锅炉受热面异常工况吹损寿命评估的初探

国电内蒙古东胜热电有限公司 周国东 王淋韵 贺延枫 任 杰 谢国峰 王吉荣

北京必可测科技股份有限公司 佟艳亮 徐建伟

国电内蒙古东胜热电有限公司#1和#2锅炉安装的蒸汽吹灰器较多，炉膛吹灰器采用短伸缩式吹灰器，两台炉分别安装119台和106台蒸汽吹灰器。每台吹灰器周围有20-30根锅炉管受到不同程度的吹损影响，其中水冷壁是锅炉发生吹损情况最多的设备。2014-2016年集团电站锅炉“四管”缺陷，吹损磨损占所有缺陷类型的68.2%。水冷壁管、过热器管吹灰器孔周围是锅炉防磨防爆检查的重点部位。每次停机检查吹灰管周围管子都有不同程度的磨损。通过加强锅炉防磨防爆检查工作，采取了一系列措施，锅炉管吹损引发的事故大大减少。为监督吹灰器对锅炉受热面吹损影响，需要研究一种在线计算锅炉管吹损程度的方法，以评估和预测锅炉受热面因吹损造成的寿命损耗。

1 锅炉管吹损程度的影响因素

伸缩式吹灰器的吹灰介质是具有一定压力和温度的蒸汽，伸缩式吹灰器吹损锅炉管的常见原因中，除了设计和安装等吹灰器缺陷和管子缺陷以外，从吹灰器运行角度考虑，其原因本质上是蒸汽与管子在一定环境下长时间的吹扫冲刷造成的。而除了蒸汽冲刷管子以外，被高速蒸汽携带而来的灰渣颗粒和蒸汽凝结水滴获得蒸汽动能后也在同时冲刷着锅炉管。简言之，对于特定管子而言，锅炉管的吹损与吹灰器介质参数、介质品质有关，并与吹灰介质和管子吹扫累计时长有关；对于同一种规格和材质的同一区域的多个管子而言，每根管子被吹灰器吹损的程度与管子的相对位置有关。

吹灰蒸汽压力越高，蒸汽携带的灰渣颗粒获得的动能越大，对锅炉管造成冲刷力度越大；吹灰时长和频次决定了吹灰累计时长，吹灰累计时间越长，造成吹损量越大；蒸汽过热度越低，蒸汽带水的可能性越大，一旦蒸汽带水，高速水滴对锅炉管不仅是冲击力的影响，更有温度相对较低的凝结水滴对锅炉管的侵蚀和温度交变应力损伤；管子与吹灰器距离越近，受到吹灰器蒸汽冲刷的力度越大，吹损越严重。

2 吹灰器的异常工况

在理想的状态下，吹灰器正常运行时，蒸汽压力、蒸汽温度、吹灰时长和频次是确定的，其锅炉管受到吹损是可以接受的；在实际状态中，只有管子的相对位置是确定的，其他因素都是变动的。吹灰器在异常工况时有：

吹灰气源压力波动或调整进气阀门不当，导致蒸汽压力过高或徒增突降；吹灰前暖管不足或疏水不彻底导致蒸汽带水；人工手动操作吹灰不当或自动吹灰异常未及时发现导致超时吹损；进气阀故障吹灰器冷却不足或吹灰器结构性故障造成吹灰器导气管变形卡涩，最终超时吹损；吹灰器喷嘴损坏或枪头损坏导致蒸汽气流不规则喷射；煤质异常或锅炉燃烧异常造成积灰结焦过多导致吹灰频次增加。

3 锅炉管吹损程度的评估

正是由于诸多异常工况的积累导致了锅炉管的吹损，同时表现出了一定的现象。因为这些现象与锅炉管的吹损程度相关，我们可以通过这些现象指标来在线评估锅炉管的吹损程度,从而找到吹损最严重的区域在哪个吹灰器周围。根据锅炉管吹损程度的影响相关因素得到函数关系：

其中，A表示锅炉管的吹损程度，P表示吹灰蒸汽压力，t 表示吹灰累计时长，T 表示吹灰器前吹灰蒸汽过热度，L 表示管子与吹灰孔的相对位置。

把锅炉管吹损程度的影响因素的关系建立数学模型如下：

式中，a、b、c、d为各项影响因素的权重；n 为吹灰次数；i=1表示从第1次吹灰开始计算；T>0；L>0。

在锅炉三维可视化防磨防爆管控平台上，在已经建立的锅炉管的三维模型上用不同的颜色表示吹灰器周围锅炉管的吹损程度，并标记出吹损程度最大的区域。在下一次检修期自动安排重点检查部位和检修计划。在管子锅炉防磨防爆的检查中，通过检查测量用以下公式计算并记录锅炉管的实际损伤程度：

式中，δ1为实测管壁厚度，δ0为原始管壁厚度。

公式（2）是一种线性关系。由于锅炉和吹灰器的异常工况导致了锅炉管吹损程度不同，各吹灰器区域之间出现吹损程度差别。通过统计多组实测壁厚和计算数据对比分析，把这种差别与公式（3）实测数据相对照，求解a、b、c、d，或者调整公式（2）各影响因素的权重值a、b、c、d 使其计算的管子的损伤程度与实测接近。

4 计算模型的应用

对于特定管子，管子的损伤是有极限的，故A是确定值。数学模型公式1中的L 是确定值，在P、t、T 中，已知任意两个变量，即可求出第三个变量。使得吹灰时长、吹灰频次、吹灰压力和吹灰蒸汽过热度的寻优有了计算依据。

数学模型公式可作为锅炉管吹损壁厚度计算依据，计算锅炉管的等效应力，进而做出对锅炉管的在线寿命评估。

5 结语

用锅炉管吹损程度的影响因素的在线数据结合吹损机理建立数学模型，形成数据累积，再通过实测数据的统计分析和修正，确定了模型的相关参数的权重值。用锅炉管吹损程度的建模和计算为锅炉管吹损区域定向分析和管子的在线寿命评估提供了基础数据，提高了评估和预测的准确性。同时对吹灰系统安全运行和节能降耗有积极的指导意义。