直流锅炉主蒸汽温度调整以“水煤比”为主，喷水减温调节为辅。“水煤比”粗调，喷水减温细调，共同保证主蒸汽温度在额定范围内；减温水喷水调节也作为锅炉两侧汽温偏差调平的一种重要手段；若过热器减温水调节阀发生堵塞，将导致过热器喷水减温效果下降，影响机组运行的经济性和安全性。

    1 锅炉过热器减温水系统布置

    北疆电厂2台1000MW超超临界机组，锅炉为引进Alstom技术生产的超超临界变压直流煤粉炉，型号为SG－3102/27.56－M54X，型式为单炉膛、双切圆、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、半露天П形锅炉布置。

    过热器系统设置三级喷水减温，每级减温水各有四路分支，总减温水量按8%主蒸汽流量设计，喷水减温能力按照200%设计，减温水源取自省煤器进口管道；一级减温器布置在低温过热器与前屏过热器之间，二级减温器布置在前屏过热器与后屏过热器之间，三级减温器布置在后屏过热器与末级过热器之间。在锅炉BMCR工况下，过热器一、二、三级减温水量设计值为156.5t/h、52.6t/h、39t/h，通过三级减温喷水的精确控制，保证末级过热器出口蒸汽温度在额定值。

    2 减温水调节阀堵塞情况

    锅炉过热器减温水调节阀采用德国Hora调节阀（见图1），为保证调节阀良好流量特性，调节阀阀芯采用笼套式结构，对不同流量要求的调节阀，笼套节流孔径不同，且笼套的节流孔径随调节阀开度增加而变大。

图1 减温水调节阀结构图

    机组投产1年后，锅炉过热器一级、二级、三级减温水调节阀发生不同程度的堵塞：

    （1）在相同负荷、相同调节阀开度下，过热器一级、二级、三级减温水流量逐步降低，减温能力逐步下降。

    （2）一级减温水调节阀堵塞速度比二级、三级调节阀慢。

    （3）在机组停运期间，对流量降低严重的减温水调节阀进行解体检查，发现调节阀笼套节流孔堵塞严重（见图2）。

图2 调节阀笼套堵塞情况

    （4）堵塞的减温水调节阀笼套经清理，投入运行1个月后，再次发生调节阀堵塞现象。

    由于减温水调节阀堵塞，最终造成以下后果：

    （1）不足以消除锅炉左、右侧蒸汽温度偏差，末级过热器出口蒸汽温度达不到额定值。

    （2）减温水量裕度不足，机组升、降负荷或启、停制粉系统时，导致末级过热器频繁超温，严重威胁锅炉安全运行。

    （3）机组低负荷运行时，受制粉系统运行方式或煤质影响，锅炉经常被迫转入湿态运行。

    （4）影响机组升（降）负荷速率。

    3 减温水调节阀堵塞原因

    对过热器减温水调节阀解体检查时发现：有黑色物质堵塞笼套节流孔，小孔径比大孔径堵塞严重，堵塞物质相对密实，不易清理掉。

    对于减温水调节阀堵塞原因，可作如下推断：

    （1）笼套堵塞物为细小颗粒，沉积在节流孔内外侧，并逐步聚集加厚，最终完全堵塞，堵塞物主要成分为Fe₃O₄。而在机组运行中没有发生过凝结水泵进口滤网和给水泵进口滤网堵塞现象，因此可排除由于给水中的大颗粒杂质堵塞调节阀笼套的可能。

    （2）超临界工况下水的特性决定了在不同压力、温度阶段，在炉前系统不同区域内磁性氧化铁（Fe₃O₄）的溶解特性不同。从凝结水精处理装置出口到给水泵进口，系统处于Fe₃O₄稳定区，给水中的Fe^2＋含量较小；从给水泵出口到省煤器进口，系统处于Fe₃O₄溶解区，其溶解度达到峰值，给水中Fe^2＋含量会显著增加；在省煤器和水冷壁中，系统处于Fe₃O₄沉积区，Fe^2＋含量逐步降低。北疆电厂2号机组2010年热力系统Fe^2＋的测定结果（见图3）和2011年10月受热面结垢检查结果（见图4）可以说明上述特性。

