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摘 要：通过对电站燃煤锅炉受热面结渣积灰形成机理、以及蒸汽吹灰器在XX电厂#1炉运行方式的分析比较，逐步得出大型燃煤锅炉应根据不同受热面的结灰特点及清灰需要，有针对性的选择吹灰器的运行方式，可以根据炉膛及烟道各处的热工测点，选择最优的蒸汽吹灰器投运组合，减少优质蒸汽的使用量，降低发供电煤耗。
关键词：燃煤锅炉；结渣；积灰；蒸汽吹灰器；运行优化
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）11-0083-02
1 燃煤锅炉受热面积灰机理简述
燃煤锅炉结渣积灰产生的原因很多，主要取决于煤灰的矿物组成特性和在燃烧过程的物理化学变化、受热面的表面状况及化学与热物理性质。
在煤粉锅炉的燃烧过程中，炉内灰沉积一般可分为结渣和积灰两种类型。煤粉炉燃烧过程中融化的灰渣，若在凝固以前冲刷到水冷壁或高温段受热面上，粘结上去即产生结渣。受热面壁温高、表面粗糙度大（如水冷壁敷设卫燃带的锅炉）和燃用低灰熔点煤种的锅炉易于发生结渣，积渣部位通常是锅炉炉膛内和炉膛出口的受热面上，特别是敷设大面积卫燃带的锅炉水冷壁上。
积灰则是指煤灰中挥发物质在受热面表面凝结并继续粘结灰粒形成的沉积灰层。积灰一般发生在锅炉烟温（600～700℃）较低的区域，如对流过热器、省煤器和空气预热器等低温受热面上。
由于锅炉各受热面结渣积灰机理、性质有所不同，因此，吹灰方式的选择也应具有针对性，尽可能选择效率高、效果好、运行成本低的吹灰方式。XX电厂#1锅炉（220MW），就是根据锅炉受热面结灰部位、性质、程度的不同，分别采用了不同的蒸汽吹灰器运行组合方式，两年来，收到了较好的效果。
2 XX电厂#1锅炉设备简介
XX电厂#1炉是东方锅炉集团公司设计制造的735t/h超高压参数汽包炉，锅炉燃用设计煤种为晋北烟煤，采用自然循环П型布置，一次中间再热，单炉膛四角布置切圆燃烧方式。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，配置三分仓回转式空预器，锅炉的制粉系统采用两台一次风机正压直吹式系统和五台中速辊式磨煤机。
3 蒸汽吹灰器在1#炉的应用
蒸汽吹灰器目前在我国电站锅炉和工业锅炉上应用最多。它的工作原理是：利用具有一定压力和一定过热度的蒸汽，从吹灰器喷口高速喷出，对积灰受热面进行吹扫，以达到清除积灰的目的。常用的蒸汽吹灰器有炉膛吹灰器、长伸缩式吹灰器、固定旋转式吹灰器、空气预热器吹灰器四种。
1#炉布置了墙式炉膛吹灰器和长伸缩式吹灰器，其中墙式吹灰器有32个，分三层布置在锅炉水冷壁燃烧区上部，主要用于清除水冷壁上部的结渣、积灰。长伸缩式吹灰器，布置在对流换热区，也就是布置在过热器、再热器和省煤器处，共有12支，主要用于清除过、再热器部位的积灰。蒸汽吹灰器的投停由设置在集控室的程控站远程操作。固定旋转式吹灰器布置在尾部垂直烟道，主要用于清除低温过热器、低温再热器、省煤器部位的积灰，共有12支。空气预热器吹灰器布置在空预器下部，主要用于清除空气预热器换热面部位的积灰，共有2支。
