可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器在600MW機組空氣預熱器的應用

范國強，孫衛(wèi)國，朱君舉

（1.內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 豐鎮(zhèn) 012100；2.南京常榮聲學股份有限公司，南京 210008）

1 鍋爐概況

內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責任公司（以下簡稱京隆發(fā)電公司）2×600MW空冷機組＃1，＃2鍋爐為亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐。鍋爐采用擺動式燃燒器調(diào)溫，四角布置，切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛，∏型緊身封閉布置，固態(tài)排渣，全鋼架結(jié)構(gòu)，平衡通風。鍋爐設計煤種為準格爾礦煤，校核煤種為晉北代表煤。

每臺鍋爐配備 2臺 32VI（50）-1930（2083）SMRC型三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預熱器（以下簡稱空預器），旋轉(zhuǎn)方向為煙氣→二次風→一次風。轉(zhuǎn)子直徑為13492mm，受熱面高度為2 083mm，一次風倉角度為50°。采用3層換熱元件，其高度、厚度、波型自上而下分別為1 000mm／0.5mm／DU，775mm／0.5mm／DU，305mm／1.0mm／NF6。高溫段傳熱元件面積為46917m2，中溫段傳熱面積為36501m2，低溫段傳熱面積為13 092m2，轉(zhuǎn)子高度為2 680mm。燃用設計煤種時熱耗率驗收（THA）工況和鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況一次風溫分別為305℃，308℃，二次風溫分別為315℃，320℃。每臺空預器上配備2臺克萊德貝爾格曼伸縮式吹灰器。＃1鍋爐空預器于2014年4月7日安裝了4臺ENSGG-Ⅲ型可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器，在近1年的時間里，通過不斷測試、分析和對吹灰模式的優(yōu)化，配合蒸汽吹灰器使用，吹灰效果良好。

2 空預器設備簡介

空預器是利用鍋爐尾部煙氣熱量來加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置，回收了煙氣熱量，降低了排煙溫度，因而提高了鍋爐效率（據(jù)計算，鍋爐排煙溫度每降低4.4℃，鍋爐效率可提高1百分點）；由于空氣的預熱強化了燃料的著火和燃燒過程，減少了燃料的不完全燃燒熱損失，空預器已成為現(xiàn)代鍋爐的一個重要組成部分。

空預器按傳熱方式可分為表面式和再生式2大類，再生式空預器由于具有回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所以又稱為回轉(zhuǎn)式空預器，回轉(zhuǎn)式空預器又可分為受熱面旋轉(zhuǎn)和風罩旋轉(zhuǎn)2類，受熱面旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式空預器又稱為容克式空預器。

容克式空預器的工作原理為：轉(zhuǎn)子的受熱元件在煙氣側(cè)從煙氣中吸收熱量，通過空氣側(cè)時再將熱量傳遞給空氣。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)緩慢，傳熱元件交替地通過煙氣側(cè)和空氣側(cè)通道，當傳熱元件與煙氣接觸時吸收熱量并積蓄起來，與空氣接觸時釋放貯存的熱量來加熱空氣，如此周而復始。

3 空預器設備及堵塞情況

京隆發(fā)電公司＃1鍋爐安裝2臺容克式2-32VI（50°）-2083型三分倉回轉(zhuǎn)式空預器。預熱器采用反轉(zhuǎn)方式，即一次風溫低，二次風溫高。每臺空預器煙氣側(cè)冷、熱端各安裝1臺克萊德貝爾格曼伸縮式吹灰器。吹灰時上、下吹灰器依次運行?？疹A器設備主要參數(shù)見表1，蒸汽吹灰器設計參數(shù)見表2。

表1 空預器主要參數(shù) mm

表2 蒸汽吹灰器設計參數(shù)

＃1鍋爐2臺空預器自2008年6月投運以來已經(jīng)運行了近7年，在長周期運行期間，由于入爐煤偏離設計煤種，灰分、硫分增加，空預器冷端腐蝕加劇，換熱元件積灰、結(jié)垢逐漸嚴重，換熱效率較低，空預器通風阻力增大，不僅增加了送風機、引風機、一次風機電耗，嚴重時還會使引風機發(fā)生喘振，使機組出力受限，影響了機組長期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

