聲波吹灰器和蒸汽吹灰器應(yīng)用比較分析

浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司 孔慶有 熊定標(biāo) 張 越

在火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行過程中，由于鍋爐結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，在水冷壁、水平煙道處對(duì)流受熱面、尾部對(duì)流受熱面等主要受熱面上會(huì)產(chǎn)生一定量的積灰。如不及時(shí)處理，會(huì)影響到受熱面的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)致鍋爐熱效率降低，因此需要對(duì)受熱面進(jìn)行除灰工作。在布置吹灰器時(shí)，需要結(jié)合鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況，以及工作環(huán)境等多種因素來選擇吹灰器的種類、數(shù)量。當(dāng)前，火力發(fā)電廠鍋爐的吹灰裝置主要為聲波吹灰器和蒸汽吹灰器，通過對(duì)某電廠實(shí)際應(yīng)用案例的了解，能夠得出吹灰器的應(yīng)用能夠確保鍋爐受熱面的傳熱效果達(dá)到預(yù)期值。

1 吹灰器的原理

1.1 聲波吹灰器原理

聲波吹灰器主要由壓縮氣源、聲波發(fā)生器和電子控制器這三部分組成。具體的工作原理是：利用過濾器將空氣進(jìn)行凈化，在電磁閥的控制下通過聲波發(fā)生器將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為聲能，調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)，以聲波的形式向外傳遞，聲波通過聲波導(dǎo)管經(jīng)過輻射喇叭的調(diào)整放大，以特定的頻率、周期傳入到容器中；利用聲波能夠在彈性介質(zhì)中自由傳播的這一特點(diǎn)，以及聲波能夠直射、反射、滲透等特性，在空間中形成一個(gè)無死角的高強(qiáng)度諧振聲場(chǎng)，針對(duì)受熱面表面上的積灰進(jìn)行循環(huán)往復(fù)的吹灰。

從微觀角度進(jìn)行分析，積灰的形成主要是由于大量的微小灰粒具有的表面張力，以及粒子之間和受熱面之間的粘滯力、附著力，以及靜電吸引力等多方面的作用在受熱面上發(fā)生聚集，聲波吹灰器則是利用聲波的作用加速吹灰空間內(nèi)部的空氣分子的振動(dòng)作用，在吹灰空間內(nèi)存在大量的空氣分子，在積灰粒子周圍緊密分布著無數(shù)的空氣分子，在聲波的作用下，數(shù)量龐大的空氣分子以相同的強(qiáng)度與頻率進(jìn)行往復(fù)振動(dòng)，具有較大的作用力[1]。在聲波的持續(xù)作用下，灰粒與受熱面之間的結(jié)合力會(huì)不斷減弱，當(dāng)減弱到一定程度時(shí)，積灰就會(huì)從受熱面表面脫離，部分積灰會(huì)被氣流沖刷隨煙氣排出。

1.2 蒸汽吹灰器原理

當(dāng)前，蒸汽吹灰器主要由長(zhǎng)伸縮式吹灰器和短伸縮式吹灰器兩種，且均為電力驅(qū)動(dòng)，采用機(jī)械式開啟閥門，同時(shí)配備蒸汽開度微調(diào)裝置以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整吹灰的蒸汽流量與壓力。其中，長(zhǎng)伸縮式吹灰器主要應(yīng)用在過熱器和再熱器管束積灰的吹掃工作上，部分情況下也可以應(yīng)用于省煤器的積灰吹掃，長(zhǎng)伸縮式吹灰器在工作時(shí)吹灰管和噴頭一邊旋轉(zhuǎn)、一邊深入到煙道中，噴頭多采用拉瓦爾噴管，能夠確保噴出的蒸汽或者空氣的速度超過音速，其有效吹掃半徑能夠達(dá)到2m左右[2]。短伸縮式吹灰器主要應(yīng)用于爐膛水冷壁管表面積灰的吹掃工作。

