鍋爐吹灰器選型和布置原則探討

李世軍

（戴蒙德電力機械（湖北）有限公司，湖北 武漢，430056）

0 概 述

在燃煤鍋爐運行中，鍋爐的各受熱面不可避免地會出現不同程度的積灰和結渣現象，輕則降低受熱面的傳熱能力，使排煙溫度升高，降低了鍋爐效率；重則導致鍋爐出力下降、誘發過熱器爆管等現象的發生，甚至會造成爐膛大渣塊的掉落，砸壞水冷壁和冷灰斗等惡性事故。

長久以來，吹灰器是解決鍋爐積灰和結渣問題的常用設備，在提高鍋爐運行的經濟性、可靠性等方面起著重要作用。

1 吹灰器的選型

1.1 吹灰器的類型及工作原理

國內外鍋爐吹灰器的種類繁多，目前，在大型電站機組中，應用比較廣泛的有蒸汽吹灰器、水力吹灰器、聲波吹灰器、燃氣脈沖吹灰器等。

1.1.1 蒸汽吹灰器

蒸汽吹灰器是利用高壓蒸汽的射流沖擊力清除受熱面上的積灰結焦，是目前應用最為廣泛的一種吹灰器，常用的有4類結構型式。

（1）短伸縮式吹灰器

短伸縮式吹灰器主要用于吹掃鍋爐的水冷壁管，因此，也被稱為爐室吹灰器。這種類型吹灰器的吹灰槍行程較短，通常的行程＜300mm，吹掃半徑約1.5m。

（2）長伸縮式吹灰器

長伸縮式吹灰器平時停置于爐外。投運時，吹灰槍旋轉前進，到達所需吹掃的管束位置，再打開吹灰介質，吹灰槍管端部的2個或數個噴嘴噴出蒸汽沖擊清洗受熱面，吹掃半徑約2m。吹灰器的吹灰軌跡呈螺旋形，并且一般設有軌跡錯開機構，使吹灰器前行和退回的吹灰軌跡錯開，以保持吹掃均勻，節省汽耗，同時減輕對管壁的磨損。

長伸縮式吹灰器主要用于清理鍋爐過熱器、再熱器、凝渣管、省煤器等部位受熱面上的積灰和結渣，也可清除位于鍋爐爐頂和管式空氣預熱器的結灰。針對不同形式的管束，選用不同的運行速度、螺旋線導程、吹灰壓力和噴嘴排列等參數，以獲得最佳的吹灰效果。

（3）加長槍型長伸縮式吹灰器

加長槍型長伸縮式吹灰器，是為了適應大容量機組的大截面爐膛和節約安裝空間而開發的一種吹灰器，也是長伸縮式吹灰器的派生產品。該型吹灰器的吹灰槍被加長，槍管的腰部設有數組噴嘴，并增設了吹灰槍管托板，其結構及動作原理等均與長伸縮式吹灰器相同。半伸縮式吹灰槍有一部分槍管始終置于爐內，在運行中，不同部位的噴嘴分別吹掃不同的區域，其吹灰區域是行程的兩倍以上。

布置加長槍型長伸縮式吹灰器所需要的平臺較小，可顯著節省平臺造價和空間，但只可用于鍋爐內煙溫較低的區域，如省煤器、再熱器等受熱面，煙溫一般低于600℃，以確保部分吹灰槍長期置于爐內而不被燒壞。

（4）固定回轉式吹灰器

固定回轉式吹灰器平時停置于爐內。這種類型的吹灰槍帶有多個噴嘴，工作時作旋轉運動。固定回轉式吹灰器主要有兩種吹灰方式，即管間吹灰和管群吹灰方式［2］。由于熱位移和吹灰槍撓度的影響，進行管間吹掃時，往往難以做到噴嘴射流恰好位于兩管排之間，將導致受熱面管的吹蝕。

吹灰槍上的多個噴嘴位置需根據管束間距和排列形式而定，吹灰角度由機構內設定的凸輪決定。為防止吹灰槍燒壞，固定回轉式吹灰器也只用于煙溫較低區域，煙溫一般低于600℃。此外，因受吹灰槍剛度的限制，且吹灰噴嘴出口的壓力不能過大，所以，吹灰槍長度一般不超過4.5m。對大型電站鍋爐，由于冷態與熱態時吹灰槍在爐內外的位移大，所需吹灰槍較長、噴嘴多，常使固定回轉式吹灰器難以正常運行，吹灰效果也不佳，故在大型機組上很少采用固定回轉式吹灰器。但在小型電站鍋爐的省煤器、管式預熱器，工業鍋爐、余熱鍋爐的對流管束等設備上，常采用固定回轉式吹灰器常作為主要吹灰設備。

