聲波吹灰技術(shù)在電廠鍋爐中的應(yīng)用

黨高峰

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，鍋爐、加熱器的積灰、結(jié)焦是困擾鍋爐受熱表面換熱效率的難題，是造成工作效率降低的重要因素。如果積炭達(dá)到了一定規(guī)模，就會(huì)導(dǎo)致?tīng)t身腐蝕，導(dǎo)致意外停機(jī)，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了蒸汽吹灰器、高壓水力吹灰器、鋼珠（振動(dòng)）除灰器。但是，這些裝置都有一定的局限性，如清除面積小、死角大、能源消耗大、維護(hù)成本高。

鍋爐積炭是由多種因素引起的，其中的燃料組成、鍋爐的物理、化學(xué)性質(zhì)、鍋爐負(fù)荷和燃燒條件等因素都會(huì)對(duì)鍋爐的積灰造成一定的影響。具體來(lái)說(shuō)，有高溫粘結(jié)灰、低溫粘結(jié)灰、松散灰。高溫粘結(jié)灰主要出現(xiàn)在高溫區(qū)和高溫對(duì)流面，尤其是在重油燃燒過(guò)程中，由于燃料中的鈉、鉀、硅、鈣、磷等元素在燃燒過(guò)程中升華，遇到低溫管壁，會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)，并與煙氣中的SO 結(jié)合，產(chǎn)生不同的熔鹽，捕獲大量的灰燼。

低溫粘結(jié)灰通常出現(xiàn)在氣流預(yù)熱器和冷卻階段，因?yàn)榛以w粒中含有大量的碳顆粒，將煙氣中的硫酸根、亞硫酸根和水吸收，在受熱面上沉積或凝結(jié)，產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性，如硫酸亞鐵。松散灰主要分布于對(duì)流段、氣流預(yù)熱器、節(jié)煤器、集塵機(jī)等各個(gè)部分，占總積灰總量的60%，且容易清理，但其熱阻較大，對(duì)熱效率的影響尤其顯著。

1 聲波吹灰的概念

聲波吹灰技術(shù)是利用聲場(chǎng)的能量，對(duì)鍋爐換熱器表面積灰、結(jié)焦進(jìn)行凈化。該裝置是將某一強(qiáng)度的聲波送入正在運(yùn)轉(zhuǎn)的爐膛，利用聲能作用，引起氣流分子和塵埃的振動(dòng)，破壞并阻礙粉末在管壁表面或顆粒間的粘附，使其始終保持懸浮狀態(tài)。

聲波能傳遍整個(gè)空間，將爐身所有地方的灰塵全部清理干凈，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，也不會(huì)造成管道表面的磨損和破損[1]。

根據(jù)對(duì)氣流的調(diào)節(jié)，聲波的產(chǎn)生可以分為笛形氣流聲源、諧振腔和圓板哨。其中國(guó)外的聲波除灰設(shè)備多為圓盤型，而我國(guó)的消音器則以低頻率的旋笛型吹灰器為主。

2 吹灰器類型

2.1 蒸汽吹灰器

2.1.1 工作原理

蒸汽吹灰器采用高溫、高壓的水蒸氣經(jīng)過(guò)連續(xù)改變的噴嘴，以極高的速度噴射，將受熱面上的積灰吹走，并隨著煙塵被吹走，使積存的灰渣破裂掉落。

2.1.2 主要型式

蒸汽吹灰系統(tǒng)包括三大系統(tǒng)：吹灰管、吹灰器、程序控制系統(tǒng)；吹灰器有：爐膛吹灰器、長(zhǎng)伸縮吹灰器、氣流預(yù)吹灰器。蒸汽吹灰器采用電傳動(dòng)，氣門采用機(jī)械方式打開(kāi)，并設(shè)有調(diào)節(jié)蒸氣壓力及流量的調(diào)節(jié)，吹灰管道采用高強(qiáng)度的合金鋼。

