聲波吹灰器在熱電廠中的應用

摘要：文章介紹了加裝聲波吹灰器的可行性、第四代聲波吹灰技術（DFQ）的主要技術特點、與傳統(tǒng)蒸汽吹灰相比該類型聲波吹灰器灰器的主要技術優(yōu)勢。聲波清灰器在遼陽熱電廠鍋爐上的應用實踐，證實了該除灰技術具有除灰效果優(yōu)異、運行安全可靠、防止鍋爐尾部受熱面吹損及節(jié)能降耗等特性，可替代傳統(tǒng)蒸汽吹灰技術。

遼陽熱電廠一期2×600MW燃煤鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、單爐膛、前后墻燃燒、一次再熱、平衡通風、露天布置、全鋼構架、固態(tài)排渣鍋爐，型號為HG-1962/25.4-YM3型。鍋爐呈П型布置，爐膛四周布滿水冷壁，尾部煙道雙通道布置。爐膛出口處布置屏式過熱器，在水平煙道布置了末級過熱器和末級再熱器。尾部豎井煙道分隔成前、后二部分，前部分為立式低溫再熱器，后部分布置低溫過熱器和省煤器。爐頂、水平煙道兩側，轉向室及尾部豎井周圍均由膜式壁包覆，爐后布置兩臺三分倉回轉式空氣預熱器。

                              表1 鍋爐主要設計參數(shù)

                     參數(shù)名稱 單位 BMCR BRL75% THA（滑壓）

                  過熱器出口蒸汽流量 t/h 1962 1814.8 1225

                  過熱器出口壓力 MPa 25.40 25.22 20.60

                  過熱器出口溫度 ℃ 571 571 571

                  過熱器系統(tǒng)壓降 MPa 1.61 1.39 0.83 

                  過熱蒸汽溫度控制負荷 %BMCR 35

                  再熱器出口蒸汽流量 t/h 1596.4 1476.1 1028.3

                  再熱器進/出口壓力 MPa 4.89/4.70 4.52/4.34 3.14/3.02

                  再熱器出口溫度 ℃ 569.0 569.0 569.0

                  再熱器系統(tǒng)壓降 MPa 0.19 0.18 0.12

                  再熱蒸汽溫度控制負荷 %BMCR 50

                  給水壓力 MPa 28.87 28.21 22.42

                  給水溫度 ℃ 291.7 286.3 262.7

    鍋爐配備上?？巳R德貝爾格曼機械有限公司蒸汽吹灰器系統(tǒng)，共配置122臺長、短吹灰器。其中：短吹灰器80臺用于爐膛區(qū)域，空預器吹灰器4臺，長吹灰器38臺，其中24臺長行程吹灰器布置于水平煙道和尾部煙道。

一期二臺機組為2010年底12月份先后投入商業(yè)運行，2012年1B、2C檢修發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部受熱面煙道受熱面因蒸汽吹灰器吹損減薄嚴重。特別是2號鍋爐僅低再（壁厚為4.5mm）186排1860根管9300點均受到不同程度吹損，共更換39根管（小壁厚才2.01mm,已嚴重超出國家標準）。為防止蒸汽吹灰器帶來的安全隱患，水平煙道及尾部煙道受熱面吹灰器采用降壓、減次數(shù)運行，但由于蒸汽吹灰直接作用于受熱面表面，管壁存在不可避免的吹掃。鑒于蒸汽吹灰技術在我廠應用所存在的諸多弊端,尋找一種行之有效、安全可靠、節(jié)能降耗的新吹灰技術勢在必行。

1 加裝聲波吹灰的可行性

1.1 使用溫度

聲 波 吹 灰 器 材 料 選 用 特 種 鋼 材 ， 可 耐1050℃高溫，在950℃可長期正常使用。遼陽熱電廠2號鍋爐布置水平末級過熱器出口煙氣溫度在BMCR工況下為940℃，尾部煙道受熱面處煙氣溫度都處于聲波吹灰器正常工作溫度范圍內(nèi)。