XX电厂#1炉的运行经验证明，蒸汽吹灰器具有吹扫效果彻底、操作简单灵活等优点，可以满足该炉水冷壁上部及过、再热器、省煤器部位的清灰需要。但蒸汽吹灰器也存在一些不足，主要有：①长伸缩式吹灰器吹灰时深入炉内长达6 m，机械部分易发生卡涩，如吹灰枪不能及时退出炉膛，会吹损受热面或烧毁吹灰器，烧熔的吹灰器一旦掉落，可能对炉膛、烟道下方的受热面造成损伤。②吹灰器内管与螺旋管间汽封较差，工作时（蒸汽压力1.2～1.4 MPa）漏汽现象较普遍。③存在过吹、吹损现象，#1锅炉在过去发生了一周之内连续两次吹损爆管事故，造成了很坏的影响。所以在XX电厂，吹灰运行优化被提上会议桌面。
3.1 吹灰运行优化的概念及必要性
吹灰器的运行是用一定量的介质消耗来换取受热面的清洁，因而其运行本身要消耗一定成本。蒸汽吹灰的耗汽量一般占蒸汽总产量的1%，消耗锅炉热效率的0.7%，电厂效率的0.1%。如果不及时吹灰，虽然降低了吹灰器消耗热量，但是由于受热面受到污染将导致锅炉效率降低；如果吹灰过于频繁，虽然保证了受热面的清洁，提高了锅炉的热效率，但是吹灰器消耗热量也将大大增加。此外，还要有安全性的考虑。吹灰不及时将使得受热面表面温度升高，导致高温腐蚀，过于频繁将破坏管壁外的氧化膜保护层，使得磨损加大。
在安全性的前提下，吹灰器的运行必定有一个经济性平衡点。目前在电厂中，吹灰器的运行大多是由运行人员根据规章制度，定时全部对受热面吹扫一遍，很难找到经济平衡点。故从经济角度考虑，应该对吹灰器的运行加以优化。
为了达到受热面清洁和能耗的经济性平衡点，为了不增加生产费用，专业人员对锅炉现有设备进行了专项梳理，在建设锅炉的时候在炉膛和烟道的受热面管排表面已经布置了很多温度测点，在空预器两侧布置了温度和压力测点，专业人员利用现有的设备，根据现场试验，制定了吹灰器的运行优化试验方案，方案的主要思想就是不再对受热面全部吹扫，仅仅挑选有必要的（超温部位、空预器差压大时）部位进行吹扫，这样一方面可以节约蒸汽资源，另一方面可以减少管壁吹损。在试验时对吹灰影响较大的主要参数进行了记录对比，主要分析吹灰周期变化对空预器出入口烟温、风机电耗影响。
3.2 试验结果及各主要参数跟踪对比分析
炉试验期间相隔两天的排烟温度和风机电流变化曲线，由于本地区全天温差大，受环境温度影响，曲线的变化不是非常规律，预热器入口烟温由23日吹灰后的342.8/340.1 ℃上升到24日吹灰前的345.3/342.9 ℃，吹灰前后烟温变化明显，回升较慢，这主要是负荷变化所致。
排烟温度从吹灰结束后24 h内升高1.5 ℃；空预器入口烟温从吹灰结束后24 h内升高2.5 ℃；引风机电流从吹灰结束后24 h内增加0.2 A；一次风机电流在整个试验过程中变化不大；送风机电流变化不大。 炉7月23日～29日的主参数变化曲线图，图中根据吹灰预热器入口烟温除随环境温度变化外，吹灰前后较为明显的波段，吹灰后明显下降，23日吹灰后预热器入口烟温为342.8/340.1 ℃，24日同一时间为346.37/344.1 ℃，25日同一时间为349.21/347.39 ℃。总体上吹灰周期延长后，烟温在吹灰后48 h内上升明显，48 h以后很缓慢的上升，但锅炉长时间在较高的烟温下运行，经济性下降。
排烟温度从吹灰结束后72 h内升高6 ℃；空预器入口烟温从吹灰结束后72 h内升高8 ℃；引风机电流在吹灰结束后8 h内增加0.2 A，其后变化不太明显；一次风机电流在吹灰结束后8 h内增加1.4 A，其后变化不太明显；送风机电流变化无规律。
3.2.1 试验结果分析
