聲波吹灰器和蒸汽吹灰器應用比較分析

浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司 孔慶有 熊定標 張 越

在火力發(fā)電廠鍋爐運行過程中，由于鍋爐結構上的特點，在水冷壁、水平煙道處對流受熱面、尾部對流受熱面等主要受熱面上會產生一定量的積灰。如不及時處理，會影響到受熱面的導熱性能，導致鍋爐熱效率降低，因此需要對受熱面進行除灰工作。在布置吹灰器時，需要結合鍋爐運行的實際情況，以及工作環(huán)境等多種因素來選擇吹灰器的種類、數量。當前，火力發(fā)電廠鍋爐的吹灰裝置主要為聲波吹灰器和蒸汽吹灰器，通過對某電廠實際應用案例的了解，能夠得出吹灰器的應用能夠確保鍋爐受熱面的傳熱效果達到預期值。

1 吹灰器的原理

1.1 聲波吹灰器原理

聲波吹灰器主要由壓縮氣源、聲波發(fā)生器和電子控制器這三部分組成。具體的工作原理是：利用過濾器將空氣進行凈化，在電磁閥的控制下通過聲波發(fā)生器將壓縮空氣的能量轉換為聲能，調整好各項參數，以聲波的形式向外傳遞，聲波通過聲波導管經過輻射喇叭的調整放大，以特定的頻率、周期傳入到容器中；利用聲波能夠在彈性介質中自由傳播的這一特點，以及聲波能夠直射、反射、滲透等特性，在空間中形成一個無死角的高強度諧振聲場，針對受熱面表面上的積灰進行循環(huán)往復的吹灰。

從微觀角度進行分析，積灰的形成主要是由于大量的微小灰粒具有的表面張力，以及粒子之間和受熱面之間的粘滯力、附著力，以及靜電吸引力等多方面的作用在受熱面上發(fā)生聚集，聲波吹灰器則是利用聲波的作用加速吹灰空間內部的空氣分子的振動作用，在吹灰空間內存在大量的空氣分子，在積灰粒子周圍緊密分布著無數的空氣分子，在聲波的作用下，數量龐大的空氣分子以相同的強度與頻率進行往復振動，具有較大的作用力[1]。在聲波的持續(xù)作用下，灰粒與受熱面之間的結合力會不斷減弱，當減弱到一定程度時，積灰就會從受熱面表面脫離，部分積灰會被氣流沖刷隨煙氣排出。

1.2 蒸汽吹灰器原理

當前，蒸汽吹灰器主要由長伸縮式吹灰器和短伸縮式吹灰器兩種，且均為電力驅動，采用機械式開啟閥門，同時配備蒸汽開度微調裝置以根據實際情況適當調整吹灰的蒸汽流量與壓力。其中，長伸縮式吹灰器主要應用在過熱器和再熱器管束積灰的吹掃工作上，部分情況下也可以應用于省煤器的積灰吹掃，長伸縮式吹灰器在工作時吹灰管和噴頭一邊旋轉、一邊深入到煙道中，噴頭多采用拉瓦爾噴管，能夠確保噴出的蒸汽或者空氣的速度超過音速，其有效吹掃半徑能夠達到2m左右[2]。短伸縮式吹灰器主要應用于爐膛水冷壁管表面積灰的吹掃工作。

蒸汽吹灰器多在高于700℃的煙溫范圍內工作，雖然吹灰管的材質為耐熱型合金鋼，但是在吹掃結束后，吹灰管仍要及時退出爐外，防止長時間處于高溫環(huán)境內被高溫煙氣燒壞。

2 適用范圍與使用方式

2.1 聲波吹灰器的適用范圍與使用方式

聲波吹灰器主要應用于火力發(fā)電廠鍋爐的過熱器、再熱器、省煤器、空氣預熱器等設備的除灰工作上，也可應用于煉油廠的加熱爐、余熱鍋爐以及其他行業(yè)的鍋爐清灰系統(tǒng)中[3]。在安裝聲波吹灰器后，需要結合具體的工作情況對吹灰器的工作頻率和工作周期進行設定，在工作中，詳細記錄好各相關參數的變化，通過不斷的總結工作經驗，制定出更為合理地吹灰程序。在聲波吹灰器工作過程中如果發(fā)現控制面板出現報警信號，需要立即停止工作，并通知維修人員及時對故障進行排除。制定科學的管理方案，定期安排維護人員對設備進行維護。