1.2 吹灰效果

在水平低溫過熱器布置的豎井煙道區(qū)域，由于煙氣溫度較低，飛灰已冷卻成松散顆粒，飛灰堆積不明顯，聲波吹灰預計能達到良好的效果。蒸汽吹灰能保持水平低溫過熱器區(qū)域的清潔，但并不是降低排煙溫度、控制管壁金屬溫度的有效手段。根據(jù)聲波吹灰的機理，聲波吹灰也應能較好地保持水平低溫過熱器區(qū)域的清潔，但不會對排煙溫度、管壁金屬溫度帶來不利的影響。

1.3 聲波吹灰對電廠雜用空氣系統(tǒng)的影響

聲波吹灰器對動力氣源的質(zhì)量要求不高，允許含油、含水，但限制固體雜物，空氣壓力0.4~0.6MPa（超過上限有益無害），單支吹灰器流量為每1.2~2.4Nm 3 /min。遼陽熱電廠壓縮空氣系統(tǒng)配5臺空壓機，高壓空壓機5臺銘牌容量為60m 3 /min，運行壓力0.7MPa，空壓機出口配三個儲氣罐供機組使用，每個容積20m 3 。以單支聲波吹灰器耗氣2.4Nm 3 /min計，換算到0.6 MPa正常運行狀態(tài)下約為0.34m 3 /min，僅占單個儲氣罐容積的1.7%，排量是單支聲波吹灰器耗氣量的8倍多，所以聲波吹灰消耗的壓縮空氣量可以及時得到補充。由于儲氣罐的緩沖以及空壓機的連續(xù)的壓縮空氣，壓縮空氣總管壓力可得到較好的保證，不會影響生產(chǎn)，壓縮空氣系統(tǒng)不需要改造。

2 加裝聲波清灰器的必要性

2.1 水平煙道及尾部煙道受熱面因吹灰蒸汽吹損嚴重

2012年2號鍋爐C級檢修中發(fā)現(xiàn)水平煙道及尾部煙道受熱面因蒸汽吹灰器吹損減薄嚴重。特別是立式低再（壁厚為4.5mm）186排1860根管共9300點均受到不同程度吹損，大吹掃量為2.4mm。被吹灰器直接吹掃區(qū)域防磨瓦嚴重脫落，檢查排、第二排過熱器管有明顯磨損現(xiàn)象， 2013年以后的每一次C級和D級檢修中均耗費大量人力物力對以上區(qū)域進行重點檢查，并發(fā)現(xiàn)大量防磨瓦脫落和磨損嚴重現(xiàn)象。為防止水平低溫過熱器管被過度吹損，2012年我廠曾對吹灰器蒸汽壓力、吹灰次數(shù)進行了調(diào)整，這對減輕管壁吹損減薄效果比較明顯；但由于吹灰器蒸汽壓力在長期運行中易發(fā)生偏移，所以僅通過調(diào)整吹灰器蒸汽壓力難以做到有效防止受熱面管壁吹損。另外，對發(fā)現(xiàn)沒有加裝防磨瓦而被吹掃磨損的過熱器管加裝了防磨瓦，因施工條件的限制，第三、第四層管圈無法加裝防磨瓦；由于吹灰蒸汽射流角度的原因，防磨瓦也不能*遮蓋被保護管而不被蒸汽吹掃；同時，過多使用防磨瓦會使排煙溫度升高。

2.2 吹損發(fā)生的必然性

自從發(fā)現(xiàn)鍋爐水平低溫過熱器吹灰吹掃區(qū)域防磨瓦嚴重脫落、管圈吹損減薄現(xiàn)象后，每次機組C級和D級檢修，鍋爐的水平低溫過熱器吹灰吹掃區(qū)域都是重點檢查對象。雖然這種檢查能減少在當前條件下受熱面吹損爆管的可能，但難以從根本上消除水平低溫過熱器吹損可能導致的爆管事件，主要原因如下：

a.檢查區(qū)域空間上下不到1m，工作條件惡劣；吹損減薄嚴重管多發(fā)生在第二、第三層甚至第四層管圈，而管排節(jié)距較小，很多位置工具無法伸入而無法檢測，這勢必造成漏檢。

b.吹灰蒸汽壓力偏移，當吹灰蒸汽壓力偏移升高后會加速吹損，由于這種偏移是緩慢發(fā)生的，小范圍的偏移可能難以引起注意，而事實上吹損一直在隨吹灰蒸汽壓力升高在逐步加重、加速中。c.吹灰器故障，吹灰器發(fā)生故障時可能長時間停留在一個位置吹掃，易引發(fā)嚴重減薄爆管。

