新型蒸汽聲波吹灰器在燃煤鍋爐上的應(yīng)用

聶常貴，牟效民，趙曉強(qiáng)

（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(jié)渣和積灰，維持受熱面的清潔，以保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(hù)成本及其可操作性。

一、吹灰技術(shù)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(diǎn)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(jìn)行直接吹掃。優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)，效果明顯；缺點(diǎn)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(jié)構(gòu)龐大復(fù)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(hù)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?xì)怏w和氧氣在瞬間混合點(diǎn)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(jìn)行清灰。優(yōu)點(diǎn)是對于有效作用范圍內(nèi)清灰能力強(qiáng)、效果明顯，如粉倉、管道阻塞清理等，缺點(diǎn)是對于燃爆式的燃料配比要求嚴(yán)格，否則可能造成重大事故，同時(shí)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(qiáng)低頻聲波，以聲能進(jìn)行清灰。其優(yōu)點(diǎn)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(fù)雜空間的對流受熱面進(jìn)行清灰，結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝、操作、維護(hù)，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低。缺點(diǎn)是早期聲波吹灰器自身結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)安裝蒸汽吹灰器，每臺鍋爐爐膛安裝14臺IR-3D短旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)伸縮式蒸汽吹灰器。鍋爐蒸汽吹灰器自投用以來，由于及時(shí)清除爐膛及尾部受熱面結(jié)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(jì)運(yùn)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(yán)重影響到鍋爐安全、平穩(wěn)、清潔運(yùn)行。

1.受熱面管子吹損問題嚴(yán)重

2007年5月，3#鍋爐過熱器9根管子嚴(yán)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(yán)重吹損，減薄量達(dá)2mm，導(dǎo)致管壁剩余壁厚僅為2mm，小于設(shè)計(jì)允許最小壁厚2.7mm，更換蒸汽吹損管段施工費(fèi)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(zhuǎn)動(dòng)部件工作期間處于粉塵、高溫惡劣條件，長期運(yùn)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(zhuǎn)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(yùn)行，致使吹灰器套管、空氣閥、進(jìn)汽閥蓋及墊子、閥門啟閉機(jī)構(gòu)頻繁出現(xiàn)蒸汽泄漏，特別是隨著運(yùn)行時(shí)間延長，吹灰系統(tǒng)泄漏問題、閥門啟閉機(jī)械密封失效問題日益突出，給吹灰器正常投用帶來嚴(yán)重影響。

4.吹灰時(shí)局部正壓導(dǎo)致爐膛及煙風(fēng)道跑灰嚴(yán)重

鍋爐蒸汽吹灰器運(yùn)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(jìn)出孔噴出，不但污染爐體環(huán)境，而且可能導(dǎo)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(diǎn)，現(xiàn)有的長旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器存在靠近槍頭區(qū)域受熱面管子吹損、遠(yuǎn)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(yán)重，致使鍋爐排煙溫度較設(shè)計(jì)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(jià)300元/t及1#、2#、3#、4#鍋爐年合計(jì)耗煤30萬t計(jì)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(yùn)行不足2年即無法運(yùn)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(fèi)用支出達(dá)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(fèi)用也支出100余萬元，施工費(fèi)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(jià)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(shè)備投資成本。

為解決蒸汽吹灰器在鍋爐對流受熱面應(yīng)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(yīng)用HQ新型高效蒸汽聲波吹灰器

1.技術(shù)概述

理論與實(shí)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(gè)基本要素。聲功率的大小取決于聲強(qiáng)與聲波的有效輻射面積，聲強(qiáng)是其中的先導(dǎo)因素，實(shí)踐證明聲波清灰的有效起始聲強(qiáng)為130dB，聲強(qiáng)與清灰效果關(guān)系見圖1。脈沖波形應(yīng)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?；谶@一理論認(rèn)識與實(shí)踐，HQ高效蒸汽聲波吹灰器采用了轉(zhuǎn)鼓式發(fā)聲部件，并改進(jìn)氣流切割孔的幾何形狀，在減小氣流切割孔寬度的同時(shí)，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(qiáng)，進(jìn)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(zhuǎn)換器出口可產(chǎn)生160dB以上的超強(qiáng)聲波，應(yīng)用調(diào)頻技術(shù)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(qiáng)力振蕩而被剝離處于懸浮狀態(tài)，最終被煙氣流帶走?，F(xiàn)場測試表明，當(dāng)蒸汽壓力0.5MPa、距離聲導(dǎo)管1.5m處實(shí)測聲強(qiáng)為160dB，聲功率大于5000W，軸向有效清灰距離大于15m、徑向擴(kuò)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(qiáng)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(dá)500m3。高效蒸汽吹灰器工作時(shí)，由于其主頻避開了鍋爐設(shè)備的固有頻率和二次諧頻，不會(huì)對鍋爐設(shè)備造成傷害。

2.系統(tǒng)構(gòu)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(dòng)可調(diào)定時(shí)工作方式運(yùn)行，無需人工干預(yù)。系統(tǒng)由調(diào)制電機(jī)、發(fā)聲器、隔聲罩、安裝法蘭、聲導(dǎo)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(jì)等組成，結(jié)構(gòu)見圖3，主要參數(shù)見表1。

3.應(yīng)用特點(diǎn)

(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(shè)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(shè)備維護(hù)成本、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。具有較高的經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)，極大增強(qiáng)了聲波能量，對鍋爐尾部對流受熱面各種復(fù)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(jié)構(gòu)簡單、易于現(xiàn)場安裝、操作方便、維護(hù)量小、故障率低、使用可靠，且可根據(jù)設(shè)備實(shí)際利用鍋爐原有人孔門或進(jìn)行有針對性的改造實(shí)施安裝。

表1 HQ高效蒸汽聲波吹灰器主要參數(shù)

(6)保護(hù)裝置完善，可對缺相、短路、過載等進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，并可自動(dòng)越過發(fā)生故障的清灰器而不影響其它在用設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)提示故障設(shè)備對應(yīng)編號。

4.應(yīng)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(yùn)行期間，蒸汽聲波吹灰器每間隔4h自動(dòng)啟動(dòng)按序吹灰一次，無需人工干預(yù)，運(yùn)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(jià)300元/t及鍋爐年耗煤30萬t計(jì)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(fù)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(shí)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。