在＃1機組脫硝系統(tǒng)投運后，由于不可避免地整體或局部噴氨過量，導致空預器冷端硫酸氫銨結(jié)垢腐蝕情況愈發(fā)嚴重，空預器壓差居高不下，嚴重影響機組帶負荷能力，增加了風機電耗。2013年，京隆發(fā)電公司＃1機組因乙側(cè)空預器壓差太大而被迫停爐并進行低壓水沖洗，在沖洗過程中發(fā)現(xiàn)換熱元件吹損嚴重，同時積灰已經(jīng)堵住了8塊隔倉。由此可見，單純的蒸汽吹灰器已經(jīng)不能滿足當前機組正常運行的需求。圖1為＃1空預器在只使用蒸汽吹灰時的壓差（負荷為600MW）。

圖1 使用蒸汽吹灰器時空預器的壓差

從圖1可以看出，＃1機組空預器運行7個月后壓差增長速度極快，甲側(cè)空預器壓差從1.0 kPa（2014-02-01）上升至1.3 kPa（2014-03-04），在1個月內(nèi)累計增長0.3 kPa；乙側(cè)空預器壓差從1.1 kPa（2014-02-01）上升至 1.8 kPa（2014-03-04），1個月內(nèi)累計增長0.8 kPa，直接影響了機組的安全性和經(jīng)濟性。

4 可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器簡介

可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器有別于傳統(tǒng)的膜片式、板哨式及旋笛式吹灰器，其發(fā)聲設備采用新型的電動調(diào)制氣流揚聲器［1］，氣流揚聲器氣聲轉(zhuǎn)化效率高于90%，聲功率達到30 kW，聲壓級突破160 dB，實現(xiàn)了調(diào)頻調(diào)幅，聲波頻率可在20～8 000 Hz任意調(diào)節(jié)，通過測量分析，可以針對不同積灰環(huán)境調(diào)整吹灰頻率。且高聲強聲波吹灰器只針對積灰和積垢的頻率發(fā)聲，不會引發(fā)受熱面本身及其支撐的振動，有效作用距離可達15m。其主要性能參數(shù)見表3。

表3 可調(diào)頻聲波吹灰器主要性能參數(shù)

5 可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器的安裝

項目實施之前，南京常榮聲學股份有限公司（以下簡稱常榮公司）技術人員與京隆發(fā)電公司專工進行多次交流。根據(jù)分析，該空預器積灰堵塞的原因主要有以下幾點：（1）燃煤特性與設計煤種不符，灰分、硫分大大超過設計值；（2）省煤器灰斗輸灰不暢；（3）空預器低溫腐蝕。

常榮公司根據(jù)上述原因設計具有針對性的吹灰方案，其中，考慮到空預器低溫腐蝕發(fā)生在換熱元件冷端，此段工作溫度較低，設計采用低頻聲波吹掃；而燃煤灰分增加、省煤器輸灰不暢等原因則直接對換熱元件熱端產(chǎn)生影響，此段工作溫度高，設計采用高頻聲波吹掃。因此，在煙氣側(cè)、二次風側(cè)各安裝1臺奧笛牌可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器。

＃1機組空預器甲、乙煙氣側(cè)入口各安裝高、低頻高聲強聲波吹灰器。設備安裝如圖2所示。

6 安裝后的運行情況

在＃1機組空預器安裝、運行可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器后，于2014年5月7日重新啟動機組且進行并網(wǎng)，同時＃1機組蒸汽吹灰器每天運行1次。至2015年1月23日聲波吹灰器已運行8個多月，甲、乙壓差滿負荷時控制在1.2 kPa以內(nèi)。

圖2 吹灰器內(nèi)部安裝

2014年5月20日，＃2機組啟爐后，由于未安裝可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器，蒸汽吹灰器每天運行2次，至2015年1月23日已運行8個月，甲、乙兩側(cè)壓差滿負荷時達到1.2 kPa。

圖3為＃1機組安裝可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器前、后8個月滿負荷運行時空預器煙氣側(cè)壓差變化，圖4為安裝了可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器的＃1機組和未安裝可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器的＃2機組近8個月的空預器壓差變化對比。

圖3 ＃1空預器壓差變化

圖4 ＃1，＃2機組空預器壓差變化對比

從圖3可以看出，未安裝可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器時，＃1機組空預器煙氣側(cè)的壓差波動較大，最大時達到了1.7 kPa，容易造成鍋爐總風量和爐膛負壓大幅度擺動，影響機組安全運行。安裝可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器后，可以看出壓差明顯降低，且在滿負荷時能保持穩(wěn)定，保證了機組運行的安全性，同時也減少了引、送風機的電耗，降低了熱損，提高了鍋爐的熱效率。

