声波吹灰器在热电厂中的应用

摘要：文章介绍了加装声波吹灰器的可行性、第四代声波吹灰技术（DFQ）的主要技术特点、与传统蒸汽吹灰相比该类型声波吹灰器灰器的主要技术优势。声波清灰器在辽阳热电厂锅炉上的应用实践，证实了该除灰技术具有除灰效果优异、运行安全可靠、防止锅炉尾部受热面吹损及节能降耗等特性，可替代传统蒸汽吹灰技术。

辽阳热电厂一期2×600MW燃煤锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超临界参数、单炉膛、前后墙燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、固态排渣锅炉，型号为HG-1962/25.4-YM3型。锅炉呈П型布置，炉膛四周布满水冷壁，尾部烟道双通道布置。炉膛出口处布置屏式过热器，在水平烟道布置了末级过热器和末级再热器。尾部竖井烟道分隔成前、后二部分，前部分为立式低温再热器，后部分布置低温过热器和省煤器。炉顶、水平烟道两侧，转向室及尾部竖井周围均由膜式壁包覆，炉后布置两台三分仓回转式空气预热器。

                              表1 锅炉主要设计参数

                     参数名称 单位 BMCR BRL75% THA（滑压）

                  过热器出口蒸汽流量 t/h 1962 1814.8 1225

                  过热器出口压力 MPa 25.40 25.22 20.60

                  过热器出口温度 ℃ 571 571 571

                  过热器系统压降 MPa 1.61 1.39 0.83 

                  过热蒸汽温度控制负荷 %BMCR 35

                  再热器出口蒸汽流量 t/h 1596.4 1476.1 1028.3

                  再热器进/出口压力 MPa 4.89/4.70 4.52/4.34 3.14/3.02

                  再热器出口温度 ℃ 569.0 569.0 569.0

                  再热器系统压降 MPa 0.19 0.18 0.12

                  再热蒸汽温度控制负荷 %BMCR 50

                  给水压力 MPa 28.87 28.21 22.42

                  给水温度 ℃ 291.7 286.3 262.7

    锅炉配备上海克莱德贝尔格曼机械有限公司蒸汽吹灰器系统，共配置122台长、短吹灰器。其中：短吹灰器80台用于炉膛区域，空预器吹灰器4台，长吹灰器38台，其中24台长行程吹灰器布置于水平烟道和尾部烟道。

一期二台机组为2010年底12月份先后投入商业运行，2012年1B、2C检修发现锅炉尾部受热面烟道受热面因蒸汽吹灰器吹损减薄严重。特别是2号锅炉仅低再（壁厚为4.5mm）186排1860根管9300点均受到不同程度吹损，共更换39根管（小壁厚才2.01mm,已严重超出国家标准）。为防止蒸汽吹灰器带来的安全隐患，水平烟道及尾部烟道受热面吹灰器采用降压、减次数运行，但由于蒸汽吹灰直接作用于受热面表面，管壁存在不可避免的吹扫。鉴于蒸汽吹灰技术在我厂应用所存在的诸多弊端,寻找一种行之有效、安全可靠、节能降耗的新吹灰技术势在必行。

1 加装声波吹灰的可行性

1.1 使用温度

声 波 吹 灰 器 材 料 选 用 特 种 钢 材 ， 可 耐1050℃高温，在950℃可长期正常使用。辽阳热电厂2号锅炉布置水平末级过热器出口烟气温度在BMCR工况下为940℃，尾部烟道受热面处烟气温度都处于声波吹灰器正常工作温度范围内。

1.2 吹灰效果

在水平低温过热器布置的竖井烟道区域，由于烟气温度较低，飞灰已冷却成松散颗粒，飞灰堆积不明显，声波吹灰预计能达到良好的效果。蒸汽吹灰能保持水平低温过热器区域的清洁，但并不是降低排烟温度、控制管壁金属温度的有效手段。根据声波吹灰的机理，声波吹灰也应能较好地保持水平低温过热器区域的清洁，但不会对排烟温度、管壁金属温度带来不利的影响。

1.3 声波吹灰对电厂杂用空气系统的影响

声波吹灰器对动力气源的质量要求不高，允许含油、含水，但限制固体杂物，空气压力0.4~0.6MPa（超过上限有益无害），单支吹灰器流量为每1.2~2.4Nm 3 /min。辽阳热电厂压缩空气系统配5台空压机，高压空压机5台铭牌容量为60m 3 /min，运行压力0.7MPa，空压机出口配三个储气罐供机组使用，每个容积20m 3 。以单支声波吹灰器耗气2.4Nm 3 /min计，换算到0.6 MPa正常运行状态下约为0.34m 3 /min，仅占单个储气罐容积的1.7%，排量是单支声波吹灰器耗气量的8倍多，所以声波吹灰消耗的压缩空气量可以及时得到补充。由于储气罐的缓冲以及空压机的连续的压缩空气，压缩空气总管压力可得到较好的保证，不会影响生产，压缩空气系统不需要改造。

