低頻大功率旋笛式可調頻聲波吹灰器在鍋爐尾部受熱面的運用

淮北國安電力有限公司 黃磊

0　引言

鍋爐尾部煙道積灰時，受熱面熱阻增大，受熱面換熱效率降低，以致煙氣對管壁傳熱量減小，排煙溫度升高，鍋爐熱效率降低。當積灰嚴重堵塞部分煙道時，將使煙氣流動阻力增大，引風機耗電增大，造成鍋爐出力降低或者被迫停爐清灰。因此尾部煙道除灰是保證鍋爐安全經濟運行的重要因素。

目前我國電廠依然是多種吹灰方式并存，其中最為廣泛應用的仍然是傳統的發展較為成熟的蒸汽吹灰器。然而以射流接觸方式工作的蒸汽吹灰的缺陷也是有目共睹的。為了避免蒸汽吹灰的爆管隱患及吹灰死角問題，各種形式的聲波吹灰器應運而生。

我廠鍋爐由某東方鍋爐廠設計制造，由于實際使用煤種與設計煤種偏差較大、蒸吹投運頻次較高，且鍋爐受熱面設計緊湊、檢修通道狹小，蒸吹槍管距離受熱面管排距離近，受熱面吹損嚴重。

為防止受熱面管排進一步吹損、增強吹灰效果、保證排煙溫度正常，對尾部煙道進行了吹灰器改造，由原有的蒸汽吹灰器改造為低頻大功率旋笛式聲波吹灰器。

通過改造前后各種工況下對兩種不同吹灰器運行時的參數比較，以及停爐后對受熱面積灰的查驗，明確了我國自主研發的、技術來源于中科院聲學所的低頻大功率旋笛式聲波吹灰器在替代蒸汽吹灰器的技改成功。

1　機組情況

淮北國安電力有限公司2×320MW機組于2000年4月和7月投產，鍋爐為DG-1025/18.3-II4型煤粉爐，該爐為亞臨界自然循環、一次中間再熱、平衡通風、半露天布置。為保持爐膛受熱面的清潔，每臺機組配有一套蒸汽吹灰系統，蒸汽吹灰器由湖北戴蒙德機械有限公司生產。

2　現狀及問題的解決

2.1　蒸汽吹灰器使用現狀

淮北國安電力有限公司尾部煙道共裝有32臺蒸汽吹灰器，吹灰汽源來自壁再出口，經減溫減壓后作為吹灰汽源。

2013年#2機組大修，2014年#1機組大修期間，在對兩臺鍋爐低過中下組受熱面檢查中，因吹灰器吹薄進行的爐管更換達到了500多根。

圖1所示為檢修期間換熱面積灰及吹損情況。由圖可知：

鍋爐尾部受熱面管排管間積灰嚴重，換熱管約1/4的換熱面被積灰覆蓋，增加傳熱熱阻，嚴重影響換熱效果，導致尾部受熱面吸熱量減少，排煙溫度升高，鍋爐效率下降。

換熱面嚴重積灰，致使在鍋爐熱負荷變化時，因燃料量與蒸汽量的不匹配，造成受熱面管排溫度變化劇烈、超溫、低溫現象，導致受熱面金屬蠕變，換熱管強度、沖擊韌性下降，給鍋爐安全運行帶來隱患，影響機組安全穩定運行。

蒸汽吹灰器距換熱面過近，換熱管吹損現象嚴重，給機組安全運行帶來隱患。

圖1　換熱面積灰、吹損情況

2.2　換熱面積灰及吹損原因

綜合機組及吹灰器運行情況，分析受熱面吹損及嚴重積灰的原因主要包括以下三方面：燃煤灰分重；換熱面布置緊湊、距蒸汽吹灰器距離過近；蒸汽吹灰器存在吹灰死角。

2.2.1　燃煤品質

我公司設計煤種灰分30.57%，實際燃燒煤種灰分在35 %以上，嚴重偏離設計值。較重的灰分導致流經換熱面的煙氣中飛灰粒子密度較大，灰粒與受熱面的碰撞頻率增大，飛灰沉降速度增加。

2.2.2　受熱面布置特點

尾部煙道自上而下依次布置三級低溫過熱器及兩級省煤器。東鍋機組受熱面布置緊湊，尾部煙道受熱面之間空間狹小，相鄰兩級低過換熱面之間縱向節距僅800mm，凈空不足750mm。兩級省煤器換熱面之間縱向節距1000mm。致使蒸汽吹灰器距換熱管過近，管壁吹損、爆管事故頻發。為緩解管壁吹損現狀，需嚴格控制吹灰頻次。

2.2.3　蒸汽吹灰器工作特點

表1　《JBT5801-鍋爐吹灰器和測溫探針》中規定的蒸吹動態偏移數值

作為傳統的吹灰方式，蒸汽吹灰器廣泛應用于各大電廠的換熱面吹灰工作中。蒸汽吹灰器以高溫高壓蒸汽為工作介質，對附著于換熱管表面的積灰進行直接沖刷。

由于作用空間為扇形面、而射流蒸汽作直線運動，存在吹灰死角，只能對直接接觸到的換熱管迎風面有顯著效果，而對于中下排的管子及管排背風面的積灰無明顯作用。因此，管間積灰較為嚴重。