蒸汽吹灰器多在高于700℃的煙溫范圍內(nèi)工作，雖然吹灰管的材質(zhì)為耐熱型合金鋼，但是在吹掃結(jié)束后，吹灰管仍要及時(shí)退出爐外，防止長(zhǎng)時(shí)間處于高溫環(huán)境內(nèi)被高溫?zé)煔鉄龎摹?/p>

2 適用范圍與使用方式

2.1 聲波吹灰器的適用范圍與使用方式

聲波吹灰器主要應(yīng)用于火力發(fā)電廠鍋爐的過熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等設(shè)備的除灰工作上，也可應(yīng)用于煉油廠的加熱爐、余熱鍋爐以及其他行業(yè)的鍋爐清灰系統(tǒng)中[3]。在安裝聲波吹灰器后，需要結(jié)合具體的工作情況對(duì)吹灰器的工作頻率和工作周期進(jìn)行設(shè)定，在工作中，詳細(xì)記錄好各相關(guān)參數(shù)的變化，通過不斷的總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，制定出更為合理地吹灰程序。在聲波吹灰器工作過程中如果發(fā)現(xiàn)控制面板出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，需要立即停止工作，并通知維修人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排除。制定科學(xué)的管理方案，定期安排維護(hù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

2.2 蒸汽吹灰器的適用范圍與使用方式

蒸汽吹灰器主要應(yīng)用于水冷壁、對(duì)流管束等受熱面的吹灰工作上，能夠有效處理粘性灰、松散灰，在火力發(fā)電廠鍋爐和其他行業(yè)鍋爐運(yùn)行上得到了廣泛應(yīng)用。在使用時(shí)，既可以通過遠(yuǎn)程控制來操作吹灰器工作，也可以通過就地控制進(jìn)行吹灰作業(yè)，具體的吹灰參數(shù)、吹灰時(shí)長(zhǎng)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。

3 聲波吹灰器的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 聲波吹灰器的優(yōu)點(diǎn)

聲波吹灰器的特點(diǎn)在于利用特殊的聲波發(fā)生器，能夠?qū)?dòng)力蒸汽或者動(dòng)力空氣轉(zhuǎn)換為聲波，這種聲波能夠快速的全方位的向鍋爐的各個(gè)積灰區(qū)域傳播，鍋爐中的粉塵顆粒在空氣質(zhì)點(diǎn)的周期性的高速振蕩沖擊下，逐漸從附著面脫落，其中較小的灰塵會(huì)隨著煙氣排出，較大的灰塵顆粒會(huì)在重力作用下下落，隨著鍋爐灰渣一起排出。

3.1.1 有效清灰范圍較大，能夠?qū)λ澜欠e灰進(jìn)行處理聲波吹灰器特殊的非接觸式的除灰方式，能夠利用聲波對(duì)受熱面表面的積灰進(jìn)行處理，通過調(diào)節(jié)聲波的聲頻和聲強(qiáng)參數(shù)來達(dá)到不同的除灰效果，發(fā)出聲波的波長(zhǎng)決定了除灰半徑的大小。同時(shí)，由于聲波在傳播過程中與受熱面接觸能夠發(fā)生反射、透射以及衍射等現(xiàn)象，能夠確保聲波快速的在整個(gè)吹灰空間中傳播，且不留任何死角[4]，而且相較于傳統(tǒng)的蒸汽吹灰器能夠更加深入的對(duì)各個(gè)積灰表面進(jìn)行清理。以SCR反應(yīng)器中的蜂窩狀催化劑為例，在使用傳統(tǒng)的吹灰器時(shí)無法及時(shí)對(duì)其內(nèi)部的間隙進(jìn)行清理，而采用聲波吹灰器能夠完美的解決這一問題。