①尾部烟道吹灰频繁造成受热面吹灰减薄已严重影响到机组安全运行，必须对尾部烟道的吹灰次数进行控制，在不吹尾部烟道的情况下，排烟温度上升不大，可以根据尾部烟道受热面的温度测点是否超温，来决定吹灰与否。
②延长吹灰周期后，风机电流增大但受到负荷、调整、煤质变化及环境温度的影响。吹灰前后排烟温度、省煤器出口烟温、空预器出口一、二次风温变化仍较为明显。
③根据不同的吹灰周期相比较，排烟温度随吹灰周期的延长在高温水平停留时间增长，总体排烟温度明显上升，排烟温度热损失增大，其结果是供电煤耗上升，锅炉效率下降。
④我公司燃用煤种灰分大，烟道吹灰减少造成积灰严重，在吹灰优化试验进行到第二天后多次发生水平烟道滑灰造成炉膛负压大幅度波动的现象，所以建议保证水平烟道的吹灰次数。
⑤尾部烟道吹灰周期延长将造成低温过热器积灰，使其温升降低，使原本偏高的过热蒸气温度控制更加容易。
3.2.2 经济性分析
①按照目前我公司小指标统计排烟温度每上升1 ℃影响供电煤耗0.21g/kW·h，炉管在清洁和积灰状况下运行排烟温度平均偏差按照6 ℃，将使供电煤耗上升：6 ℃×0.21 g/kW·h/℃=1.26 g/kW·h。
②减少吹灰后，蒸汽使用量减少了50 t/d，按照每1 t/h影响供电煤耗0.25 g/kW·h计算，将使供电煤耗降低0.52 g/kW·h。
③过热减温水减少了1.8 t/h，将使供电煤耗降低0.025 g/kW·h。
上述合计讲使供电煤耗上升0.715 g/kW·h。
按照每年供电量为8亿kW·h计算，增加的费用为371 800元。但是发生爆管事故一次，停机、启机外加损失的电量合计费用大约为150万元。所以新的吹灰运行方式是合理的。
3.3 运行建议
①为保证受热面的安全，延长其使用寿命，目前情况下建议吹灰次数调整为：空预器维持原规定不变，炉膛、水平烟道保持2 d吹灰一次，尾部烟道调整为5～7 d一次，取消低温过热器下两层的吹灰，吹灰器保留。
②利用大小修对吹灰控制屏信号及压力调节阀得特性进行检查调整，确保吹灰时吹灰压力参数正常。
③建议取消排烟温度的值际经济指标评比，公司根据试验结果和新的吹灰周期规定重新调整排烟温度指标值。
④#1炉在吹灰优化期间，排烟温度随环境温度上升经常上升至145 ℃左右，高于设计温度，而一、二风烟温却低于设计温度，建议对空预器的检查维修，提高锅炉得效率。
⑤建议调研先进的清灰方式，如在尾部烟道使用声波吹灰器，以保持受热面长期清洁，在比较低的排烟温度下运行。声波吹灰器吹灰周期短，一般间隔20 min，而我公司吹灰前后烟温变化幅度在10 ℃以上，排烟温度5 ℃以上。而且吹灰后的烟温回升很快，但增加吹灰次数不但加剧受热面的磨损，而且增加工质损失，故声波吹灰器是既能保证安全，又能保证经济性的两全选择。
4 结 语
锅炉设计者在设计的时候，考虑到了各种影响因素，也给予了充分的规避，但是由于实际运行环境的改变，燃用煤种偏离设计煤种等因素的影响，锅炉各辅助设备与锅炉的整体配合不能达到最优，此时就需要进行运行优化，甚至进行设备改造，只有做到了理论联系实际，通过实践来检验做出的优化是否合理，进而完善优化方案，如此往复，才能达到既定的目标。
参考文献：
[1] 樊泉桂，魏铁铮，王军.火电厂锅炉设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2] 中国大唐集团，长沙理工大学.单元机组设备运行（锅炉设备运行）[M].北京：中国电力出版社，2009.
