实际的流场结构与冷态计算结果有较大差异，受热面在整体上会削弱回流作用，烟气速度越高、折焰角越大，回流区高度（厚度）越小，在折焰角倾角一定的情况下，只要受热面布置合理、烟气流速设计选取得当，贴壁低速区沉积的飞灰不会很厚，其积灰是可以避免的。该锅炉折焰角斜坡积灰区布置了高温过热器和高温再热器，BMCR（锅炉最大出力）负荷下设计的平均烟气流速分别为9.45 m/s和8.50 m/s，明显偏低。对于燃用磨损性较强的无烟煤锅炉，该区的合理烟气流速应在10.5～12.0 m/s，且高温过热器和高温再热器管屏之间有1.92 m的净空间，前后斜坡角30 °和25 °分界点也正好在高温过热器和高温再热器管屏之间，烟气流速较低的含尘烟气在经过高温过热器和高温再热器的空挡时烟速进一步降低，该斜坡回流区易沉积飞灰，特别是在低负荷运行时，积灰更明显。用风速仪和短丝线冷态飘带示踪测量、观察发现，在折焰角斜坡至高温再热器之间确实存在低速回流区，在高温过热器和高温再热器管屏下部回流区的高度最大，因此该区积灰也最严重。
1.3 吹灰器刚性不足存在吹灰盲区
该锅炉宽度达34.48 m，要求吹灰器的有效吹灰行程为17.20 m。由于吹灰器长，蒸汽冷却效果相对较差，对其刚性要求高。该锅炉投产后，吹灰器运行到全行程后摆动大，与两边受热面管屏发生碰撞，吹灰进入深度受到限制，实际吹灰器推进长度只有14.0 m，存在约7 m宽度的吹灰盲区，因此在该盲区积灰厚度最大，达到2～3 m。
2 技术措施
为解决折焰角斜坡积灰的问题，曾提出进行折焰角改造和受热面布置调整方案，但因工作量大且涉及面广而被迫放弃。在此情况下，提出了在折焰角斜坡加扰流风、破坏回流区、吹起积灰的技术措施，开发了扰流吹灰装置：在斜坡水冷壁上布置与斜面平行的吹扫喷嘴，通过高速气流（蒸汽或空气）对受热面积灰进行吹扫，扰动积灰区域，使沉积的飞灰再次被扬起并随烟气带走。
为了尽可能减少吹扫次数，减轻对锅炉受热面磨损并节约吹扫介质，同时尽量减小对炉膛负压的影响，实现经济安全吹扫。采取了以下技术措施：①把喷嘴分成小组，通过阀门进行分组吹扫控制；②在每组吹扫部位安装用于监视积灰程度的热电偶，根据需要进行吹扫，即安装监视积灰厚度变化的热电偶来判断积灰程度，科学合理地进行吹灰。该吹扫系统的控制全部进入DCS（分散控制系统），可实现自动和手动吹灰。
该技术方案委托东方锅炉厂具体设计，2007年首先在2号锅炉大修期间进行安装和调试。在进行调试后发现，该系统设计存在严重不足，吹扫效果不好。通过现场吹扫喷嘴结构改进和管路、喷嘴布置的改造，并选用合适的吹扫介质，使该系统得到完善和正常运行，并在1号锅炉上也得到推广。该系统吹扫介质为来自辅汽联箱的过热蒸汽或压力大于0.60 MPa的压缩空气，它由吹扫介质管道输送系统、吹扫喷嘴、测温装置和吹扫控制器4部分组成。吹扫介质管道输送系统是连接吹扫介质与吹扫喷嘴的管道系统及附件，它主要由金属管道、压力调节阀、吹扫阀、温度及压力测点所组成，其中吹扫阀执行吹扫控制器的指令。吹扫喷嘴的周向前后设置了2个供吹扫介质喷出的小孔。测温装置用于测量斜坡、水平烟道表面沉积飞灰层的温度，通常采用热电偶。
3 运行效果
自该装置投运后，在运行过程中，当DCS上热电偶显示的积灰温度降低到设定值时，即可手动或自动启动扰流吹灰装置，依次开启吹扫阀，每组进行定时吹扫，启动后可立即观察到热电偶温度升高，一般经过4 min吹扫后温度达到最高值，稳定一段时间后停止吹扫，之后随着积灰厚度增加，测温热电偶的温度逐渐降低，吹灰时温度变化曲线见图1。该装置投运后未再发生斜坡、水平烟道积灰和垮灰现象，在停炉前进行一次吹扫，停炉检查，斜坡受热面非常干净。在机组正常运行350～600 MW负荷时，吹扫对炉膛负压没有影响，煤火检可正常工作，也无需投油稳燃，积灰问题得到了彻底解决。
4 结束语
综上所述，火电厂和积灰严重影响着锅炉运行的安全性和经济性，也是长期困扰人们的难题之一。折焰角存在回流区、倾角小、受热面布置不合理、烟速低和吹灰器存在吹灰盲区是造成积灰的主要原因。通过开发并在该锅炉上安装扰流蒸汽吹灰装置，积灰问题得到了圆满解决。
图1 扰流吹灰温度变化曲线
参考文献：
［1］鲁文华.电站锅炉受热面积灰、结渣在线监测的研究与应用［D］.华北电力大学（北京），2002.
［2］陈宝康.电站锅炉受热面污染监测及优化吹灰的理论与实验研究［D］.华北电力大学（河北），2004.
（编辑：王昕敏）
On the Program to Solve the Problem of Boiler Fouling in Power Plant
Xue Liang
Abstract: The boiler fouling and slagging has been plagued by power generation industry, has not yet been satisfactorily resolved, with the further increase in boiler capacity. This problem will become more prominent, and a serious threat to the safety and economic operation of power plant boiler. Therefore, to accurately determine the boiler dirt conditions to take the appropriate measures is of great significance to prevent serious scaling and optimal operation.
Key words: fouling; flow field; angle; heat; effect; reasons; technology