2.1.3 技術(shù)性能特征

蒸汽吹灰器是傳統(tǒng)的吹灰器，其高溫、高壓蒸汽直接吹掃受熱表面，對(duì)灰渣、灰熔點(diǎn)高、灰熔點(diǎn)高的灰渣具有良好的清洗效果。它的主要優(yōu)點(diǎn)和不足較為明顯，其中優(yōu)點(diǎn)：①能夠安裝在鍋爐的所有部分，能夠?qū)t膛、水平煙道和尾井的受熱表面進(jìn)行直接吹灰。②對(duì)結(jié)渣、灰熔點(diǎn)低、粘性灰渣有良好的作用。③從鍋爐直接引入蒸汽，按照設(shè)置的流程進(jìn)行吹灰。④短吹灰裝置工作穩(wěn)定，長(zhǎng)吹灰裝置的可靠性更高。缺點(diǎn)：①吹灰消耗蒸汽，降低煙氣露點(diǎn)，增加鍋爐補(bǔ)給水；②吹灰僅可除去被吹入的受熱表面，且存在死角。③伸長(zhǎng)型吹灰器的伸縮部件容易發(fā)生變形、卡滯、受熱表面被蒸汽吹傷而爆裂，維修工作量大、結(jié)構(gòu)尺寸大、占地面積大。

2.2 燃?xì)饷}沖激波吹灰器

2.2.1 工作原理

燃?xì)饷}沖激波吹灰器的工作原理是采用氣流與可燃?xì)怏w（例如：氫氣、乙炔氣、煤氣）等；液化氣體、天然氣等）按一定比例混合，用專用容器攪拌，并用高溫點(diǎn)燃，使其發(fā)生爆炸；瞬時(shí)產(chǎn)生的巨大聲能和大量高溫、高速的氣體，以激波形式震蕩、撞擊、沖刷著受熱面的管束，將其表面的灰塵吹散，并隨煙塵而去。

2.2.2 燃?xì)饷}沖激波吹灰器的不足

然而，這種技術(shù)也有一些缺陷，首先，它適用于鍋爐，因?yàn)槿紵笕菀桩a(chǎn)生的高溫?zé)熿F和氣體泄露，所以目前它僅適用于尾煙管的下部，例如氣流預(yù)熱器。其次，由于工作介質(zhì)是易燃易爆氣體，如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不當(dāng)，會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題；這些都容易導(dǎo)致易燃性氣體的泄露，對(duì)爐膛和周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。再次是比較復(fù)雜的，需要更高的控制系統(tǒng)。最后，無(wú)穩(wěn)定的氣體來(lái)源，需要經(jīng)常替換。優(yōu)勢(shì)：①?zèng)_擊波能量大，適用于疏松的泥沙和粘性的泥沙。②整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需要旋轉(zhuǎn)的機(jī)器、操作程序、維護(hù)工作量少的特點(diǎn)。③體積小，占地面積少。缺點(diǎn)：①吹灰需要使用氣體，需要定期進(jìn)行氣流供給。②吹灰對(duì)豎向沖擊面的影響較大，且吹灰存在盲區(qū)。③長(zhǎng)時(shí)間的吹灰會(huì)對(duì)固定的受熱表面造成侵蝕，所以要注意煤氣的安全。

