鍋爐智能吹灰控制系統研究

湯榮秀

（天津工業職業學院，天津 300400）

1 全分布式燃氣脈沖吹灰系統特點及優勢

脈沖吹灰器又稱脈沖炸波吹灰器、激波吹灰器、弱爆吹灰器等，國內對相關技術的研究始于20 世紀90 年代中期，但近幾年才開始實際應用。全分布式燃氣脈沖吹灰系統采用分布式結構及臨界混合器，是目前鍋爐吹灰器結構最合理、性能最好、吹灰效果最佳的設備，其特點如下：①可借助沖擊波聲波或高速氣體來進行多功能的吹灰工作；②吹灰空間較大，工作時間較短，效果顯著，時間間隔較長，成本資金較低，質量安全可靠；③對不同類型的灰塵都有很好的處理效果，對特殊形態的器具進行處理時不會存在死角，并且相關儀器的維護工作較為輕便，操作十分便捷，能夠做到高度的自動化；④吹灰過程中具有較高溫度的介質，同時受熱面極為干燥，腐蝕情況較少，再積灰速慢；⑤高效燃氣脈沖發生器側向進氣，提高充滿度技術；⑥具有五級回火技術、持續電弧點火技術；⑦設備的獨立性強，當系統某個設備出現了錯誤，不會影響到其他設備正常運行；⑧乙炔穩壓凈化裝置配置了3 個進氣口，當一瓶余量不足時能夠連接另一瓶乙炔瓶同時使用，避免供應中斷或浪費；⑨無論哪一路的點火裝置、混合器、逆止閥、控氣電磁閥以及燃氣管路任何一處發生故障，不會影響其他路線的使用，保證系統的可靠性。

2 全分布式燃氣脈沖吹灰系統介紹

除控制系統以及供氧裝置之外，全分布式燃氣脈沖吹灰裝置的其余部分均采用分布式結構，相比于分布式控風混合點火控器等諸多系統，全分布式系統借助多套分布式來進行安置，在很大程度上落實了分布式的項目思想。這不僅繼承了非完全分布式系統的優點、克服了其缺點，還使整個系統的使用更加可靠。

這種全分布式燃氣脈沖吹灰裝置，使得吹灰器體型變小、能耗降低，安全性得到顯著提高，而且將逆止閥、混合器、臨界孔板穩流器、點火電源、點火罐、空氣濾清器、點火頭、控氣電磁閥、爆炸傳感器等眾多部件全部進行了小型化、機電熱一體化和高可靠性處理，構成集成配氣點火模塊。

3 脈沖吹灰原理及工作方式

脈沖吹灰以可燃氣爆燃為動力，以空氣為媒介，充分發揮可燃氣爆燃所產生的熱、動、聲等各種能量作用，以脈沖的方式作用于受熱面，保證吹灰過程無死角、無副作用、可靠性高、使用壽命長等效果，因此在耗能相同的情況下，其處理積灰的效果比其他裝置更顯著、更直觀。

3.1 工作原理

脈沖吹灰的工作原理比較簡單，其本質就是讓預混可燃氣在特制的、并且一側與噴管進行連接的爆燃罐內進行點火，使其爆燃，進而借助爆燃過程所產生的強大沖擊力，通過導管進入煙道中，最終通過壓縮過程所產生的沖擊力對受熱面上的灰塵或污垢進行強烈的重洗，如此實現吹灰工作。

通常情況下，爆燃罐在爆燃過程中會由其噴口射出兩個爆燃波。其實在爆燃罐內，通過爆燃反應所產生的巨大壓力而形成的沖擊波，接著就是在其噴口處，由于壓力大幅下降，所產生的爆燃效果而生成的沖擊波。這兩道沖擊波之間的時間間隔極為短暫（約10 ms），但是這兩道雙沖擊波可以顯著增強吹灰工作的效果，就好象剃須刀中雙層刀片具有更為顯著的剔除效果一樣。

在噴口背后1 m 處實測的雙沖擊波的波形圖譜如圖1 所示。

圖1 雙沖擊波波形圖譜

通常情況下，燃爆吹灰機就是借助這種雙重動力強大的沖擊作用，這也是其最為主要的工作原理。此外，相關的吹灰機還有3 項吹灰工作原理。

（1）借助爆燃反應所生成的高溫高壓氣體，經過其噴口后發射出高溫高壓射流的沖擊作用。相比于傳統的噴射，吹灰機的工作原理類似，差異就是沖擊過程中具有的高溫氣體對灰塵、污垢造成的熱解作用。

（2）借助爆燃作用所產生的受熱面的激振，水分含量極低的灰塵以及經過沖擊的灰塵會受到強大的慣性力，然后與受熱面分離。這一工作原理與傳統的清灰器極為相似，不同之處是振動清灰器是借助機械運動，而燃爆吹灰機則是通過爆燃反應所形成的振動，兩者相比，前者振動時間較長，后者振動時間極短。