此外，由于聲波吹灰器獨(dú)特的吹灰方式，使得在安裝聲波吹灰器時(shí)對(duì)于安裝位置和方向的要求并不高，未做好安裝位置的把控工作，也能夠有效清理各個(gè)間隙內(nèi)部的積灰，真正實(shí)現(xiàn)無死角清灰。表1為國(guó)能壽光#2鍋爐尾部煙井聲場(chǎng)空間參數(shù)，其采用的聲波吹灰器最大有效距離為6.659m，經(jīng)過簡(jiǎn)單計(jì)算便可以得出聲波吹灰器的有效覆蓋范圍足以覆蓋整個(gè)空間。表2為國(guó)能壽光#2鍋爐尾部煙井各空間煙氣物性參數(shù)。

表1 聲場(chǎng)空間參數(shù)

表2 空間煙氣物性參數(shù)

3.1.2 能量衰減慢

首先，傳統(tǒng)的蒸汽吹灰器射流動(dòng)壓會(huì)隨著噴射距離的增加逐漸衰減，且衰減的程度與噴射距離的二次方成反比關(guān)系，噴射動(dòng)能的衰減程度與噴射距離的三次方成反比關(guān)系，也就是說當(dāng)噴射距離達(dá)到一定程度時(shí)，蒸汽吹灰器所起到的效果就十分微小，無法滿足除灰要求。而聲波吹灰器的聲壓衰減程度與聲波的傳播距離的一次方成反比關(guān)系，聲強(qiáng)的衰減程度與聲波的傳播距離的二次方成反比關(guān)系。因此，通過對(duì)比兩種吹灰器的能量衰減情況，能夠得出聲波吹灰器的傳播損耗更少，清灰范圍更大，這也就能夠說明在多數(shù)情況下，聲波吹灰器具有一定的優(yōu)勢(shì)。

此外，在蒸汽吹灰器的實(shí)際應(yīng)用中，一旦噴射距離超過3m，是無法滿足清灰需要的，而聲波吹灰器發(fā)出的聲波即使傳播到5m處仍具有較強(qiáng)的能量。因此，只需要合理地對(duì)聲源進(jìn)行布置，充分利用混響聲場(chǎng)的效應(yīng)，就能夠進(jìn)一步減少聲能衰減，表3為國(guó)能壽光#2鍋爐尾部煙道吹灰聲場(chǎng)計(jì)算表，聲波吹灰器的有效輻射距離均在10m以上，在實(shí)際應(yīng)用中，能夠滿足正常的清灰需要。

表3 吹灰空間模擬計(jì)算

造成以上現(xiàn)象的物理原理是：蒸汽吹灰器主要是利用蒸汽物質(zhì)自身所攜帶的能量對(duì)積灰進(jìn)行清理，在這個(gè)過程中由于阻力的影響會(huì)出現(xiàn)能量損耗，導(dǎo)致動(dòng)能衰減迅速；而聲波吹灰器則是利用鍋爐內(nèi)部氣體分子的振動(dòng)，借助于相位或者振動(dòng)狀態(tài)的改變來傳播能量。

3.1.3 不會(huì)產(chǎn)生毒副作用，且無磨損

聲波吹灰器所發(fā)出的波頻仍在人體聽覺能夠承受的范圍之內(nèi)，因此不會(huì)對(duì)工作人員的身體造成任何傷害，而且經(jīng)過消聲處理后的聲波即使釋放到環(huán)境中也不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，況且聲波吹灰器每天投入使用的時(shí)間較短，不會(huì)對(duì)周邊居民以及環(huán)境造成任何不利的影響，完全符合火力發(fā)電廠的一系列安全標(biāo)準(zhǔn)。聲波吹灰器利用空氣作為清灰的媒介，不具有任何腐蝕性，也就不會(huì)對(duì)爐內(nèi)的各種設(shè)備造成不良影響。

由于聲波吹灰這種方式的實(shí)質(zhì)是利用較小的能量不停地循環(huán)往復(fù)，因此也不會(huì)造成管壁出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，更不會(huì)導(dǎo)致催化劑發(fā)生磨損。以SCR為例，在應(yīng)用了聲波吹灰器后，增長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，一定程度上減少了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。反觀蒸汽吹灰器，主要利用蒸汽的機(jī)械沖擊力對(duì)積灰進(jìn)行清理，蒸汽在高速流動(dòng)過程中夾雜了一定量的粉塵，當(dāng)這些粉塵加速到一定程度上，沖刷到管道以及其他設(shè)備表面時(shí)，就會(huì)對(duì)管壁以及設(shè)備表面造成磨損，增加了維護(hù)成本。

