新型蒸汽聲波吹灰器在燃煤鍋爐上的應用

聶常貴，牟效民，趙曉強

（中國石油克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

吹灰器是鍋爐重要附件之一，其作用是清除受熱面的結渣和積灰，維持受熱面的清潔，以保證鍋爐安全、經(jīng)濟運行。鍋爐不同部位受熱面吹灰器選型正確與否，直接影響吹灰器使用可靠性、吹灰效果、檢修維護成本及其可操作性。

一、吹灰技術現(xiàn)狀

目前使用較為廣泛的吹灰裝置有伸縮式蒸汽吹灰器、激波式吹灰器及聲波吹灰器三大類，各自優(yōu)、缺點如下。

1.伸縮式蒸汽吹灰器

伸縮式蒸汽吹灰器是采用伸縮管形式將一定壓力蒸汽通入爐內(nèi)，對受熱面積灰部位進行直接吹掃。優(yōu)點是對于爐膛水冷壁等無障礙受熱面，在其有效作用范圍內(nèi)，清灰能力強，效果明顯；缺點是對于過熱器、省煤器等有障礙受熱面，清灰效果差。該吹灰器結構龐大復雜、安裝工作量大，其槍管直接在高溫、粉塵區(qū)工作，易彎曲卡澀、故障率高、使用周期短、維護工作量大，且吹掃蒸汽容易腐蝕、沖刷受熱面管，減少受熱面管壽命。

2.激波吹灰器

激波吹灰器包括燃爆式和空氣炮兩類，其基本原理都是利用氣體體積急劇膨脹所產(chǎn)生的沖擊波清灰，燃爆式是將可燃氣體和氧氣在瞬間混合點火發(fā)生爆燃，利用沖擊波清灰，而空氣炮是將壓縮空氣瞬間釋放，以其噴發(fā)沖擊波進行清灰。優(yōu)點是對于有效作用范圍內(nèi)清灰能力強、效果明顯，如粉倉、管道阻塞清理等，缺點是對于燃爆式的燃料配比要求嚴格，否則可能造成重大事故，同時由于沖擊波的特性所致，不適于爐膛清灰，另外對于障礙后的其他部位，如過熱器、省煤器等對流受熱面，清灰效果較差。

3.聲波吹灰器

聲波吹灰器是利用多種發(fā)聲原理產(chǎn)生較強低頻聲波，以聲能進行清灰。其優(yōu)點是利用低頻聲波繞射作用，可以對過熱器、省煤器等有障礙管子及復雜空間的對流受熱面進行清灰，結構簡單、易于安裝、操作、維護，運行及維護費用低。缺點是早期聲波吹灰器自身結構難以避免的性能缺陷，清灰效果受到限制，也不適于爐膛水冷壁清灰。

二、熱電廠鍋爐現(xiàn)有蒸汽吹灰器存在的問題

通過綜合比較，熱電廠1#、2#、3#、4#鍋爐投產(chǎn)后均設計安裝蒸汽吹灰器，每臺鍋爐爐膛安裝14臺IR-3D短旋轉伸縮式蒸汽吹灰器；高低溫過熱器及上下級省煤器各安裝4臺長旋轉伸縮式蒸汽吹灰器。鍋爐蒸汽吹灰器自投用以來，由于及時清除爐膛及尾部受熱面結渣、積灰，有效改善了受熱面?zhèn)鳠峁r，對確保1#、2#、3#、4#鍋爐正常出力及經(jīng)濟運行發(fā)揮了重要作用，但在使用過程中也存在以下五方面問題，嚴重影響到鍋爐安全、平穩(wěn)、清潔運行。

1.受熱面管子吹損問題嚴重

2007年5月，3#鍋爐過熱器9根管子嚴重吹損爆管，熱電廠隨后對1#、2#、3#鍋爐吹灰器旁受熱面管檢查發(fā)現(xiàn)，各爐吹灰器旁受熱面管均不同程度吹損。其中有123根受熱面管段壁厚嚴重吹損，減薄量達2mm，導致管壁剩余壁厚僅為2mm，小于設計允許最小壁厚2.7mm，更換蒸汽吹損管段施工費用支出30余萬元。

