淺析鍋爐吹灰優(yōu)化在實際中的應(yīng)用

黃河

（神華國華北京熱電分公司，北京 100025）

1 吹灰方案現(xiàn)狀及存在問題

目前在我分公司鍋爐蒸汽吹灰方案的制訂方面，是根據(jù)鍋爐制造單位所提供的設(shè)計說明書中的要求以及我分公司燃用神華煤的實際情況所制訂，這些做法實際上只是取決于鍋爐值班員以往經(jīng)驗，人為因素起了相當大的作用。因為，鍋爐制造單位在設(shè)計鍋爐時，根據(jù)設(shè)計煤質(zhì)的特性，結(jié)合以往已有經(jīng)驗，在設(shè)備結(jié)構(gòu)方面已采取了必要的技術(shù)措施，以防止受熱面沾污積灰、結(jié)渣。根據(jù)燃用煤質(zhì)的不同，設(shè)計方面采取的技術(shù)措施不同，吹灰只是作為一種輔助手段，是對技術(shù)措施的補充。因此，電廠在制訂吹灰方案時，應(yīng)根據(jù)本廠設(shè)備的實際運行情況，否則將可能出現(xiàn)一些負面影響，眾所周知，低負荷運行時，爐內(nèi)溫度水平相對較低，爐內(nèi)受熱面上的部分灰渣將自行脫落。而對大多數(shù)鍋爐設(shè)備來講，爐膛沾污積灰甚至結(jié)渣恰恰是影響排煙溫度的主要因素。在這種情況下，無選擇的按規(guī)定每班吹灰1次，顯然將導(dǎo)致能源浪費，受熱面管壁磨損減薄，甚至也是導(dǎo)致鍋爐受熱面爆管的原因。有些電廠規(guī)定每天吹灰1次，且要求吹灰時，鍋爐負荷一般應(yīng)高于額定負荷的50%左右，這樣運行人員基本將吹灰安排在每天上午，在此時間段吹灰，顯然針對性相對較差，能源浪費較多，原因是：一般來講，每天0時至6時左右，鍋爐大都在半負荷或者更低負荷運行，在此期間爐內(nèi)溫度水平相對較低，爐內(nèi)受熱面上的大部分灰渣已自行脫落；善于觀察總結(jié)的運行人員根據(jù)運行情況確定何時吹灰，吹哪一部分受熱面，雖也有一些人為因素，但其針對性比上述情況相對較好。

2 制訂吹灰方案應(yīng)考慮的因素

制訂合理的吹灰方案，應(yīng)綜合考慮吹灰所用蒸汽的能量損耗、吹灰器所用驅(qū)動裝置的能量損耗、吹灰器磨損、吹灰后鍋爐效率的提高即吹灰后鍋爐運行時節(jié)省的能量，鍋爐運行的安全性以及因吹灰而造成受熱面管壁磨損、管子使用壽命縮短等情況，即將所有因素都折合成經(jīng)濟成本，這樣經(jīng)濟成本最小時的吹灰時間間隔即為最佳吹灰周期。由于目前就吹灰對管壁壽命的影響及吹灰器磨損等因素，還難以給出定量關(guān)系，即難以折算成經(jīng)濟成本。本文將主要從如何使吹灰所用蒸汽的能量損耗相對較少，而使吹灰后由于鍋爐效率的提高，所節(jié)省的能量相對較多，即主要從能量增益方面，并兼顧考慮受熱面管使用壽命等因素來討論如何制訂吹灰方案。

3 吹灰優(yōu)化技術(shù)在實際中的應(yīng)用

吹灰過程是用一定量的蒸汽能量消耗來改善受熱面的清潔程度，以提高換熱效果，吹灰周期較短即吹灰次數(shù)較多，會影響受熱面的壽命，并帶來不必要的能量消耗，但吹灰周期過長，又會使排煙溫度升高，使運行經(jīng)濟性變差。因此根據(jù)鍋爐運行情況存在一最佳吹灰周期，按此進行吹灰，將使能量損耗最小。我分公司四臺鍋爐經(jīng)過幾次燃燒器技術(shù)改造，噴氨系統(tǒng)的投入使用，以及#2、#3爐SCR系統(tǒng)的試運行。吹灰方案急切改進，以下簡單介紹幾家科研單位對吹灰優(yōu)化所作的研究項目：

3.1 華北電力大學(xué)（保定）：自1997年開始承擔(dān)國家電力公司重點科技項目在國內(nèi)率先進行了燃煤電站鍋爐受熱面污染監(jiān)測理論與實踐的研究工作。經(jīng)過多年研究，開發(fā)出了“大型燃煤電站鍋爐受熱面污染監(jiān)測及吹灰優(yōu)化系統(tǒng)”。該系統(tǒng)能夠?qū)﹀仩t受熱面結(jié)渣積灰進行監(jiān)測，實現(xiàn)優(yōu)化吹灰。到目前為止，該系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)8個電廠15臺機組上成功投運，并取得了一定的效果。