2 加装声波清灰器的必要性

2.1 水平烟道及尾部烟道受热面因吹灰蒸汽吹损严重

2012年2号锅炉C级检修中发现水平烟道及尾部烟道受热面因蒸汽吹灰器吹损减薄严重。特别是立式低再（壁厚为4.5mm）186排1860根管共9300点均受到不同程度吹损，大吹扫量为2.4mm。被吹灰器直接吹扫区域防磨瓦严重脱落，检查排、第二排过热器管有明显磨损现象， 2013年以后的每一次C级和D级检修中均耗费大量人力物力对以上区域进行重点检查，并发现大量防磨瓦脱落和磨损严重现象。为防止水平低温过热器管被过度吹损，2012年我厂曾对吹灰器蒸汽压力、吹灰次数进行了调整，这对减轻管壁吹损减薄效果比较明显；但由于吹灰器蒸汽压力在长期运行中易发生偏移，所以仅通过调整吹灰器蒸汽压力难以做到有效防止受热面管壁吹损。另外，对发现没有加装防磨瓦而被吹扫磨损的过热器管加装了防磨瓦，因施工条件的限制，第三、第四层管圈无法加装防磨瓦；由于吹灰蒸汽射流角度的原因，防磨瓦也不能*遮盖被保护管而不被蒸汽吹扫；同时，过多使用防磨瓦会使排烟温度升高。

2.2 吹损发生的必然性

自从发现锅炉水平低温过热器吹灰吹扫区域防磨瓦严重脱落、管圈吹损减薄现象后，每次机组C级和D级检修，锅炉的水平低温过热器吹灰吹扫区域都是重点检查对象。虽然这种检查能减少在当前条件下受热面吹损爆管的可能，但难以从根本上消除水平低温过热器吹损可能导致的爆管事件，主要原因如下：

a.检查区域空间上下不到1m，工作条件恶劣；吹损减薄严重管多发生在第二、第三层甚至第四层管圈，而管排节距较小，很多位置工具无法伸入而无法检测，这势必造成漏检。

b.吹灰蒸汽压力偏移，当吹灰蒸汽压力偏移升高后会加速吹损，由于这种偏移是缓慢发生的，小范围的偏移可能难以引起注意，而事实上吹损一直在随吹灰蒸汽压力升高在逐步加重、加速中。c.吹灰器故障，吹灰器发生故障时可能长时间停留在一个位置吹扫，易引发严重减薄爆管。

可以说，重点检查吹扫区域的方法是一种被动的‘防’，是‘堵’的方法；只有从根本上解决问题，改进吹灰技术，才是一种主动的‘攻’，才是‘断’的方法。

3 第四代(DFQ)声波清灰技术

3.1 声波清灰机理

声波清灰的原理是将一定强度和能量的声波送入运行中的锅炉炉内各种可能积灰结渣的空间区域，通过声能量的作用使这些区域中的空气分子与粉尘颗粒产生振荡，并破坏或阻止粉尘粒子在受热面管子表面沉积，使之始终处于悬浮流化状态，被烟气带走。对于受热面上原已结成片(块)状灰渣和硬灰垢，在声波的作用下，从受热面断裂、剥离,落入灰斗或被烟气带出烟道。同时由于低于20Hz的次声波对人体有伤害,避免使用,高于3100Hz的声波由于衰减过快而无法利用,故也应避免使用。简而言之，声波清灰的基本原理在于使用20Hz~3000Hz声波对积灰结渣产生振荡悬浮流化作用、此外对积灰还有剥离作用和振动疲劳破碎作用。

3.2 第四代(DFQ)（图1）声波吹灰器的主要技术特性

（1）关键技术

优化声波吹灰技术中，声波的频谱、声功率、声波空间分布和传播等，为关键技术。能量特性方面具有150分贝以上的特大声功率型，频谱特性方面形成了特宽频带双主峰形。声波清灰器在高温环境下的腐蚀和磨损问题也已通过特殊钢材的使用较好地得到了的解决，如何减少声波清灰的动力气流所引起的环保负面影响也得到了较好的改善。

（2）主要技术特性

声学特性：声波频带为30赫兹至2100赫兹的双主峰宽频带。声源声压级153分贝。声源声功率3150声瓦。声波方向性为前方椭球形。声波有效空间为前小后大的半个椭球形体；在炉墙附近的球体径向直径4~6m；前方轴向长度为8~12米；动力介质为压缩空气；耗气量1.2~2.4m 3 /min；供气压力0.4~0.8Mpa；耐温极限1100~1200℃。

（3）与传统蒸汽吹灰技术相比，声波清灰技术的主要优势

1）在声波有效范围内*除灰。该类型声波清灰器的作用范围取决于其发声功率和强度，由于声波具有反射、衍射、绕射的特性，无论受热面管排如何布置，只要在声波有效作用范围内，声波总可以清除管排间及管排背后的积灰，除灰*，这是蒸汽吹灰器不能实现的。