可以說，重點檢查吹掃區(qū)域的方法是一種被動的‘防’，是‘堵’的方法；只有從根本上解決問題，改進吹灰技術，才是一種主動的‘攻’，才是‘斷’的方法。

3 第四代(DFQ)聲波清灰技術

3.1 聲波清灰機理

聲波清灰的原理是將一定強度和能量的聲波送入運行中的鍋爐爐內(nèi)各種可能積灰結渣的空間區(qū)域，通過聲能量的作用使這些區(qū)域中的空氣分子與粉塵顆粒產(chǎn)生振蕩，并破壞或阻止粉塵粒子在受熱面管子表面沉積，使之始終處于懸浮流化狀態(tài)，被煙氣帶走。對于受熱面上原已結成片(塊)狀灰渣和硬灰垢，在聲波的作用下，從受熱面斷裂、剝離,落入灰斗或被煙氣帶出煙道。同時由于低于20Hz的次聲波對人體有傷害,避免使用,高于3100Hz的聲波由于衰減過快而無法利用,故也應避免使用。簡而言之，聲波清灰的基本原理在于使用20Hz~3000Hz聲波對積灰結渣產(chǎn)生振蕩懸浮流化作用、此外對積灰還有剝離作用和振動疲勞破碎作用。

3.2 第四代(DFQ)（圖1）聲波吹灰器的主要技術特性

（1）關鍵技術

優(yōu)化聲波吹灰技術中，聲波的頻譜、聲功率、聲波空間分布和傳播等，為關鍵技術。能量特性方面具有150分貝以上的特大聲功率型，頻譜特性方面形成了特寬頻帶雙主峰形。聲波清灰器在高溫環(huán)境下的腐蝕和磨損問題也已通過特殊鋼材的使用較好地得到了的解決，如何減少聲波清灰的動力氣流所引起的環(huán)保負面影響也得到了較好的改善。

（2）主要技術特性

聲學特性：聲波頻帶為30赫茲至2100赫茲的雙主峰寬頻帶。聲源聲壓級153分貝。聲源聲功率3150聲瓦。聲波方向性為前方橢球形。聲波有效空間為前小后大的半個橢球形體；在爐墻附近的球體徑向直徑4~6m；前方軸向長度為8~12米；動力介質(zhì)為壓縮空氣；耗氣量1.2~2.4m 3 /min；供氣壓力0.4~0.8Mpa；耐溫極限1100~1200℃。

（3）與傳統(tǒng)蒸汽吹灰技術相比，聲波清灰技術的主要優(yōu)勢

1）在聲波有效范圍內(nèi)*除灰。該類型聲波清灰器的作用范圍取決于其發(fā)聲功率和強度，由于聲波具有反射、衍射、繞射的特性，無論受熱面管排如何布置，只要在聲波有效作用范圍內(nèi)，聲波總可以清除管排間及管排背后的積灰，除灰*，這是蒸汽吹灰器不能實現(xiàn)的。

2 ） 短 間 隔 巡 回 投 用 ， 連 續(xù) 保 持 受 熱 面清 潔 。 一 般 單 臺 聲 波 清 灰 器 1 次 工 作 時 間 為15~30s，停運30~120min，如此循環(huán)反復，可連續(xù)保持受熱面清潔，有效保持甚至提高鍋爐熱效率、降低排煙溫度。而蒸汽吹灰，即便是三天吹一次灰，也間隔了72小時。

3）無受熱面機械損傷。聲波依托高溫煙氣為介質(zhì)來傳播，使煙氣中的灰粒在聲波能量作用下發(fā)生質(zhì)點位移，從而使灰粒難于附著在管壁上，達到除灰的目的。這不同于蒸汽吹灰的直接沖刷，不存在對受熱面管壁的機械損傷。

