鍋爐受熱面異常工況吹損壽命評估的初探

國電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司 周國東 王淋韻 賀延楓 任 杰 謝國峰 王吉榮

北京必可測科技股份有限公司 佟艷亮 徐建偉

國電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司#1和#2鍋爐安裝的蒸汽吹灰器較多，爐膛吹灰器采用短伸縮式吹灰器，兩臺爐分別安裝119臺和106臺蒸汽吹灰器。每臺吹灰器周圍有20-30根鍋爐管受到不同程度的吹損影響，其中水冷壁是鍋爐發(fā)生吹損情況最多的設(shè)備。2014-2016年集團電站鍋爐“四管”缺陷，吹損磨損占所有缺陷類型的68.2%。水冷壁管、過熱器管吹灰器孔周圍是鍋爐防磨防爆檢查的重點部位。每次停機檢查吹灰管周圍管子都有不同程度的磨損。通過加強鍋爐防磨防爆檢查工作，采取了一系列措施，鍋爐管吹損引發(fā)的事故大大減少。為監(jiān)督吹灰器對鍋爐受熱面吹損影響，需要研究一種在線計算鍋爐管吹損程度的方法，以評估和預(yù)測鍋爐受熱面因吹損造成的壽命損耗。

1 鍋爐管吹損程度的影響因素

伸縮式吹灰器的吹灰介質(zhì)是具有一定壓力和溫度的蒸汽，伸縮式吹灰器吹損鍋爐管的常見原因中，除了設(shè)計和安裝等吹灰器缺陷和管子缺陷以外，從吹灰器運行角度考慮，其原因本質(zhì)上是蒸汽與管子在一定環(huán)境下長時間的吹掃沖刷造成的。而除了蒸汽沖刷管子以外，被高速蒸汽攜帶而來的灰渣顆粒和蒸汽凝結(jié)水滴獲得蒸汽動能后也在同時沖刷著鍋爐管。簡言之，對于特定管子而言，鍋爐管的吹損與吹灰器介質(zhì)參數(shù)、介質(zhì)品質(zhì)有關(guān)，并與吹灰介質(zhì)和管子吹掃累計時長有關(guān)；對于同一種規(guī)格和材質(zhì)的同一區(qū)域的多個管子而言，每根管子被吹灰器吹損的程度與管子的相對位置有關(guān)。

吹灰蒸汽壓力越高，蒸汽攜帶的灰渣顆粒獲得的動能越大，對鍋爐管造成沖刷力度越大；吹灰時長和頻次決定了吹灰累計時長，吹灰累計時間越長，造成吹損量越大；蒸汽過熱度越低，蒸汽帶水的可能性越大，一旦蒸汽帶水，高速水滴對鍋爐管不僅是沖擊力的影響，更有溫度相對較低的凝結(jié)水滴對鍋爐管的侵蝕和溫度交變應(yīng)力損傷；管子與吹灰器距離越近，受到吹灰器蒸汽沖刷的力度越大，吹損越嚴重。

2 吹灰器的異常工況

在理想的狀態(tài)下，吹灰器正常運行時，蒸汽壓力、蒸汽溫度、吹灰時長和頻次是確定的，其鍋爐管受到吹損是可以接受的；在實際狀態(tài)中，只有管子的相對位置是確定的，其他因素都是變動的。吹灰器在異常工況時有：

吹灰氣源壓力波動或調(diào)整進氣閥門不當，導(dǎo)致蒸汽壓力過高或徒增突降；吹灰前暖管不足或疏水不徹底導(dǎo)致蒸汽帶水；人工手動操作吹灰不當或自動吹灰異常未及時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致超時吹損；進氣閥故障吹灰器冷卻不足或吹灰器結(jié)構(gòu)性故障造成吹灰器導(dǎo)氣管變形卡澀，最終超時吹損；吹灰器噴嘴損壞或槍頭損壞導(dǎo)致蒸汽氣流不規(guī)則噴射；煤質(zhì)異常或鍋爐燃燒異常造成積灰結(jié)焦過多導(dǎo)致吹灰頻次增加。

3 鍋爐管吹損程度的評估

正是由于諸多異常工況的積累導(dǎo)致了鍋爐管的吹損，同時表現(xiàn)出了一定的現(xiàn)象。因為這些現(xiàn)象與鍋爐管的吹損程度相關(guān)，我們可以通過這些現(xiàn)象指標來在線評估鍋爐管的吹損程度,從而找到吹損最嚴重的區(qū)域在哪個吹灰器周圍。根據(jù)鍋爐管吹損程度的影響相關(guān)因素得到函數(shù)關(guān)系：

其中，A表示鍋爐管的吹損程度，P表示吹灰蒸汽壓力，t 表示吹灰累計時長，T 表示吹灰器前吹灰蒸汽過熱度，L 表示管子與吹灰孔的相對位置。

把鍋爐管吹損程度的影響因素的關(guān)系建立數(shù)學模型如下：

式中，a、b、c、d為各項影響因素的權(quán)重；n 為吹灰次數(shù)；i=1表示從第1次吹灰開始計算；T>0；L>0。

在鍋爐三維可視化防磨防爆管控平臺上，在已經(jīng)建立的鍋爐管的三維模型上用不同的顏色表示吹灰器周圍鍋爐管的吹損程度，并標記出吹損程度最大的區(qū)域。在下一次檢修期自動安排重點檢查部位和檢修計劃。在管子鍋爐防磨防爆的檢查中，通過檢查測量用以下公式計算并記錄鍋爐管的實際損傷程度：

式中，δ1為實測管壁厚度，δ0為原始管壁厚度。

公式（2）是一種線性關(guān)系。由于鍋爐和吹灰器的異常工況導(dǎo)致了鍋爐管吹損程度不同，各吹灰器區(qū)域之間出現(xiàn)吹損程度差別。通過統(tǒng)計多組實測壁厚和計算數(shù)據(jù)對比分析，把這種差別與公式（3）實測數(shù)據(jù)相對照，求解a、b、c、d，或者調(diào)整公式（2）各影響因素的權(quán)重值a、b、c、d 使其計算的管子的損傷程度與實測接近。

4 計算模型的應(yīng)用

對于特定管子，管子的損傷是有極限的，故A是確定值。數(shù)學模型公式1中的L 是確定值，在P、t、T 中，已知任意兩個變量，即可求出第三個變量。使得吹灰時長、吹灰頻次、吹灰壓力和吹灰蒸汽過熱度的尋優(yōu)有了計算依據(jù)。

數(shù)學模型公式可作為鍋爐管吹損壁厚度計算依據(jù)，計算鍋爐管的等效應(yīng)力，進而做出對鍋爐管的在線壽命評估。

5 結(jié)語

用鍋爐管吹損程度的影響因素的在線數(shù)據(jù)結(jié)合吹損機理建立數(shù)學模型，形成數(shù)據(jù)累積，再通過實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和修正，確定了模型的相關(guān)參數(shù)的權(quán)重值。用鍋爐管吹損程度的建模和計算為鍋爐管吹損區(qū)域定向分析和管子的在線壽命評估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高了評估和預(yù)測的準確性。同時對吹灰系統(tǒng)安全運行和節(jié)能降耗有積極的指導(dǎo)意義。