3.1.4 其他

聲波吹灰器的結(jié)構(gòu)較為緊湊，能夠活動(dòng)的部件較少，組成和運(yùn)行簡(jiǎn)單，因此故障率較低，維護(hù)和維修成本較低。可以采用壓縮空氣作為氣源，不需要其他任何輔助成本，極大減少了安裝和使用成本；聲波吹灰器能夠有效預(yù)防催化劑積灰，在使用聲波吹灰器的過程中，可有效減少催化劑表面灰粒積累，而蒸汽吹灰器只能夠在灰粒積累到一定程度時(shí)進(jìn)行處理。

3.2 聲波吹灰器的缺點(diǎn)

如果爐膛內(nèi)或者其他受熱面上結(jié)渣較為嚴(yán)重，采用聲波吹灰器無法起到較好的吹掃效果；針對(duì)低溫段空氣預(yù)熱器受熱面上的嚴(yán)重積灰與腐蝕無法有效處理；對(duì)于在受熱面上形成時(shí)間較長(zhǎng)、自身硬度較大的堅(jiān)硬灰垢難以徹底清除。

4 蒸汽吹灰器的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 蒸汽式吹灰器的優(yōu)點(diǎn)

蒸汽吹灰器較為獨(dú)特的噴嘴設(shè)計(jì)，能夠確保噴嘴噴出高速氣流，具有較強(qiáng)的吹灰能力，可以適用于各種難以除掉的灰垢；蒸汽吹灰器噴出蒸汽的方向與煙氣流動(dòng)方向相同，因此被吹掃掉的灰塵能夠隨著煙氣流動(dòng)一同排出，避免清灰后沒有及時(shí)對(duì)灰垢進(jìn)行回收而影響除灰效果。

經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用證明，蒸汽吹灰器具有較好的吹灰效果，在使用蒸汽吹灰器后，鍋爐的熱效率能夠提高3%左右，在蒸汽吹灰器工作過程中，蒸汽的壓力不會(huì)出現(xiàn)太大的變化，節(jié)省了空氣消耗量，不僅能夠有效清除易于處理的松散灰，對(duì)于處理困難的結(jié)渣和粘結(jié)灰也能夠有效地清除；蒸汽吹灰器的耗能相較于一些傳統(tǒng)吹灰裝置要低，其蒸汽主要來源于鍋爐中，從鍋爐內(nèi)部引出便可直接使用。

4.2 蒸汽式吹灰器的缺點(diǎn)

消耗大量的鍋爐蒸汽，影響煙氣露點(diǎn)，增加了鍋爐用水量；吹灰存在無法處理的死角，雖然吹灰效果強(qiáng)，但是覆蓋的范圍較小，部分受熱面無法及時(shí)處理；蒸汽吹灰器所采用的長(zhǎng)伸縮管在工作過程中可能會(huì)卡在管件之間，而且需要較大的工作空間；如果長(zhǎng)時(shí)間的吹掃某部分受熱面，可能會(huì)導(dǎo)致該部分受熱面出現(xiàn)吹傷，引起爆管。

綜上所述，通過對(duì)聲波吹灰器和蒸汽吹灰器兩種吹灰器的適用范圍與使用方式進(jìn)行對(duì)比，分析兩種吹灰器在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，得出使用聲波吹灰器能夠有效提高火力發(fā)電廠鍋爐受熱面的清灰效果，提高傳熱能力和鍋爐效率，通過結(jié)合鍋爐的實(shí)際參數(shù)來合理配置聲波吹灰器，可以滿足吹灰需要。此外，使用聲波吹灰器能夠減少因吹灰裝置對(duì)鍋爐連續(xù)運(yùn)行的影響，確保設(shè)備長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。