2.3 聲波吹灰器

工作原理，聲波吹灰器有雙音雙頻聲波吹灰器和單音單頻聲波吹灰器兩種，它們的聲音原理不同，雙音雙頻聲波吹灰器是將高壓氣流通過(guò)一高音高頻發(fā)聲哨所產(chǎn)生的高音高頻聲波與一低音低頻聲波發(fā)生罩所形成的低音低頻音波進(jìn)行耦合疊加，產(chǎn)生一種雙音雙頻帶狀頻率聲波；單音單頻率聲波吹灰器是通過(guò)金屬薄膜、喇叭、發(fā)聲共振腔或其他聲學(xué)部件的壓縮氣流或蒸汽發(fā)出強(qiáng)烈的聲響[2]；聲波在煙道或爐膛中傳播，引起煙塵中的粉塵顆粒同步振動(dòng)，由于聲波振動(dòng)，使得粉塵顆粒很難接近積灰表面，同時(shí)還能將積存在加熱表面的粉塵進(jìn)行分解，以實(shí)現(xiàn)清灰。優(yōu)點(diǎn)：①利用聲波與灰渣、灰渣產(chǎn)生振動(dòng)、諧振，適用于疏松的粉塵。②吹灰裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、不需要旋轉(zhuǎn)的機(jī)械、操作程序、維護(hù)工作量小。③聲波能到達(dá)其他吹灰器所不能到達(dá)的地方，而不會(huì)留下任何盲點(diǎn)。④不吹損、不腐蝕、不影響受熱表面的管壁，降低了操作費(fèi)用。缺點(diǎn)是產(chǎn)生的聲能能量有限，影響了其使用范圍。

根據(jù)三種吹灰器工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用情況，其主要技術(shù)性能比較如下：①蒸汽吹灰器，吹灰介質(zhì)為蒸汽，每隔8h 吹灰一次，設(shè)備系統(tǒng)較為可靠。系統(tǒng)復(fù)雜，吹灰有死角運(yùn)行費(fèi)用高。長(zhǎng)吹灰器易受熱變形卡死引起爆管，維護(hù)量大，裝置占地面積大，運(yùn)行費(fèi)用較高。②燃?xì)饷}沖激波吹灰器，吹灰介質(zhì)為乙炔或液化，每隔7～15d 運(yùn)行一次，一般為0.5h，設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單，功率大。運(yùn)行成本高，吹灰有死角，燃?xì)庥邪踩珕?wèn)題，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用適中。③聲波吹灰器，吹灰介質(zhì)為壓縮氣流或蒸汽，每隔2～4h 發(fā)聲—次，每次發(fā)聲30～60s，設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用安全，維護(hù)量較小，成本低。能量低，運(yùn)行費(fèi)用最低。

從三種吹灰器的技術(shù)特點(diǎn)看，在鍋爐爐膛、屏式受熱表面吹灰除焦時(shí)，蒸汽吹灰器仍然是首選，與聲波吹灰器搭配使用，效果更好。三種類型的噴灰器都可以用于尾部加熱（低溫過(guò)熱器，省煤器，管式氣流預(yù)熱器），對(duì)于粘性粉塵，宜選用脈沖氣體吹灰器。對(duì)于旋轉(zhuǎn)式氣流預(yù)熱器，宜選用聲波吹灰和氣體脈沖激波吹灰，或使用蒸汽吹灰，前者在啟動(dòng)階段就能使用。

3 鍋爐吹灰系統(tǒng)的組成部分

采用不同的鍋爐和不同的燃煤，設(shè)置吹灰器的數(shù)量、種類、方式和吹灰參數(shù)都是不一樣的。但是，通常情況下，鍋爐的吹灰器包括三個(gè)部件。吹灰介質(zhì)管閥部分，主要由主汽源閥、副汽源閥、降溫降壓站、分支式疏水閥門組成、檢測(cè)吹灰介質(zhì)溫度，壓力，流量等檢測(cè)裝置。吹灰清掃設(shè)備部分，包括安裝在不同型號(hào)、不同行程和不同行程的鍋爐各受熱表面上的吹灰器。例如湖北鍋爐輔助設(shè)備廠的L 型爐子、G 型固定轉(zhuǎn)動(dòng)系列、C型長(zhǎng)伸縮式系列等吹灰設(shè)備。吹灰系統(tǒng)程控裝置部分，包括控制柜，電源柜。吹灰程序控制設(shè)備在鍋爐吹灰系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，是保證鍋爐吹灰系統(tǒng)安全、可靠的關(guān)鍵。中央控制器采用PLC，實(shí)現(xiàn)了吹灰流程的柔性，可以根據(jù)鍋爐制造商所提供的吹灰流程，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)吹灰系統(tǒng)的協(xié)調(diào)；實(shí)現(xiàn)了鍋爐吹灰設(shè)備的自動(dòng)、遠(yuǎn)程、就地電動(dòng)操作，并具有狀態(tài)顯示、故障報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)等功能，可滿足吹灰作業(yè)的需要。吹灰控制系統(tǒng)中控制箱的構(gòu)成：包括可編程控制器，電源，顯示板；由小型繼電器、接線端子排構(gòu)成，與動(dòng)力箱連接，由端子排、電纜連接，維修人員可利用編程器對(duì)操作程序進(jìn)行修正。吹灰控制系統(tǒng)的動(dòng)力箱體結(jié)構(gòu)，包括一組交流接觸器，氣流開(kāi)關(guān)，中間繼電器；由熱繼電器和接線端子構(gòu)成，用于對(duì)各種類型的吹灰和各種電氣閥門進(jìn)行控制。