1.1.2 水力吹灰器

水力吹灰器以水為工作介質，主要用于清掃鍋爐水冷壁上的積灰與結渣。水力吹灰器工作時，當水流沖擊爐壁的焦塊上時，會使積附的灰渣產生很大的溫度應力，引起灰渣的破碎。此外，水流可滲入灰渣的縫隙中，水會迅速受熱蒸發并膨脹，使積附的灰渣松動脫落［3－5］。水流和熱灰渣之間的熱效應，再加上水流本身具有較大的沖擊力，使得水力吹灰器具備優良的除灰渣能力，特別適合于清除黏度高、質地堅硬的結渣。因此，水力吹灰器一般用于燃燒褐煤或結焦性強等煤種的機組中。

水力吹灰器主要有兩種型式。一種是旋轉伸縮式，射流噴嘴帶有一定后傾角，以螺旋線軌跡對水冷壁面進行吹掃，行程約為1m，有效吹掃半徑為2～4 m。另一種是遠程水力吹灰器，射流噴射距離可達30m，用于清掃噴嘴正面及兩側墻的水冷壁面。根據鍋爐水冷壁型式和吹灰要求，控制吹灰器在水平與豎直方向上的擺動，可形成多種吹灰軌跡。相對而言，遠程水力吹灰器的清灰效果更佳，覆蓋面積更廣（單機每次可吹掃400m2的區域）。因此，水力吹灰器的應用較為廣泛。

1.1.3 聲波吹灰器

聲波吹灰器是以壓縮空氣或高壓蒸汽為動力源，運行時產生低頻高強度聲波，在積灰空間內形成聲波振蕩，使灰粉細顆粒難以在管道表面沉積，并可使已經形成的積灰產生聲致疲勞而剝落［7］，達到清灰作用。聲波吹灰器發聲頻率一般在20～250Hz，聲強約120～150dB，有效作用半徑約6～10m［8］。

常見的聲波吹灰器有旋笛式、膜片式等［9］。旋笛式聲波吹灰器利用高壓氣流通過一個旋轉閥門，經閥門的反復開閉阻斷，氣流呈脈沖形式從噴口高速流出，從而發出聲波清灰。旋轉閥門的動作頻率決定了聲波能量在基頻與各高次諧波頻率上的分布。旋笛式聲波吹灰器的頻率可調，發聲效率高。膜片式聲波吹灰器利用高壓氣流使高強度膜片振動發聲，膜片的固有頻率決定了聲波的主頻率。膜片式聲波吹灰器的膜片為核心部件，對膜片材料和加工工藝的要求較高。運行時，吹灰器的發聲頻率不能更改。目前，國外的聲波吹灰器大多為膜片式。

聲波吹灰器的特點和聲波本身特性密切相關。由于聲波的繞射、衍射和散射特性，可使聲波能量到達被清掃空間的每個角落。因此，聲波吹灰器運行時不存在清灰死角，但聲波攜帶的能量有限，僅適用于清除干松灰，而不利于清除黏結灰和結渣，在高溫區和酸露點溫度下的吹灰效果不理想。

目前，在電站機組中，聲波吹灰器主要應用于省煤器、再熱器、SCR反應區、料倉、煙道等設備的清灰處理。

1.1.4 燃氣脈沖吹灰器

燃氣脈沖吹灰器是將可燃氣體（乙炔、天然氣、液化氣等）和空氣（或氧氣）以適當的比例混合后，爆燃生成一定強度的沖擊波，作用于積灰表面上，從而將積灰或灰垢擊落。燃氣脈沖吹灰器由爆燃產生的沖擊波使氣流的壓力和速度產生突變，聲壓可達到160dB以上［10］，壓力通常在0.6～1.0MPa，速度可達300～350m／s，雖然作用時間極短（在毫秒級），但仍具有較強的機械沖擊作用，同時，伴隨形成強烈聲波振蕩作用于受熱面的積灰，且爆燃后產生高溫高壓氣流，對受熱面有較強的熱清洗作用。在這種多方面的綜合清掃作用下，對各類積灰的清除效果較好。

1.2 吹灰器技術性能的比較

分析各種吹灰器的工作原理及技術特點后，對于不同鍋爐區域的受熱面及灰渣特性，可選擇不同類型的吹灰器設備。

（1）對鍋爐爐膛和屏式受熱面，當燃用的是褐煤或沾污、結焦性強的煤種（比如準東煤），推薦采用水力吹灰器。燃用其他煤種時，蒸汽吹灰器仍是最佳選擇。

（2）對尾部受熱面，包括再熱器、低溫過熱器、省煤器、空氣預熱器等，若積灰呈松散性，均可采用蒸汽吹灰器、聲波吹灰器和燃氣脈沖吹灰器。如選擇蒸汽吹灰器，則優先考慮半伸縮式吹灰器和固定回轉式吹灰器（小型鍋爐）。若積灰具有一定黏性，則可選用蒸汽吹灰器和燃氣脈沖吹灰器。