[3] 姜剑锋，钱静.锅炉受热面的结灰机理和吹灰器的设置[J].锅炉制造，2003，（4）.
关键词：燃煤锅炉；结渣；积灰；蒸汽吹灰器；运行优化
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）11-0083-02
1 燃煤锅炉受热面积灰机理简述
燃煤锅炉结渣积灰产生的原因很多，主要取决于煤灰的矿物组成特性和在燃烧过程的物理化学变化、受热面的表面状况及化学与热物理性质。
在煤粉锅炉的燃烧过程中，炉内灰沉积一般可分为结渣和积灰两种类型。煤粉炉燃烧过程中融化的灰渣，若在凝固以前冲刷到水冷壁或高温段受热面上，粘结上去即产生结渣。受热面壁温高、表面粗糙度大（如水冷壁敷设卫燃带的锅炉）和燃用低灰熔点煤种的锅炉易于发生结渣，积渣部位通常是锅炉炉膛内和炉膛出口的受热面上，特别是敷设大面积卫燃带的锅炉水冷壁上。
积灰则是指煤灰中挥发物质在受热面表面凝结并继续粘结灰粒形成的沉积灰层。积灰一般发生在锅炉烟温（600～700℃）较低的区域，如对流过热器、省煤器和空气预热器等低温受热面上。
由于锅炉各受热面结渣积灰机理、性质有所不同，因此，吹灰方式的选择也应具有针对性，尽可能选择效率高、效果好、运行成本低的吹灰方式。XX电厂#1锅炉（220MW），就是根据锅炉受热面结灰部位、性质、程度的不同，分别采用了不同的蒸汽吹灰器运行组合方式，两年来，收到了较好的效果。
2 XX电厂#1锅炉设备简介
XX电厂#1炉是东方锅炉集团公司设计制造的735t/h超高压参数汽包炉，锅炉燃用设计煤种为晋北烟煤，采用自然循环П型布置，一次中间再热，单炉膛四角布置切圆燃烧方式。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，配置三分仓回转式空预器，锅炉的制粉系统采用两台一次风机正压直吹式系统和五台中速辊式磨煤机。
3 蒸汽吹灰器在1#炉的应用
蒸汽吹灰器目前在我国电站锅炉和工业锅炉上应用最多。它的工作原理是：利用具有一定压力和一定过热度的蒸汽，从吹灰器喷口高速喷出，对积灰受热面进行吹扫，以达到清除积灰的目的。常用的蒸汽吹灰器有炉膛吹灰器、长伸缩式吹灰器、固定旋转式吹灰器、空气预热器吹灰器四种。
1#炉布置了墙式炉膛吹灰器和长伸缩式吹灰器，其中墙式吹灰器有32个，分三层布置在锅炉水冷壁燃烧区上部，主要用于清除水冷壁上部的结渣、积灰。长伸缩式吹灰器，布置在对流换热区，也就是布置在过热器、再热器和省煤器处，共有12支，主要用于清除过、再热器部位的积灰。蒸汽吹灰器的投停由设置在集控室的程控站远程操作。固定旋转式吹灰器布置在尾部垂直烟道，主要用于清除低温过热器、低温再热器、省煤器部位的积灰，共有12支。空气预热器吹灰器布置在空预器下部，主要用于清除空气预热器换热面部位的积灰，共有2支。
XX电厂#1炉的运行经验证明，蒸汽吹灰器具有吹扫效果彻底、操作简单灵活等优点，可以满足该炉水冷壁上部及过、再热器、省煤器部位的清灰需要。但蒸汽吹灰器也存在一些不足，主要有：①长伸缩式吹灰器吹灰时深入炉内长达6 m，机械部分易发生卡涩，如吹灰枪不能及时退出炉膛，会吹损受热面或烧毁吹灰器，烧熔的吹灰器一旦掉落，可能对炉膛、烟道下方的受热面造成损伤。②吹灰器内管与螺旋管间汽封较差，工作时（蒸汽压力1.2～1.4 MPa）漏汽现象较普遍。③存在过吹、吹损现象，#1锅炉在过去发生了一周之内连续两次吹损爆管事故，造成了很坏的影响。所以在XX电厂，吹灰运行优化被提上会议桌面。