2.過載、卡澀、過流問題突出

蒸汽吹灰器各轉動部件工作期間處于粉塵、高溫惡劣條件，長期運行后頻繁出現(xiàn)過載、卡澀、過流等故障，特別是過熱器、省煤器長旋轉伸縮式吹灰器，由于槍管較長，過載、卡澀、過流問題更為突出，影響吹灰器正常投用。

3.密封件失效、泄漏問題突出

蒸汽吹灰器頻繁運行，致使吹灰器套管、空氣閥、進汽閥蓋及墊子、閥門啟閉機構頻繁出現(xiàn)蒸汽泄漏，特別是隨著運行時間延長，吹灰系統(tǒng)泄漏問題、閥門啟閉機械密封失效問題日益突出，給吹灰器正常投用帶來嚴重影響。

4.吹灰時局部正壓導致爐膛及煙風道跑灰嚴重

鍋爐蒸汽吹灰器運行期間，蒸汽從吹灰槍頭以一定流速、壓力噴出，被吹掃的受熱面局部區(qū)域出現(xiàn)正壓，爐內(nèi)及煙道內(nèi)的高溫含塵煙氣隨之通過爐膛及煙道吹灰器槍管進出孔噴出，不但污染爐體環(huán)境，而且可能導致周圍人員人身傷害。

5.過熱器、省煤器對流受熱面管束吹灰效果差

鍋爐尾部過熱器、省煤器等對流受熱面管束都是成組、成片布置，具有長度大、管間距小、管組斷面大等特點，現(xiàn)有的長旋轉式蒸汽吹灰器存在靠近槍頭區(qū)域受熱面管子吹損、遠離槍頭區(qū)域受熱面管及對流受熱面所具有的大面積邊角區(qū)、管束間隙、有障礙隱蔽區(qū)積灰均無法清除，吹灰效果較差。由于鍋爐尾部對流受熱面積灰嚴重，致使鍋爐排煙溫度較設計值偏高25～35℃，由此造成的鍋爐排煙損失使鍋爐熱效率下降2%左右，按到廠煤價300元/t及1#、2#、3#、4#鍋爐年合計耗煤30萬t計算，熱電廠每年將多支出購煤成本180萬元左右。由于排煙溫度偏高，特別是3#、4#鍋爐排煙溫度明顯高于袋式除塵器布袋允許使用溫度，大量布袋運行不足2年即無法運行。為徹底解決這一問題，2011年檢修期間，3#爐袋式除塵器布袋由允許使用溫度160℃更換為200℃，材料購置費用支出達100余萬元，而2012年檢修更換4#爐袋式除塵器布袋材料購置費用也支出100余萬元，施工費用支出30余萬元。另外，與允許使用溫度160℃布袋相比，允許使用溫度200℃布袋單價高出60%左右。因此，過高的排煙溫度大幅度增加了鍋爐煙氣除塵設備投資成本。

為解決蒸汽吹灰器在鍋爐對流受熱面應用中存在的上述一系列問題，2011年、2012年鍋爐檢修中在過熱器、省煤器等尾部對流受熱面安裝了HQ型高效蒸汽聲波吹灰器，效果良好。

三、對流受熱面應用HQ新型高效蒸汽聲波吹灰器

1.技術概述

理論與實踐證明，聲功率、脈沖能量和合適的頻率是聲波吹灰器良好清灰效果的三個基本要素。聲功率的大小取決于聲強與聲波的有效輻射面積，聲強是其中的先導因素，實踐證明聲波清灰的有效起始聲強為130dB，聲強與清灰效果關系見圖1。脈沖波形應盡量接近方波且其波峰越高越好。這是由于波形越接近陡直，其作用在積灰上的受壓和受拉作用越明顯。基于這一理論認識與實踐，HQ高效蒸汽聲波吹灰器采用了轉鼓式發(fā)聲部件，并改進氣流切割孔的幾何形狀，在減小氣流切割孔寬度的同時，增大了該孔的長度，相對提高切割速度，改變了聲波波形，使其更接近陡直脈沖，由此提高了發(fā)聲效率和聲強，進一步提高了清灰效率。清灰理想波形、HQ高效蒸汽聲波吹灰器及傳統(tǒng)聲波吹灰器波形對比見圖2。