2 ） 短 间 隔 巡 回 投 用 ， 连 续 保 持 受 热 面清 洁 。 一 般 单 台 声 波 清 灰 器 1 次 工 作 时 间 为15~30s，停运30~120min，如此循环反复，可连续保持受热面清洁，有效保持甚至提高锅炉热效率、降低排烟温度。而蒸汽吹灰，即便是三天吹一次灰，也间隔了72小时。

3）无受热面机械损伤。声波依托高温烟气为介质来传播，使烟气中的灰粒在声波能量作用下发生质点位移，从而使灰粒难于附着在管壁上，达到除灰的目的。这不同于蒸汽吹灰的直接冲刷，不存在对受热面管壁的机械损伤。

4）声波清灰装置体积小巧，结构紧凑，安装方便，操作便利，设备简单，无复杂的伸缩、旋转机构；因此，它故障率极低，基本属于免维修。

5）无潮湿介质进入炉内，不会加剧低温受热面腐蚀及空气预热器堵灰。

6）发声介质为压缩空气，节约了蒸汽资源，运行成本低。

7）不受锅炉启、停限制,启炉即可投入运行，停炉后仍可继续运行。

4 DFQ系列声波吹灰器的应用

为了*解决辽阳热电厂多年来锅炉尾部受热面区域因吹灰蒸汽吹损减薄受热面管的生产难题，经过充分调研、考察、论证，辽阳热电厂决定在吹损减薄严重的尾部烟道受热面区域加装声波吹灰器。并于2013年10月2号机组*扩大性检修期间，在锅炉水平、尾部烟道区域加装了50台由辽阳佳誉仪器仪表有限公司公司提供的DFQ型声波吹灰器。

4.1 加装声波清灰器后的经济性评价

从2014年5月7日起，要求运行人员在空预器入口烟温低于385℃的情况下，不投入尾部10~19号蒸汽吹灰器，逐步减少2号锅炉尾部受热面的蒸汽吹灰器投入次数。如表2。表3数据为4月28日与5月8日，在声波吹灰器参数修改前后，锅炉烟气沿程温度日平均值的对比情况（磨煤机运行方式均A/B/C/D/E运行）。

从上表（表2、表3）看出：在工况基本相同的情况下，声波吹灰器参数修改后，在尾部烟道蒸汽吹灰次数减少的情况下，尾部烟道沿程烟温有所下降，其中：低再出口烟温平均下降10.5℃；省煤器出口烟温平均下降11℃；脱硝入口烟温平均下降10.5℃；空预器入口烟温下降9.5℃；排烟温度平均下降2℃。可见声波吹灰器参数修改后，在减少尾部烟道蒸汽吹灰投入次数的情况下，仍然能够较大程度的降低空预器入口的烟气温度。对减少蒸汽吹灰次数、降低排烟温度，起到了积极的效果。

（1）蒸汽节约

尾部烟道区域24台蒸汽吹灰器投入运行，每对吹灰器吹灰蒸汽流量分别约为10.5T/h，吹灰周期为每对吹灰器运行时间12min；吹灰前疏水约30min，疏水流量约20T/h。则24台吹灰器全面吹灰一次，需耗过热蒸汽约50.4T，以每天分三次吹灰为一周期，每年运行300天计算，24台蒸汽吹灰器年吹灰耗汽约45360T，按70元/吨计算，费用约为31.75万元。

（2）空压机多耗电

声波吹灰器投入时耗气量为2.4m 3 /min，设定每4分钟投运4min，即声波清灰平均耗气量为1.2m 3 /min。当声波吹灰投运后，系统平均耗气量为60m 3 /min，空压机100%负荷运行时间增270min全年100%负荷运行时间增加1620小时。空 压 机 1 0 0 % 负 荷 时 功 率 为 2 0 0 k W ，5 0 % 负 荷 时 功 率 约 1 2 0 k W ， 1 0 0 % 负 荷 时 功率 比 5 0 %负 荷 时 多 出 8 0 k W 。 以 每 年 1 6 2 0 小时 计 ， 因 声 波 清 灰 投 运 空 压 机 多 增 加 耗 电80×1620=129600kWh，约合人民币69984元。

综 合 考 虑 ， 不 考 虑 声 波 清 灰 器 投 用 后锅 炉 效 率 的 变 化 ： 不 考 虑 避 免 爆 管 的 潜 在 收益，每年投入声波吹灰器的收益约为：31.75-6.9984=24.7516万元。

5 结论

从安全性及经济性考虑，辽阳热电厂锅炉尾部烟道水平低温过热器区域加装声波清灰器是可行的，可达到有效清灰的目的。声波吹灰器安装便利，维护简单。能、大功率、宽频带、免维护声波清灰装置的应用，将为解决锅炉采用传统吹灰技术所存在的、难以解决的弊端，提供一种安全、经济、可推广的技术措施。