3.2 浙江大學(xué)熱能工程研究所：1998年起開始燃煤鍋爐智能吹灰優(yōu)化的科技攻關(guān)。智能吹灰優(yōu)化系統(tǒng)是基于浙江大學(xué)多年爐內(nèi)三維溫度場重建和燃燒診斷方面的研究成果，該系統(tǒng)以爐內(nèi)溫度場重建和輻射能測量來指導(dǎo)輻射受熱面吹灰，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來指導(dǎo)對流受熱面吹灰，通過對受熱面清潔因子監(jiān)測的方法，實現(xiàn)對鍋爐本體輻射受熱面和對流受熱面的積灰結(jié)渣狀況的監(jiān)測，并對吹灰的程序進行指導(dǎo)。首次在嘉興電廠300MW燃煤電站鍋爐上獲得成功應(yīng)用。

3.3 美國電力研究院（EPRI）研制了用于鍋爐吹灰的智能吹灰器：鍋爐智能吹灰器在美國田納西州BULLRUN電廠鍋爐（6400000LB/h）上使用效果很好，鍋爐吹灰次數(shù)減少，鍋爐效率提高，延長鍋爐受熱面的使用壽命。智能吹灰方式：鍋爐吹灰器實現(xiàn)智能綜合控制吹灰，達到“吹凈”和沒有“過吹”的目的，實現(xiàn)設(shè)備安全和經(jīng)濟運行。自動控制考慮如下因素：第一屏式過熱器安裝測重儀測量結(jié)焦重量；采用紅外線測量爐膛出口煙氣溫度；煤質(zhì)分析采用在線測量，每8秒鐘采樣一次；用激光二級管測量CO、O2含量；從機組DCS中提取有關(guān)機組負荷等數(shù)據(jù)，綜合控制鍋爐吹灰，達到減少鍋爐吹灰次數(shù)，而且控制鍋爐結(jié)焦和積灰。同時達到鍋爐燃燒優(yōu)化。鍋爐智能吹灰器可以用燃氣、蒸汽做介質(zhì)。

目前，我熱電分公司#4爐使用的吹灰優(yōu)化系統(tǒng)是華北電力大學(xué)（北京）：開發(fā)出以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心的鍋爐吹灰實時監(jiān)測系統(tǒng)，對鍋爐受熱面積灰、結(jié)渣進行在線監(jiān)測。在機組DCS中實現(xiàn)對鍋爐水冷壁管壁、鰭片溫度在線監(jiān)測，設(shè)定臟污程度報警，使運行人員能對爐內(nèi)各部分的沾污積灰情況有直觀了解，更有針對性的進行吹灰，其效果將更好。而且在DCS中可查詢每點溫度的變化趨勢，每個吹灰器的使用次數(shù)。這為熱力試驗人員提供了詳細的技術(shù)數(shù)據(jù)，為鍋爐的經(jīng)濟運行、運行調(diào)整和事故處理提供必要的依據(jù)。吹灰汽源的選擇：目前吹灰汽源一般取自屏式過熱器入口的主汽汽源，通過減壓后供吹灰；通過優(yōu)化吹灰參數(shù)的試驗，可以考慮有些部位，例如空預(yù)器，改為再熱器冷段低溫汽源。

4 優(yōu)化后節(jié)能效果預(yù)測

以智能吹灰為例，應(yīng)用效果如下：（1）鍋爐水冷壁管故障平均時間，從54天增加到76天，故障間隔天數(shù)增加41%。（2）在鍋爐吹灰過程中，金屬溫度差最大從169℃降到102℃，達到了40%。（3）鍋爐吹灰器平均吹灰頻率降低了50%。（4）鍋爐水冷壁最高點溫度從520℃降低到497℃。（5）鍋爐再熱器減溫水噴水量降低了33%。（6）在鍋爐每個燃燒室內(nèi)，再熱器金屬溫度降低了7℃和3℃。

一般來講，全面吹灰一次，在吹灰過程剛結(jié)束時，因設(shè)備不同，鍋爐排煙溫度可比吹灰前降低15℃左右，鍋爐效率提高約1個百分點左右。此后隨著運行時間的增加，受熱面重新被沾污積灰、甚至結(jié)渣，排煙溫度又進一步升高，經(jīng)過若干小時，排煙溫度就又達到吹灰前的溫度水平，此時有些鍋爐設(shè)備可能出現(xiàn)隨著運行時間的進一步增加，排煙溫度基本不變或升高速度非常緩慢的情況，即進入一種自平衡狀態(tài)，在這種情況下，吹灰還是不吹，以及何時吹灰，不僅要考慮能量增益，還要綜合考慮吹灰對蒸汽參數(shù)及管壁壽命的影響，更要考慮對運行安全性的影響，此時便可通過分析水冷壁上管壁與鰭片的溫度來對爐內(nèi)積灰情況判斷。爐內(nèi)沾污積灰比較均勻，無大焦塊形成，不會影響運行安全。再從運行參數(shù)看，暫時不吹灰能量損耗也較小，那么，從延長管壁壽命來考慮，就可將吹灰間隔延長，否則就應(yīng)進行吹灰。對于尾部受熱面吹灰，則主要根據(jù)能量增益和運行參數(shù)決定。

[1]岑可法，樊建人，池作和，沈珞嬋.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理和計算[M].科學(xué)出版社，1994.