HQ高效蒸汽聲波吹灰器使蒸汽聲波轉換器出口可產(chǎn)生160dB以上的超強聲波，應用調(diào)頻技術調(diào)制該聲波頻率使其在特定的空間內(nèi)產(chǎn)生共振能量場，并呈圓錐形向清灰區(qū)域輻射傳播，在此范圍中的積灰顆粒因受到強力振蕩而被剝離處于懸浮狀態(tài)，最終被煙氣流帶走。現(xiàn)場測試表明，當蒸汽壓力0.5MPa、距離聲導管1.5m處實測聲強為160dB，聲功率大于5000W，軸向有效清灰距離大于15m、徑向擴散距離大于8m。由于吹灰器工作于較低聲頻段，因此具有較強的衍射能力，能有效作用于積灰部件的拐彎、邊角及多層管內(nèi)空間等區(qū)域，經(jīng)衍射的聲波有效作用達500m3。高效蒸汽吹灰器工作時，由于其主頻避開了鍋爐設備的固有頻率和二次諧頻，不會對鍋爐設備造成傷害。

2.系統(tǒng)構成及主要參數(shù)

HQ高效蒸汽聲波吹灰系統(tǒng)由多臺吹灰器組成，并以全自動可調(diào)定時工作方式運行，無需人工干預。系統(tǒng)由調(diào)制電機、發(fā)聲器、隔聲罩、安裝法蘭、聲導管、汽源接口組成的吹灰器及電控柜、聯(lián)接電纜、汽源管線及閥門、管件、表計等組成，結構見圖3，主要參數(shù)見表1。

3.應用特點

(1)適用于電力、冶金、石油、化工等行業(yè)煤粉鍋爐、余熱鍋爐、加熱爐尾部對流受熱面的積灰清除，并適用于電除塵器、分離器、灰斗、料倉等設備的積灰清除和疏通。

(2)可清除鍋爐尾部對流受熱面積灰、降低排煙溫度、提高鍋爐效率、減少人工投入及降低設備維護成本、提高設備運行可靠性。具有較高的經(jīng)濟效益，其優(yōu)勢明顯高于傳統(tǒng)的蒸汽吹灰器、激波吹灰器。

(3)采用了全新設計，極大增強了聲波能量，對鍋爐尾部對流受熱面各種復雜工作空間存留的積灰清理干凈、徹底，不留死角，清灰力度及有效范圍比傳統(tǒng)的普通聲波吹灰器有了大輻度提升。

(4)消除了蒸汽吹灰器直接吹灰對受熱面管的磨損和腐蝕等副作用，有效延長了受熱面管的作用壽命，是傳統(tǒng)蒸汽吹灰器在鍋爐尾部對流受熱面的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。

(5)沒有在爐內(nèi)高溫、粉塵等惡劣環(huán)境工作的部件，結構簡單、易于現(xiàn)場安裝、操作方便、維護量小、故障率低、使用可靠，且可根據(jù)設備實際利用鍋爐原有人孔門或進行有針對性的改造實施安裝。

表1 HQ高效蒸汽聲波吹灰器主要參數(shù)

(6)保護裝置完善，可對缺相、短路、過載等進行自動保護，并可自動越過發(fā)生故障的清灰器而不影響其它在用設備的運行，同時提示故障設備對應編號。

4.應用效果

鍋爐過熱器、省煤器等尾部對流受熱面安裝4臺HQ型高效蒸汽聲波吹灰器后，鍋爐運行期間，蒸汽聲波吹灰器每間隔4h自動啟動按序吹灰一次，無需人工干預，運行至今無任可故障。與使用長伸縮式蒸汽吹灰器相比，鍋爐同期、同工況條件排煙溫度下降15℃，可使鍋爐熱效率上升1%左右。按到廠煤價300元/t及鍋爐年耗煤30萬t計算，每年將減少支出購煤成本90萬余元。鍋爐停爐檢查并將對流受熱面各種復雜工作空間存留的積灰徹底清理干凈，過熱器安裝蒸汽聲波吹灰器后，清灰效果明顯優(yōu)于蒸汽吹灰器，同時也消除了蒸汽吹灰器直接吹灰對受熱面管的磨損和腐蝕等副作用。