從圖4可以看出，未安裝可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器的＃2機組空預器壓差近8個月上升速度高于安裝了可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器的＃1機組，證明可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器的吹灰效果明顯優(yōu)于蒸汽吹灰器。

實際應用表明，可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器不僅能對空預器起到正常的吹灰作用，且能逐步振落換熱元件上原先形成的結(jié)垢，吹灰效果較蒸汽吹灰器具有明顯改善。

7 2種吹灰器對比

7.1 吹灰原理

7.1.1 可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器吹灰原理

高聲強聲波是一種機械波，空氣中的聲波使空氣分子產(chǎn)生振動，在邊界層振動的空氣分子帶動相鄰的介質(zhì)分子振動，并產(chǎn)生2種效果，一種是聲能透射到相鄰介質(zhì)中，在介質(zhì)中形成固體聲波，另一種由于空氣分子與相鄰介質(zhì)分子之間的黏滯力，聲波相當于施加給相鄰介質(zhì)一個作用力，使表面介質(zhì)分子被聲波來回推拉。若吹灰頻率與灰垢共振頻率一致，將會產(chǎn)生吻合效應，這2種效果將更加明顯。

7.1.2 蒸汽吹灰器吹灰原理

蒸汽吹灰器依靠蒸汽動能對積灰進行吹掃，一旦換熱元件內(nèi)積灰較多就會導致動能加速衰減，因此，對卡澀在換熱片通道中的塊狀灰垢吹灰效果較差。

7.2 對換熱元件的吹損

可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器為能量型吹灰，不會對換熱元件造成吹損，蒸汽吹灰器為動能型吹灰，吹灰時蒸汽對換熱元件的沖擊力使換熱元件受到吹損。

圖5、圖6為聲波吹灰后與蒸汽吹灰后換熱元件實景。

7.3 可靠性對比

聲波吹灰器結(jié)構(gòu)簡單，安裝便捷，配備自動程序控制系統(tǒng)，操控簡便，運行安全、可靠。而蒸汽吹灰器故障率高，經(jīng)常出現(xiàn)卡死、失靈及漏汽現(xiàn)象，設備經(jīng)常停運，可靠性差，容易出現(xiàn)下列問題。

（1）疏水管線腐蝕、泄漏嚴重。

（2）限位開關頻繁失靈。

（3）吹灰蒸汽總閥由于動作頻繁，出現(xiàn)開、關困難及內(nèi)漏。

（4）疏水不暢容易加劇空預器中間層蓄熱元件堵塞。

圖5 聲波吹灰后

圖6 蒸汽吹灰后

7.4 經(jīng)濟性對比

聲波吹灰器采用壓縮空氣作為工質(zhì)來源，遠遠低于蒸汽吹灰器所需蒸汽的運行成本，且在安裝、日常維護管理等費用上，聲波吹灰器遠低于蒸汽吹灰器，具有更好的經(jīng)濟效益。

8 結(jié)論

近8個月的運行試驗實踐表明，可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器能夠有效發(fā)揮對空預器的吹灰作用，并且能逐步清除原有的結(jié)垢，提高空預器換熱元件的清潔度，降低排煙溫度，降低風煙系統(tǒng)電耗，從而提高機組的安全性、可靠性、經(jīng)濟性。

對比蒸汽吹灰器，可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器具有不受熱交換器布置空間影響、聲波傳播均勻、衰減小、能夠有效清除鍋爐內(nèi)各受熱面及除塵板積灰結(jié)垢的優(yōu)點；同時，可調(diào)頻高聲強聲波吹灰設備安裝便捷，采用自動程序控制操作，維護量小，不但運行成本遠遠低于蒸汽吹灰器，而且運行安全性、可靠性大大提高。隨著性能的進一步提高和吹灰模式的不斷優(yōu)化，可調(diào)頻聲波吹灰器將逐漸取代蒸汽吹灰器。

［1］馬大猷.調(diào)制氣流聲源的原理［J］.物理學報，1974，23（1）：17-26.

［2］田靜，閏貴富.聲波吹灰技術的應用研究［J］.聲學學報，1997（5）：469-473.

［3］姜根山，辛曉東，田靜.聲波除灰的能量傳播優(yōu)勢［J］.中國電力，1999，32（9）：32-33.

［4］鐘毅，高翔，霍旺，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)氣-氣換熱器的結(jié)垢分析［J］.動力工程，2008（2）：275-278.