4）聲波清灰裝置體積小巧，結構緊湊，安裝方便，操作便利，設備簡單，無復雜的伸縮、旋轉機構；因此，它故障率極低，基本屬于免維修。

5）無潮濕介質(zhì)進入爐內(nèi)，不會加劇低溫受熱面腐蝕及空氣預熱器堵灰。

6）發(fā)聲介質(zhì)為壓縮空氣，節(jié)約了蒸汽資源，運行成本低。

7）不受鍋爐啟、停限制,啟爐即可投入運行，停爐后仍可繼續(xù)運行。

4 DFQ系列聲波吹灰器的應用

為了*解決遼陽熱電廠多年來鍋爐尾部受熱面區(qū)域因吹灰蒸汽吹損減薄受熱面管的生產(chǎn)難題，經(jīng)過充分調(diào)研、考察、論證，遼陽熱電廠決定在吹損減薄嚴重的尾部煙道受熱面區(qū)域加裝聲波吹灰器。并于2013年10月2號機組*擴大性檢修期間，在鍋爐水平、尾部煙道區(qū)域加裝了50臺由遼陽佳譽儀器儀表有限公司公司提供的DFQ型聲波吹灰器。

4.1 加裝聲波清灰器后的經(jīng)濟性評價

從2014年5月7日起，要求運行人員在空預器入口煙溫低于385℃的情況下，不投入尾部10~19號蒸汽吹灰器，逐步減少2號鍋爐尾部受熱面的蒸汽吹灰器投入次數(shù)。如表2。表3數(shù)據(jù)為4月28日與5月8日，在聲波吹灰器參數(shù)修改前后，鍋爐煙氣沿程溫度日平均值的對比情況（磨煤機運行方式均A/B/C/D/E運行）。

從上表（表2、表3）看出：在工況基本相同的情況下，聲波吹灰器參數(shù)修改后，在尾部煙道蒸汽吹灰次數(shù)減少的情況下，尾部煙道沿程煙溫有所下降，其中：低再出口煙溫平均下降10.5℃；省煤器出口煙溫平均下降11℃；脫硝入口煙溫平均下降10.5℃；空預器入口煙溫下降9.5℃；排煙溫度平均下降2℃。可見聲波吹灰器參數(shù)修改后，在減少尾部煙道蒸汽吹灰投入次數(shù)的情況下，仍然能夠較大程度的降低空預器入口的煙氣溫度。對減少蒸汽吹灰次數(shù)、降低排煙溫度，起到了積極的效果。

（1）蒸汽節(jié)約

尾部煙道區(qū)域24臺蒸汽吹灰器投入運行，每對吹灰器吹灰蒸汽流量分別約為10.5T/h，吹灰周期為每對吹灰器運行時間12min；吹灰前疏水約30min，疏水流量約20T/h。則24臺吹灰器全面吹灰一次，需耗過熱蒸汽約50.4T，以每天分三次吹灰為一周期，每年運行300天計算，24臺蒸汽吹灰器年吹灰耗汽約45360T，按70元/噸計算，費用約為31.75萬元。

（2）空壓機多耗電

聲波吹灰器投入時耗氣量為2.4m 3 /min，設定每4分鐘投運4min，即聲波清灰平均耗氣量為1.2m 3 /min。當聲波吹灰投運后，系統(tǒng)平均耗氣量為60m 3 /min，空壓機100%負荷運行時間增270min全年100%負荷運行時間增加1620小時?？?壓 機 1 0 0 % 負 荷 時 功 率 為 2 0 0 k W ，5 0 % 負 荷 時 功 率 約 1 2 0 k W ， 1 0 0 % 負 荷 時 功率 比 5 0 %負 荷 時 多 出 8 0 k W 。 以 每 年 1 6 2 0 小時 計 ， 因 聲 波 清 灰 投 運 空 壓 機 多 增 加 耗 電80×1620=129600kWh，約合人民幣69984元。

綜 合 考 慮 ， 不 考 慮 聲 波 清 灰 器 投 用 后鍋 爐 效 率 的 變 化 ： 不 考 慮 避 免 爆 管 的 潛 在 收益，每年投入聲波吹灰器的收益約為：31.75-6.9984=24.7516萬元。

5 結論

從安全性及經(jīng)濟性考慮，遼陽熱電廠鍋爐尾部煙道水平低溫過熱器區(qū)域加裝聲波清灰器是可行的，可達到有效清灰的目的。聲波吹灰器安裝便利，維護簡單。能、大功率、寬頻帶、免維護聲波清灰裝置的應用，將為解決鍋爐采用傳統(tǒng)吹灰技術所存在的、難以解決的弊端，提供一種安全、經(jīng)濟、可推廣的技術措施。