（3）由爆燃作用所生成的強烈聲波，是借助聲波吹灰的工作原理。這種壓縮沖擊波對受熱面上的灰垢產生強烈的“先沖壓后吸拉”的交變沖擊作用，進而實現吹灰。

3.2 脈沖吹灰機的工作原理

現階段脈沖吹灰機的吹灰效果較為顯著，但其沖擊波所影響范圍卻十分有限。少量的燃爆管無法應對太多的問題，在實際應用中還要受鍋爐受熱面積、灰的類型、積灰程度、受熱面積等多個因素的影響，因此應根據情況選取那些科學合理的不同類型的脈沖吹灰機，如此才能夠達到所要求的應用效果。

為達到目標的吹灰效果，吹灰工作過程中各個燃爆罐不能僅僅工作一次，而是要反復使用，在實際操作中還需要依據相應的具體狀況規劃出各種各樣的吹灰流程，在特殊情況下還需要多個層面、多個燃爆灌同時工作。

脈沖吹灰機是在燃爆罐按需求排布的前提下，與供配氣設施、管道閥門、控制系統以及點火裝置等多種裝置協同工作而構成的一個龐大的工作系統。

4 全分布式燃氣脈沖吹灰系統的組成

4.1 高效燃氣脈沖發生器

高效燃氣脈沖發生器是北京唐韻科技有限公司（以下簡稱“唐韻公司”）研發的第七代爆燃波發生器，包含側向進氣技術，不但能發出足夠高強度的爆炸沖擊波，而且大大節約了燃氣消耗。該發生器包括高效燃氣脈沖發生器罐體及噴口等部件，是吹灰系統最后的執行裝置，罐體的容量及內部構造直接影響脈沖爆炸波的威力，噴口布置直接影響各受熱面的吹灰效果。

4.2 混合配氣點火系統

混合配氣點火柜是唐韻公司獨立研發的配氣點火裝置。采用全分布式系統，將過濾器、逆止閥、混合器、點火電源、點火器、電磁閥等部件全部進行了小型化、微型化和集成化處理，壓力檢測儀等裝置全部集成在一個柜體內。這使得燃氣脈沖吹氣極為簡便，從根本上去除了傳統燃氣脈沖灰機龐大笨重的構造。

4.3 乙炔穩壓凈化裝置

乙炔穩壓凈化裝置包括3 瓶乙炔及相應的乙炔氣減壓閥組、匯流器、過濾器、電磁閥、止回閥等管件，匯流器上還安裝有就地壓力表和遠傳壓力變送器。該系統有以下3 個安全措施。

（1）便攜的燃氣泄漏報警器。如果出現意外情況發生燃氣泄漏，該報警器可以及時進行聲光和系統報警，同時還可以自動切斷電磁閥，進而及時終止吹灰工作。

（2）柜內安置有乙炔壓力檢測設備。氣瓶內的燃氣耗盡時相關控制系統會自動并及時發出警告，并對乙炔瓶進行更換。

（3）吹灰系統停止工作時，相關的控制系統將及時切斷電磁閥，進而保證供氣系統的運行安全。

4.4 中央管控機制

中央控制系統具有以下特點和功能：①諸多零部件儀表盤以及元器件都選用大型正規廠家所生產的安全產品，進而最大程度上保證產品的質量以及控制系統的安全性。智能化程度更高，燃氣瓶內部的燃氣耗盡后，將會及時自動進行警告，同時，在相關部分出現意外故障的同時，還可以及時作出判斷并進行警報，進而關閉回路，確保其余回路的正常運作，不對系統造成較大影響；②對于吹灰工作的氣壓強度、吹灰時間、吹灰次數等參數，相關的工作人員或是用戶可以在合理的范圍內進行隨意的調整，并且在設置值不符合安全值時，還可以及時自動調整為最小值；③用戶以及相關工作人員還有權利選取任意個噴口進行吹灰作業，借此為相關用戶爭取到極為龐大的發揮空間；④相關工作人員以及用戶還被允許在上位機上編制個吹灰流程，同時還能夠隨時進行使用；⑤上位機可以自動及時地儲存重要的工作日志；⑥兼容性的DCS 系統通過RS-485 或Profibus-DP 接口與DCS 的無縫連接，不僅可以自行控制，也可以通過DCS 控制，提高了控制系統的可靠性；⑦爆炸傳感器與集成配氣點火模板協同工作，形成一個完善的保護鏈來維持脈沖吹灰機的安全工作。

4.5 空氣穩壓減壓裝置

空氣的穩壓減壓裝置是對壓縮空氣分成兩路支路，一路為供氣路、另一路提供高溫隔離風裝置，采用減壓閥實現空氣、乙炔的流量精確配比，確保乙炔與空氣壓力穩定。

4.6 隔離風系統（根據爐型確定）

隔離風的氣源來自空氣穩壓裝置的第二路或者隔離風風機。該裝置可以減少鍋爐的腐蝕性氣體或液體對吹灰器管道、本體的腐蝕，延長設備的壽命。

5 總結

脈沖吹灰系統的原理最早便被人們采用，近年來運用更是廣泛，它無死角吹灰、無副作用、使用壽命長等特點獲得一致好評。唐韻公司經過多年的不斷改造，現在運行的脈沖系統已經實現了整套配置的小型化、節能化和高可靠性，形成了全分布式的脈沖系統。經過后續的更新與變革，脈沖吹灰系統的整體性能將會更加完善，成為更加簡單、便捷的工具。