2.3　積灰及吹損問題的解決

基于以上分析，若要減輕積灰、保證受熱面的清潔，需增加吹灰器的投運頻次，而換熱管排間空間狹小，距離蒸汽吹灰器過近，增加吹灰投運頻次，必然加劇管壁吹損、爆管隱患。

因此，為保證機組的安全、經濟、穩定運行經大量的吹灰器調研及現場考察，我廠通過2014年12月和2015年9月停爐檢修期間分別對2#和1#機組進行了聲波吹灰器改造， 所選聲波吹灰器為可調頻大功率旋笛式聲波吹灰器，其中#1機組在中上層低溫過熱器和省煤器位置安裝12臺，#2機組在中下層低溫過熱器處安裝6臺。

所選低頻大功率旋笛式聲波吹灰器以壓縮空氣為工作介質，切割氣流產生一定能量的聲波，并通過聲波導管將聲波送入爐內需清灰空間。受熱表面的積灰受到以一定頻率交替變化的疏密波反復拉壓作用時，因疲勞疏松脫落，隨煙氣流帶走，或在重力作用下，沉落至灰斗排出。同時，疏密波的作用力與浮游于煙氣中灰粒之間的吸引力或表面粘附力相抵消，從而阻止了灰粒之間的相互粘結積聚。

低頻大功率旋笛式聲波吹灰主要參數如下：發生頻率30～300HZ；聲壓級＞158dB；氣源壓力0.3MPa；耗氣量：2.5m3/min；工作范圍：半徑12m的球體。

3　改造效果

3.1　受熱面煙溫

表2和表3分別給出了#1機組和#2機組在典型負荷下，吹灰器改造前后的受熱面煙溫情況。由表可知：

#1機組與改造前相比，在200MW、250MW、320MW負荷時，尾部煙溫分別下降了4℃、11℃6℃，低溫過熱器煙溫降分別上升了16℃、4℃、4℃，省煤器煙溫降分別增加了4℃、3℃、3℃。

#2機組與改造前相比，在220MW、250MW、320MW負荷時，省煤器入口煙溫分別降低了3℃、9℃、7℃，低溫過熱器煙溫降分別提高了17℃，20℃、3℃。

煙溫數據分析表明，#1、#2機組經吹灰器改造的受熱面區域，換熱能力得到加強，管排積灰明顯改善，說明我公司選型的低頻大功率旋笛聲波吹灰器的吹灰能力是值得肯定的。

3.2　停爐檢修狀況

聲波吹灰器改造后，機組臨停期間，對吹灰器改造處的管排進行了檢查，發現聲波吹灰器吹掃換熱面積灰情況與其他位置蒸汽吹灰器效果無明顯差異，而且背風面處聲波吹灰效果優于蒸汽吹灰效果。此外，未發現任何爐管吹損跡象，防“四管泄漏”成效顯著。

3.3　吹灰器運行成本

兩機組進行聲波吹灰器改造后，共停運42臺蒸汽吹灰器，其中，#1機組32臺、#2機組10臺。我公司尾部煙道蒸吹汽源取自低溫再熱器出口，溫度359℃，壓力3.9MPa，根據水蒸氣焓值表，蒸汽焓值3116KJ/Kg。

根據每天吹灰一次，每次吹灰3min，吹灰器蒸汽耗量200Kg/min計算，則每天節約蒸汽耗量25.2t，節約標煤2.67t。年運行7000小時，每年節約標煤800t，按每噸標煤550元計算，則每年節約蒸汽成本44萬元。

聲波吹灰器運行成本：

兩臺機組共安裝聲波吹灰器18臺，其中#1機組12臺，#2機組6臺。每臺吹灰器耗氣量2.5m3/min，氣源壓力0.3MPa。18臺吹灰器年耗氣量約11.8萬立方米，空氣壓縮機耗電約4.6萬KW·h，電費0.45元/KW·h，則總費用2.07萬元。

4　結論

淮北國安電力有限公司通過尾部加裝低頻大功率旋笛聲波吹灰器，成功解決了尾部受熱面管排積灰及吹損的問題，主要結論如下：

解決了東鍋機組受熱面布置緊湊，換熱面間空間狹小，導致蒸汽吹灰器的投運頻次控制和吹灰效果不明顯之間矛盾，大大減少了鍋爐受熱面受蒸汽吹灰不當而造成的爐管吹損所需的檢修費用。

聲波吹灰器改造后，受熱面改造位置的出口煙溫下降，煙溫降明顯升高。#1機組在典型負荷200MW、250MW、320MW下，尾部煙溫分別下降了4℃、11℃、6℃；#2機組，在220MW、250MW、320MW負荷時，低溫過熱器出口煙溫分別降低了3℃、9℃、7℃。

旋笛式聲波吹灰器作用范圍廣，吹灰效果顯著，運行成本大幅降低。在保證與蒸汽吹灰器相當的效果的同時，避免了管壁吹損爆管隱患。

表2　組改造前后典型負荷下低過及省煤器煙溫情況

表3　機組改造前后典型負荷下低過煙溫情況