3.1 吹灰运行优化的概念及必要性
吹灰器的运行是用一定量的介质消耗来换取受热面的清洁，因而其运行本身要消耗一定成本。蒸汽吹灰的耗汽量一般占蒸汽总产量的1%，消耗锅炉热效率的0.7%，电厂效率的0.1%。如果不及时吹灰，虽然降低了吹灰器消耗热量，但是由于受热面受到污染将导致锅炉效率降低；如果吹灰过于频繁，虽然保证了受热面的清洁，提高了锅炉的热效率，但是吹灰器消耗热量也将大大增加。此外，还要有安全性的考虑。吹灰不及时将使得受热面表面温度升高，导致高温腐蚀，过于频繁将破坏管壁外的氧化膜保护层，使得磨损加大。
在安全性的前提下，吹灰器的运行必定有一个经济性平衡点。目前在电厂中，吹灰器的运行大多是由运行人员根据规章制度，定时全部对受热面吹扫一遍，很难找到经济平衡点。故从经济角度考虑，应该对吹灰器的运行加以优化。
为了达到受热面清洁和能耗的经济性平衡点，为了不增加生产费用，专业人员对锅炉现有设备进行了专项梳理，在建设锅炉的时候在炉膛和烟道的受热面管排表面已经布置了很多温度测点，在空预器两侧布置了温度和压力测点，专业人员利用现有的设备，根据现场试验，制定了吹灰器的运行优化试验方案，方案的主要思想就是不再对受热面全部吹扫，仅仅挑选有必要的（超温部位、空预器差压大时）部位进行吹扫，这样一方面可以节约蒸汽资源，另一方面可以减少管壁吹损。在试验时对吹灰影响较大的主要参数进行了记录对比，主要分析吹灰周期变化对空预器出入口烟温、风机电耗影响。
3.2 试验结果及各主要参数跟踪对比分析
炉试验期间相隔两天的排烟温度和风机电流变化曲线，由于本地区全天温差大，受环境温度影响，曲线的变化不是非常规律，预热器入口烟温由23日吹灰后的342.8/340.1 ℃上升到24日吹灰前的345.3/342.9 ℃，吹灰前后烟温变化明显，回升较慢，这主要是负荷变化所致。
排烟温度从吹灰结束后24 h内升高1.5 ℃；空预器入口烟温从吹灰结束后24 h内升高2.5 ℃；引风机电流从吹灰结束后24 h内增加0.2 A；一次风机电流在整个试验过程中变化不大；送风机电流变化不大。 炉7月23日～29日的主参数变化曲线图，图中根据吹灰预热器入口烟温除随环境温度变化外，吹灰前后较为明显的波段，吹灰后明显下降，23日吹灰后预热器入口烟温为342.8/340.1 ℃，24日同一时间为346.37/344.1 ℃，25日同一时间为349.21/347.39 ℃。总体上吹灰周期延长后，烟温在吹灰后48 h内上升明显，48 h以后很缓慢的上升，但锅炉长时间在较高的烟温下运行，经济性下降。
排烟温度从吹灰结束后72 h内升高6 ℃；空预器入口烟温从吹灰结束后72 h内升高8 ℃；引风机电流在吹灰结束后8 h内增加0.2 A，其后变化不太明显；一次风机电流在吹灰结束后8 h内增加1.4 A，其后变化不太明显；送风机电流变化无规律。
3.2.1 试验结果分析
①尾部烟道吹灰频繁造成受热面吹灰减薄已严重影响到机组安全运行，必须对尾部烟道的吹灰次数进行控制，在不吹尾部烟道的情况下，排烟温度上升不大，可以根据尾部烟道受热面的温度测点是否超温，来决定吹灰与否。