4 電廠聲波吹灰系統(tǒng)改造應(yīng)用方案

鍋爐水平煙道改造方案。鍋爐機(jī)組的水平煙管位于爐膛出口，此位置煙溫高，通常（900～1300℃），煙塵中含有大量的灰分，大顆粒的灰分很容易在這個(gè)位置堆積，導(dǎo)致了煙道內(nèi)的灰塵堆積，導(dǎo)致了不少問(wèn)題。

案例：華能玉環(huán)電廠2 號(hào)機(jī)組1000MW（機(jī)組）水平煙道改造方案

工程概況：哈爾濱鍋爐廠根據(jù)三菱重工股份有限公司的技術(shù)，研制成功了1000MW 超臨界變壓運(yùn)行的華能玉環(huán)電站。采用П 型布置、單爐膛、反向雙切式循環(huán)燃燒，爐膛采用內(nèi)螺旋管豎直向上膜式水冷壁，循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)，一次中間再熱；在控制溫度的同時(shí)，還采取了煙道分配擋板、燃燒器擺動(dòng)和噴水等方法。采用平衡通風(fēng)，露天布置，固體排渣；全鋼框架，全懸掛式。每個(gè)鍋爐配備56 個(gè)RL-SL 型長(zhǎng)伸縮式吹灰裝置，在高重區(qū)AB 的兩邊分別設(shè)置6 個(gè)長(zhǎng)吹灰器[3]。

存在問(wèn)題：在機(jī)組歷次調(diào)停及檢修中發(fā)現(xiàn)，在高過(guò)與高再之間折焰角上、水平煙道高再中間區(qū)域普遍存在積灰，高再中間區(qū)域積灰尤為嚴(yán)重，存在寬度約4～5m、高度高達(dá)3～5m 的灰堆。

改造計(jì)劃：在2 號(hào)機(jī)組進(jìn)行維修或調(diào)停的時(shí)候，將原有的2 個(gè)水口和2 個(gè)擴(kuò)張式的聲波吹灰裝置拆除，2個(gè)擴(kuò)張式的聲波吹灰器設(shè)置在一個(gè)擴(kuò)張式的音波吹灰器的上方1m 處；原未拆卸的蒸汽吹灰器可以作為后備（此次改造以蒸汽吹灰器取代，四個(gè)尚未拆卸的蒸汽吹灰器可以臨時(shí)作為備用，根據(jù)使用條件是否投入使用）。

鍋爐空預(yù)器改造方案。氣流預(yù)熱器是電廠鍋爐中的一種重要設(shè)備，其主要原因是常規(guī)煙氣的低溫腐蝕和氨氣泄漏引起的硫酸氫銨腐蝕。在低溫?zé)煔庵?，氣流預(yù)熱器很容易出現(xiàn)低溫腐蝕、結(jié)渣等問(wèn)題。由于氣流預(yù)熱器阻塞，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行阻力增加，煙氣排放超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)；另外，還會(huì)使風(fēng)機(jī)的流道阻力增大，提高風(fēng)機(jī)的功率消耗。如果出現(xiàn)堵灰現(xiàn)象，就需要采取停機(jī)措施，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的非正常停機(jī)次數(shù)，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成很大的影響[4]。