2 吹灰器的布置

2.1 布置的基本原則

吹灰器的布置不但取決于燃煤的灰渣特性，還需考慮燃煤的灰含量、灰熔點等因素的影響，包括需考慮鍋爐的結構形狀、吹灰器的技術特性等方面的問題。同時，還要綜合考慮日常運行維護、自動化控制等因素，但總體上存在一些普適性的基本原則。

（1）吹灰器應布置在會發生積灰和結渣的受熱面附近，要與受熱面的布置相適應，吹灰范圍應盡可能完全覆蓋需吹灰的受熱面。另外，鍋爐受熱面的布置需考慮吹灰器的布置空間要求。比如在鍋爐上部的懸吊式管屏的布置上，當吹灰槍行程不超過12 m時，布置點前后的屏間距取560mm左右，否則應取700mm 左右［11］。

（2）吹灰器布置間距以及吹灰器與鍋爐壁面的距離，應根據灰渣特性和吹灰器的有效吹掃距離進行確定，并需要考慮最差的燃燒工況。一般吹灰器的布置間距，可取其有效吹掃半徑的2倍。

（3）為減輕對受熱面沖蝕，吹灰器噴嘴和受熱面需保證一個最小距離。若布置條件受限，不能滿足最小距離的要求，則應在靠近吹灰槍的管排上安裝防護瓦［6］。對伸縮型吹灰器，此距離需考慮受熱面和吹灰槍本身的熱位移、吹灰槍自重和噴嘴不平衡引起的撓度的影響。比如某公司的行程為16m的吹灰器，要求兩組受熱面之間的間距為712mm。

（4）對180°相對布置的伸縮型吹灰器，布置時，要保證運行中相鄰的吹灰器槍不干涉或路徑無重疊現象。但在燃用褐煤等嚴重積灰的煤種時，允許吹掃路徑有150～180mm的交錯重疊［12］，但運行時應有時間差，以免碰撞。

（5）為適應其他燃料及工況的變化，需預留一定的備用吹灰器安裝位置。比如在爐膛懸吊受熱面之間，應預留伸縮式吹灰器的安裝位置，折焰角下方需留有開吹灰孔的位置。

2.2 參考布置

按燃煤的積灰特性，以伸縮式蒸汽吹灰器為例，在鍋爐爐膛上部及尾部的吹灰器參考布置位置，如圖1、圖2所示。圖1的吹灰器布置位置，適用于積灰嚴重的燃煤機組。圖2的吹灰器布置位置，適用于中等積灰燃煤機組。

在2種煤質條件下，折焰角下方均應預留伸縮式吹灰器安裝位置，距后墻水冷壁的距離為1 050 mm，距折焰角水冷壁的最小距離900mm［11］；在水平煙道上的吹灰器布置上，吹灰器至折焰角上方傾斜煙道和爐頂的最小距離均為1 200mm。

圖1 燃用嚴重積灰煤種時吹灰器的布置位置

圖2 燃用中等積灰煤種時吹灰器的布置位置

對于嚴重積灰的煤質，在屏式過熱器區域內，吹灰器應布置在前后屏中間，以及在后屏與末級過熱器之間，且均應布置在屏式過熱器屏底的上方位置，至屏底的距離分別為1 800～2 400mm、900mm；在水平煙道區域吹灰器的垂直間距約1 800～2 400mm。

對于中等積灰的煤質，在屏式過熱器區域，吹灰器僅布置在后屏與末級過熱器中間，且在屏式過熱器下方，至屏底的距離為600mm。在前后屏中間、屏底上方預留吹灰器安裝位置。在水平煙道區域內，吹灰器的垂直間距約3 000～3 600mm。在尾部煙道區域內，吹灰器布置于煙道前1／3和后1／3區域，在煙道正中區域預留吹灰器的安裝位置。

3 結 語

目前，應用比較廣泛是蒸汽吹灰器、水力吹灰器、聲波吹灰器、燃氣脈沖吹灰器，其工作原理和技術性能各不相同。蒸汽吹灰器具有有多種結構型式，適用性最廣，可用于鍋爐各類受熱面的清掃。水力吹灰器特別適用于燃用褐煤等沾污結焦性強的機組，主要用于鍋爐水冷壁的清掃。聲波吹灰器和燃氣脈沖吹灰器可用于尾部受熱面的吹掃，但聲波吹灰器僅對吹掃松散性的積灰有效。吹灰器的布置主要取決于燃煤的灰渣特性和所選吹灰器的技術特性，同時，還受運行控制方式及燃煤煤種變化等因素的影響。