②延长吹灰周期后，风机电流增大但受到负荷、调整、煤质变化及环境温度的影响。吹灰前后排烟温度、省煤器出口烟温、空预器出口一、二次风温变化仍较为明显。
③根据不同的吹灰周期相比较，排烟温度随吹灰周期的延长在高温水平停留时间增长，总体排烟温度明显上升，排烟温度热损失增大，其结果是供电煤耗上升，锅炉效率下降。
④我公司燃用煤种灰分大，烟道吹灰减少造成积灰严重，在吹灰优化试验进行到第二天后多次发生水平烟道滑灰造成炉膛负压大幅度波动的现象，所以建议保证水平烟道的吹灰次数。
⑤尾部烟道吹灰周期延长将造成低温过热器积灰，使其温升降低，使原本偏高的过热蒸气温度控制更加容易。
3.2.2 经济性分析
①按照目前我公司小指标统计排烟温度每上升1 ℃影响供电煤耗0.21g/kW·h，炉管在清洁和积灰状况下运行排烟温度平均偏差按照6 ℃，将使供电煤耗上升：6 ℃×0.21 g/kW·h/℃=1.26 g/kW·h。
②减少吹灰后，蒸汽使用量减少了50 t/d，按照每1 t/h影响供电煤耗0.25 g/kW·h计算，将使供电煤耗降低0.52 g/kW·h。
③过热减温水减少了1.8 t/h，将使供电煤耗降低0.025 g/kW·h。
上述合计讲使供电煤耗上升0.715 g/kW·h。
按照每年供电量为8亿kW·h计算，增加的费用为371 800元。但是发生爆管事故一次，停机、启机外加损失的电量合计费用大约为150万元。所以新的吹灰运行方式是合理的。
3.3 运行建议
①为保证受热面的安全，延长其使用寿命，目前情况下建议吹灰次数调整为：空预器维持原规定不变，炉膛、水平烟道保持2 d吹灰一次，尾部烟道调整为5～7 d一次，取消低温过热器下两层的吹灰，吹灰器保留。
②利用大小修对吹灰控制屏信号及压力调节阀得特性进行检查调整，确保吹灰时吹灰压力参数正常。
③建议取消排烟温度的值际经济指标评比，公司根据试验结果和新的吹灰周期规定重新调整排烟温度指标值。
④#1炉在吹灰优化期间，排烟温度随环境温度上升经常上升至145 ℃左右，高于设计温度，而一、二风烟温却低于设计温度，建议对空预器的检查维修，提高锅炉得效率。
⑤建议调研先进的清灰方式，如在尾部烟道使用声波吹灰器，以保持受热面长期清洁，在比较低的排烟温度下运行。声波吹灰器吹灰周期短，一般间隔20 min，而我公司吹灰前后烟温变化幅度在10 ℃以上，排烟温度5 ℃以上。而且吹灰后的烟温回升很快，但增加吹灰次数不但加剧受热面的磨损，而且增加工质损失，故声波吹灰器是既能保证安全，又能保证经济性的两全选择。
4 结 语
锅炉设计者在设计的时候，考虑到了各种影响因素，也给予了充分的规避，但是由于实际运行环境的改变，燃用煤种偏离设计煤种等因素的影响，锅炉各辅助设备与锅炉的整体配合不能达到最优，此时就需要进行运行优化，甚至进行设备改造，只有做到了理论联系实际，通过实践来检验做出的优化是否合理，进而完善优化方案，如此往复，才能达到既定的目标。
参考文献：
[1] 樊泉桂，魏铁铮，王军.火电厂锅炉设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2001.
[2] 中国大唐集团，长沙理工大学.单元机组设备运行（锅炉设备运行）[M].北京：中国电力出版社，2009.
[3] 姜剑锋，钱静.锅炉受热面的结灰机理和吹灰器的设置[J].锅炉制造，2003，（4）.