图3 热力系统中Fe的分布情况

图4 各受热面内管壁结垢量

    （3）锅炉过热器减温水源取自省煤器进口，水温约295℃，压力接近30MPa，Fe₃O₄溶解度较高，当减温水流经调节阀笼套时，由于节流孔（直径为1～3mm）的作用，压力突然降低，水中的Fe₃O₄溶解度降低，在节流孔上集中析出、沉积，最后堵塞整个节流孔，造成减温水流量的降低。

    4 过热器减温水调节阀堵塞治理

    对调节阀堵塞采取的治理措施有：

    （1）减温水调节阀反冲洗。机组启动初期和机组低负荷运行期间，利用减温水进口电动阀前放水管道，使主蒸汽倒流经过减温水调节阀，进行长时间蒸汽反冲洗（流程见图5），使沉积在笼套节流孔的沉积物脱落，降低调节阀堵塞程度。

图5 调节阀反冲洗图

    经过多次反冲洗发现：对于轻度堵塞的调节阀，反冲洗后在一定程度上能降低调节阀的堵塞程度，但在反冲洗一个星期后就恢复原状；对于严重堵塞的调节阀几乎没有效果。因此可以得出结论：通过减温水调节阀反冲洗无法解决调节阀的堵塞问题。

    （2）超声波除垢仪在线除垢。选择一台中等堵塞程度的调节阀，本体上安装一台超声波除垢仪，利用超声波的空化、剪切效应，使调节阀笼套节流孔积聚的结垢产生疲劳而脱落，并在一定程度上抑制结垢的产生。通过一个多月的在线除垢试验，发现调节阀的堵塞程度没有减轻，反而加重，只是在一定程度延缓调节阀的堵塞速度。

    （3）人工清理。机组停运期间，对堵塞的调节阀全部进行清理。在机组运行过程中，对堵塞严重的减温水调节阀进行在线隔离清理，但在线隔离对减温水系统截止阀严密性要求高，部分减温水调节阀因无法彻底隔离而不能清理。

    采用人工清理方式，不能从根源上解决减温水调节阀的堵塞问题，且检修费用较高，全面清理一台锅炉减温水调节阀材料费需要近10万元。

    （4）调节阀笼套结构改造。在机组运行中发现：与二级、三级减温水调节阀相比，一级减温水调节阀堵塞速度慢，其原因为一级减温水调节阀笼套节流孔径大，减温水流经调节阀时，压力变化相对较小，Fe₃O₄析出少，且节流孔径大，不易造成沉积、堵塞。为此选择机组日常运行中堵塞最为严重的一级、二级减温水调节阀（共计4台）进行笼套改造（见图6）。改造后的调节阀流量特性能满足减温水调节要求，经过半年多的运行检验，没有发生堵塞现象。调节阀流量特性见图7。

图6 改造后调节阀笼套

图7　二级减温水调节阀流量特性曲线（改造后）

    （5）改变水处理方式。根据2010年2号机组测定结果，给水中Fe质量分数为5.62×10^-9，低于DL/T　912—2005《超临界火力发电机组水汽质量标准》（ω（Fe）≤10×10^-9）规定的标准，但高于GB/T12145—2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（ω（Fe）≤5×10^-9）规定的标准。由于锅炉过热器减温水调节阀的堵塞，影响锅炉的安全运行，北疆电厂积极开展机组给水加氧工作，1、2号机组分别2012年8月和2011年12月进行了给水加氧工作，水处理方式由AVT方式改为CWT（加氧）方式。2号机组AVT和CWT两种水处理方式下机组热力系统含Fe质量分数的测定结果见表1，从中可以看出：机组采用CWT水处理方式后，热力系统中各区域Fe^2＋质量分数显著降低，尤其是给水泵出口至省煤器进口区域。

表1 AVT水处理方式和CWT水处理方式下热力系统Fe质量分数测定值

    机组水处理方式改为CWT方式（加氧）后，除水处理由AVT方式转化为CWT方式初期，过热器减温水调门发生轻微堵塞外，以后没有再次发生减温水调节阀堵塞现象。

    5 结语

    北疆电厂1、2号机组锅炉减温水调节阀堵塞在百万千瓦等级机组上有一定的代表性。从治理结果看，通过减温水调节阀笼套改造和改变机组水处理方式（加氧），都可以解决减温水调节阀堵塞问题；但是从机组运行长远看，改变机组水处理方式（加氧）优于减温水调节阀笼套改造。