2.2 蒸汽吹灰器的適用范圍與使用方式

蒸汽吹灰器主要應用于水冷壁、對流管束等受熱面的吹灰工作上，能夠有效處理粘性灰、松散灰，在火力發(fā)電廠鍋爐和其他行業(yè)鍋爐運行上得到了廣泛應用。在使用時，既可以通過遠程控制來操作吹灰器工作，也可以通過就地控制進行吹灰作業(yè)，具體的吹灰參數、吹灰時長需要根據實際情況進行設定。

3 聲波吹灰器的優(yōu)缺點

3.1 聲波吹灰器的優(yōu)點

聲波吹灰器的特點在于利用特殊的聲波發(fā)生器，能夠將動力蒸汽或者動力空氣轉換為聲波，這種聲波能夠快速的全方位的向鍋爐的各個積灰區(qū)域傳播，鍋爐中的粉塵顆粒在空氣質點的周期性的高速振蕩沖擊下，逐漸從附著面脫落，其中較小的灰塵會隨著煙氣排出，較大的灰塵顆粒會在重力作用下下落，隨著鍋爐灰渣一起排出。

3.1.1 有效清灰范圍較大，能夠對死角積灰進行處理聲波吹灰器特殊的非接觸式的除灰方式，能夠利用聲波對受熱面表面的積灰進行處理，通過調節(jié)聲波的聲頻和聲強參數來達到不同的除灰效果，發(fā)出聲波的波長決定了除灰半徑的大小。同時，由于聲波在傳播過程中與受熱面接觸能夠發(fā)生反射、透射以及衍射等現象，能夠確保聲波快速的在整個吹灰空間中傳播，且不留任何死角[4]，而且相較于傳統(tǒng)的蒸汽吹灰器能夠更加深入的對各個積灰表面進行清理。以SCR反應器中的蜂窩狀催化劑為例，在使用傳統(tǒng)的吹灰器時無法及時對其內部的間隙進行清理，而采用聲波吹灰器能夠完美的解決這一問題。

此外，由于聲波吹灰器獨特的吹灰方式，使得在安裝聲波吹灰器時對于安裝位置和方向的要求并不高，未做好安裝位置的把控工作，也能夠有效清理各個間隙內部的積灰，真正實現無死角清灰。表1為國能壽光#2鍋爐尾部煙井聲場空間參數，其采用的聲波吹灰器最大有效距離為6.659m，經過簡單計算便可以得出聲波吹灰器的有效覆蓋范圍足以覆蓋整個空間。表2為國能壽光#2鍋爐尾部煙井各空間煙氣物性參數。

表1 聲場空間參數

表2 空間煙氣物性參數

3.1.2 能量衰減慢

首先，傳統(tǒng)的蒸汽吹灰器射流動壓會隨著噴射距離的增加逐漸衰減，且衰減的程度與噴射距離的二次方成反比關系，噴射動能的衰減程度與噴射距離的三次方成反比關系，也就是說當噴射距離達到一定程度時，蒸汽吹灰器所起到的效果就十分微小，無法滿足除灰要求。而聲波吹灰器的聲壓衰減程度與聲波的傳播距離的一次方成反比關系，聲強的衰減程度與聲波的傳播距離的二次方成反比關系。因此，通過對比兩種吹灰器的能量衰減情況，能夠得出聲波吹灰器的傳播損耗更少，清灰范圍更大，這也就能夠說明在多數情況下，聲波吹灰器具有一定的優(yōu)勢。

此外，在蒸汽吹灰器的實際應用中，一旦噴射距離超過3m，是無法滿足清灰需要的，而聲波吹灰器發(fā)出的聲波即使傳播到5m處仍具有較強的能量。因此，只需要合理地對聲源進行布置，充分利用混響聲場的效應，就能夠進一步減少聲能衰減，表3為國能壽光#2鍋爐尾部煙道吹灰聲場計算表，聲波吹灰器的有效輻射距離均在10m以上，在實際應用中，能夠滿足正常的清灰需要。

表3 吹灰空間模擬計算

造成以上現象的物理原理是：蒸汽吹灰器主要是利用蒸汽物質自身所攜帶的能量對積灰進行清理，在這個過程中由于阻力的影響會出現能量損耗，導致動能衰減迅速；而聲波吹灰器則是利用鍋爐內部氣體分子的振動，借助于相位或者振動狀態(tài)的改變來傳播能量。