電廊坊熱電廠2×350MW 機(jī)組空預(yù)器的技術(shù)改造。

工程概況：北京巴威公司生產(chǎn)的國(guó)電廊坊熱電廠2×350MW 機(jī)組，鍋爐B&WB-1130/25.4-M。平衡通風(fēng)，固體排渣，全鋼結(jié)構(gòu)；半開(kāi)放排列的一種類型的鍋爐。

問(wèn)題：鍋爐是一種煤粉加熱爐。停爐后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鍋爐空預(yù)器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查，結(jié)果表明，在煙氣一側(cè)的冷端，有較大的積灰。由于大量的積灰，導(dǎo)致了空預(yù)器的冷端出現(xiàn)了嚴(yán)重的低溫腐蝕。

改造計(jì)劃：利用機(jī)組維修或調(diào)停的時(shí)機(jī)，在爐膛A、B 兩側(cè)煙氣進(jìn)口和二次風(fēng)口分別設(shè)置一個(gè)渦輪聲波吹風(fēng)機(jī)，并在煙氣進(jìn)口和二次風(fēng)口的殼壁處設(shè)置有聲波吹灰器，采用型鋼支承和螺旋式擴(kuò)壓器，采用8mm耐熱、耐磨的合金鋼制成。在煙氣進(jìn)口和二次風(fēng)進(jìn)口處新設(shè)一個(gè)安裝孔。

5 改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析

聲波吹灰器采用全息吹灰，實(shí)時(shí)在線操作?？蓮氐兹〈Ｒ?guī)的蒸汽吹灰器。采用聲波吹灰器后，吹灰區(qū)域內(nèi)不會(huì)有明顯的灰塵堆積，不會(huì)發(fā)生坍塌?？梢詮氐椎胤乐褂捎谡羝祾咴斐傻墓鼙谧儽《斐傻木植抗軆?nèi)爆管事故，防止非計(jì)劃停電，改善設(shè)備的安全。本發(fā)明的吹灰器無(wú)須維護(hù)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不需調(diào)整、檢修、維護(hù)，可大大減少檢修工作量，節(jié)約檢修維護(hù)成本，并可較大幅度降低發(fā)電煤耗[5]。經(jīng)濟(jì)效果，①節(jié)省蒸氣：采用聲速吹灰裝置，可取代蒸氣吹灰裝置，節(jié)省蒸氣。②可避免粉塵堆積，減少煙氣的升溫，增加鍋爐的效能，節(jié)約煤炭。③節(jié)能：采用超聲吹灰器實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線工作，可有效地減少鍋爐受熱面上的灰塵，減少煙氣的阻力，減少排氣扇的輸出功率，并能有效地降低排氣扇的流量。④維修費(fèi)節(jié)?。阂?yàn)橛惺軣岜砻娴墓茏佑写滴g和容易卡堵的現(xiàn)象，所以維修成本會(huì)提高，所以要在管子的內(nèi)壁處安裝一個(gè)防波片，以避免管道的風(fēng)蝕。⑤防止蒸汽吹灰導(dǎo)致的安全問(wèn)題，如蒸汽吹灰、機(jī)械泄漏等。⑥節(jié)能和減排：與原來(lái)的操作模式相比，使用聲速吹灰裝置能夠降低CO2和SO2的排放。

6 結(jié)語(yǔ)

由于氣流預(yù)熱器結(jié)垢的嚴(yán)重，會(huì)使煙氣系統(tǒng)的阻力增大，出口的壓差、漏風(fēng)系數(shù)變大，鍋爐的整體風(fēng)量和爐膛的負(fù)壓發(fā)生明顯的波動(dòng)，使送風(fēng)機(jī)的單耗增大，排煙熱耗增大，降低了鍋爐的效率以及機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成煙氣溫度升高，使脫硫系統(tǒng)不能正常工作。所以，如何有效地解決氣流預(yù)熱器的堵塞問(wèn)題就變得非常重要。