低温再热器吹损原因分析及预防方案

吴小明，关祥丰，焦裕龙，孙正睿

(华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204)

0 引言

锅炉四管防磨防爆检查是锅炉检修的重中之重，通过检查发现问题、分析原因并提出针对性的解决方案是做好防磨防爆检查的关键[1-3]。

吹损是引起四管减薄的重要因素，锅炉运行期间，烟气携带灰尘对受热面直接冲刷是导致吹损的直接原因。一般情况下，护瓦可以有效避免受热面直接受到烟气冲刷， 但是，受流场不均匀的影响，部分受热面会直接暴露在烟气中，受到烟气的冲刷，因此，找到导致烟气流场不均匀的原因是防磨防爆检查的关键。

运行过程中，受热面积灰会导致锅炉热效率下降，为提高锅炉的热效率，需利用吹灰器将受热面积灰去除。目前，大型锅炉常用的吹灰器是蒸汽吹灰器，但蒸汽吹灰器的投用带来了烟气流场的混乱，特别是在吹灰蒸汽含水时，对受热面的危害更为严重[4-7]。

华电潍坊发电有限公司在对某电厂二期锅炉进行检修时，发现该电厂尾部受热面特别是低温再热器(以下简称低再)区域吹损严重。

1 受热面吹损情况

该锅炉是上海锅炉厂生产的SG-2024/26.15-M6002型超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、Π形半露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构。

图 1为该电厂锅炉尾部低再区域详图。如图所示，该锅炉尾部为双烟道布置方式，中间以中间包墙过热器隔开，其中低再受热面布置在前烟道，分4层布置。该区域布置有7只长伸缩式吹灰器，吹灰器型号为PS-LL，吹灰压力设计为1.2～1.5 MPa，实际运行过程中吹灰压力控制在0.8～1.2 MPa。

图1 电厂锅炉尾部低再详图

低再区域每层布置有67根悬吊管，每根悬吊管上布置2排管屏，悬吊管材质为SA-210C，规格为ø 60.0 mm×12 mm，悬吊管间距为100 mm。低再管子规格为ø 63.5 mm×4 mm，管排间距为70 mm，根据位置的不同，材质分别为SA-201C，15CrMo和12Cr1MoV。

防磨防爆检查发现，低再区域第2，3，4层存在比较集中的吹损、减薄现象，而且吹损主要集中在炉前的吹灰器通道侧。如图2所示，按照减薄位置的不同划分为3个区域：吹灰器下部悬吊管与低再管交汇处(位置1)、吹灰器上部悬吊管前低再管(位置2)、吹灰器上部低再管管撑安装处(位置3)。

由图3所示的位置1吹损图可以看出：吹损集中在低再下部的第2，3，4层，而低再下部第1层未见明显的吹损；吹损集中在管子与悬吊管相交的一侧，不与悬吊管相交的一侧未见明显的吹损。

图2 低再区域吹损减薄分布

图3 位置1吹损图

图4为位置2吹损图：在吹灰器通道上部悬吊管处，背对吹灰器一侧存在比较明显的吹损，但相同位置的另一侧受热面管子未观察到类似的吹损；同时，吹损主要集中在上部第1根管子，第2根未见明显吹损痕迹。

图4 位置2吹损图

图5为位置3吹损图：吹损主要发生在管排管卡位置，吹损区域具有面积小、深度深的特点。常规检查并不能发现该缺陷，需在管卡割开、护瓦翘起后才能观察到该缺陷。而相同的缺陷并未在#3锅炉小修中发现。

图5 位置3吹损图

2 吹损原因分析

为分析位置1吹损原因，对该位置受热面管子的厚度进行测量，除了个别极小值外，低再第3层受热面吹损比另外两层严重，壁厚最小值接近3.0 mm。根据合金钢管子防磨防爆要求，厚度小于等于原始厚度25%的管子应进行更换。另外，吹损主要集中在每一层的第5～65排和第70～130排，而靠近两侧包墙和吹灰器通道中间的管子吹损不严重，甚至仍然保持原始管材厚度。

从吹损的位置来看，吹损主要发生在管排和悬吊管的交接处，而其他位置未见吹损痕迹；同时，吹损位置的分布与吹灰器的吹扫行程具有明显一致性，吹扫行程开始和结束阶段没有受到严重的吹损。

由于该处低再管排和悬吊管交接，存在一个较小的间隙，相同情况下该处烟气流速较高，因而受到飞灰的冲刷更严重；另外，烟气冲刷管子是典型的圆柱绕流情况，烟气离开管子后速度明显增加，加剧了飞灰的冲刷[8-11]。

通过分析受热面管子的材质发现，低再第2层管子材质为12Cr1MoV，而另外两层的材质为15CrMo。由于12Cr1MoV材质优良，高温下强度较高，耐吹损能力较强，因而第2层的吹损相对较轻。随着烟气的流动，烟气受到受热面的阻力加大，在流通面积无明显变化的情况下，流速下降，飞灰冲刷力减弱。