3.1.3 不會產生毒副作用，且無磨損

聲波吹灰器所發(fā)出的波頻仍在人體聽覺能夠承受的范圍之內，因此不會對工作人員的身體造成任何傷害，而且經過消聲處理后的聲波即使釋放到環(huán)境中也不會產生噪聲污染，況且聲波吹灰器每天投入使用的時間較短，不會對周邊居民以及環(huán)境造成任何不利的影響，完全符合火力發(fā)電廠的一系列安全標準。聲波吹灰器利用空氣作為清灰的媒介，不具有任何腐蝕性，也就不會對爐內的各種設備造成不良影響。

由于聲波吹灰這種方式的實質是利用較小的能量不停地循環(huán)往復，因此也不會造成管壁出現破損的現象，更不會導致催化劑發(fā)生磨損。以SCR為例，在應用了聲波吹灰器后，增長了設備的使用壽命，一定程度上減少了設備的維護費用。反觀蒸汽吹灰器，主要利用蒸汽的機械沖擊力對積灰進行清理，蒸汽在高速流動過程中夾雜了一定量的粉塵，當這些粉塵加速到一定程度上，沖刷到管道以及其他設備表面時，就會對管壁以及設備表面造成磨損，增加了維護成本。

3.1.4 其他

聲波吹灰器的結構較為緊湊，能夠活動的部件較少，組成和運行簡單，因此故障率較低，維護和維修成本較低?？梢圆捎脡嚎s空氣作為氣源，不需要其他任何輔助成本，極大減少了安裝和使用成本；聲波吹灰器能夠有效預防催化劑積灰，在使用聲波吹灰器的過程中，可有效減少催化劑表面灰粒積累，而蒸汽吹灰器只能夠在灰粒積累到一定程度時進行處理。

3.2 聲波吹灰器的缺點

如果爐膛內或者其他受熱面上結渣較為嚴重，采用聲波吹灰器無法起到較好的吹掃效果；針對低溫段空氣預熱器受熱面上的嚴重積灰與腐蝕無法有效處理；對于在受熱面上形成時間較長、自身硬度較大的堅硬灰垢難以徹底清除。

4 蒸汽吹灰器的優(yōu)缺點

4.1 蒸汽式吹灰器的優(yōu)點

蒸汽吹灰器較為獨特的噴嘴設計，能夠確保噴嘴噴出高速氣流，具有較強的吹灰能力，可以適用于各種難以除掉的灰垢；蒸汽吹灰器噴出蒸汽的方向與煙氣流動方向相同，因此被吹掃掉的灰塵能夠隨著煙氣流動一同排出，避免清灰后沒有及時對灰垢進行回收而影響除灰效果。

經過實際應用證明，蒸汽吹灰器具有較好的吹灰效果，在使用蒸汽吹灰器后，鍋爐的熱效率能夠提高3%左右，在蒸汽吹灰器工作過程中，蒸汽的壓力不會出現太大的變化，節(jié)省了空氣消耗量，不僅能夠有效清除易于處理的松散灰，對于處理困難的結渣和粘結灰也能夠有效地清除；蒸汽吹灰器的耗能相較于一些傳統(tǒng)吹灰裝置要低，其蒸汽主要來源于鍋爐中，從鍋爐內部引出便可直接使用。

4.2 蒸汽式吹灰器的缺點

消耗大量的鍋爐蒸汽，影響煙氣露點，增加了鍋爐用水量；吹灰存在無法處理的死角，雖然吹灰效果強，但是覆蓋的范圍較小，部分受熱面無法及時處理；蒸汽吹灰器所采用的長伸縮管在工作過程中可能會卡在管件之間，而且需要較大的工作空間；如果長時間的吹掃某部分受熱面，可能會導致該部分受熱面出現吹傷，引起爆管。

綜上所述，通過對聲波吹灰器和蒸汽吹灰器兩種吹灰器的適用范圍與使用方式進行對比，分析兩種吹灰器在實際應用中的優(yōu)缺點，得出使用聲波吹灰器能夠有效提高火力發(fā)電廠鍋爐受熱面的清灰效果，提高傳熱能力和鍋爐效率，通過結合鍋爐的實際參數來合理配置聲波吹灰器，可以滿足吹灰需要。此外，使用聲波吹灰器能夠減少因吹灰裝置對鍋爐連續(xù)運行的影響，確保設備長期安全、穩(wěn)定運行。