吹灰过程中，飞灰冲刷的同时吹灰蒸汽会对烟气流动产生扰动，特别是在管子分布复杂的区域，易产生紊流，加剧管子的吹损减薄，而当吹灰蒸汽含水时又会进一步加剧管子的减薄，在多种因素的相互作用下造成了该处的减薄。

为分析位置2吹损原因，对该位置受热面管子的厚度进行测量。由测量结果可知，位置2处管子吹损减薄情况要比位置1更为严重，存在较多的超标管子，第3层低再管的吹损最为严重，第2层的吹损情况最轻。另外，同位置1相似的是，在靠近包墙和吹灰器通道的中间位置吹损比较轻微，部分管子保持原始厚度。而对比同一层前后管子的厚度发现，前67根的吹损情况要较后67根严重，减薄超标的管子也主要集中在前67根。

管子厚度的测量结果显示，管子的吹损减薄分布情况与吹灰器的吹灰行程具有一致性，即受到吹灰器的影响较大；而通过分析图纸发现，吹灰器距离位置2垂直间距为360 mm，吹灰器距离悬吊管中心线的水平间距为301 mm，吹灰器距离位置2较近。吹灰过程中实际压力为0.8～1.2 MPa，高于烟气压力，吹灰蒸汽可以较容易地吹到位置2，而悬吊管的存在又使该处成为一个圆柱绕流区，悬吊管后部蒸汽速度增加，加剧了管子的吹损。

由锅炉吹灰系统图可知，左、右墙吹灰疏水分别通过疏水站1，4汇入疏水母管中，疏水温度测量热电偶布置在疏水电动门前。按照设计要求，当所有疏水温度达到210 ℃时，疏水门关闭并开始吹灰。但就地检查疏水管路发现，至疏水站1的疏水管道存在7个弯头，而至疏水站4的疏水管道弯头数量为5个，导致相同条件下疏水站4先达到设定温度。由于疏水管路是相通的，疏水站4温度达到设定值后会有部分疏水沿管道流至疏水站1，引起疏水站1热电偶温度升高，但此时管道内的温度还没完全达到设定值，因而管道内会存在部分疏水，吹灰过程中会导致左侧(即前67根)低再管吹损减薄严重。

位置3的吹损情况仅发生在#4锅炉，在#3锅炉的相同位置并没有发现类似情况，通过分析发现，#4锅炉低再吹灰器通道上层安装有护瓦，护瓦焊接在悬吊管上的管撑上，但护瓦安装时，护瓦与管撑间的部分间隙未焊满(如图6所示)，而其他位置均有护瓦或管撑保护，烟气沿着该缝隙直接吹到管子上，引起管子吹损减薄，最终形成与缝隙接近的吹损区域。

图6 位置3检查情况

3 整改及预防方案

通过上述分析可以看出，运行过程中吹灰器的投用是导致管子减薄的重要原因，吹损主要发生在烟气容易产生紊流的区域，吹灰蒸汽的投入引起了烟气的扰动，两者的相互作用更是加剧了这种吹损。同时，吹灰蒸汽中含水是引起受热面吹损的重要原因，特别是在疏水不畅的管路中，蒸汽中含有较大量的水，直接吹到受热面管上，引起管子减薄。

护瓦安装时应特别注意安装工艺，尽量避免在新安装区域出现较小的缝隙。

为减轻上述3个位置的吹损减薄情况，通过对现场的分析、诊断，提出了以下解决方案。

针对位置1，为避免吹损进一步加剧，在吹灰器通道安装“L”形护板，如图7所示。护板焊接在原管子护瓦上，为避免烟气沿护板间缝隙吹损受热面，采用搭接的形式进行连接，搭接长度为30 mm。

图7 “L”形护板的安装

将位置2，3的原有护瓦部分割除，安装新护瓦，并与旧护瓦搭接，搭接长度为30 mm，避免护瓦直接焊到管卡上而产生缝隙。

为减少吹灰蒸汽对烟气流场的扰动，降低吹灰压力，将吹灰压力由0.8～1.2 MPa降至0.8～1.0 MPa；同时，降低尾部的吹灰次数，由原本的1 d吹1次改为3 d吹1次；为尽可能减少吹灰管道内的疏水，提高吹灰开始温度，由原来的210 ℃提高至220 ℃。

4 结论

(1)受热面管道处的差异性流场变化是引起管子吹损减薄的重要原因，这些差异性包括受热面管子的布置情况、吹灰蒸汽的扰动。

(2)吹灰蒸汽吹扫是影响受热面吹损的重要因素，特别是当吹灰器与受热面间距较小时，应适当降低吹灰频次、提高疏水温度。

(3)在受热面进行整改时应特别注意新改进项对原始流场的影响，特别要避免在局部留存缝隙。