激波吹灰技術在電廠的應用

● 黑龍江·中油電能熱電一公司 代厚慶 韓世偉

1 空氣預熱器積灰原因分析

1.1 針對電廠實際生產(chǎn)情況，分析空氣預熱器積灰

空氣預熱器積灰原因有以下幾個方面：

（1）設計原因。為保證空氣預熱器管磨損不過快，鍋爐設計時選擇了較低的煙氣流速。

（2）鍋爐燃煤含硫量高，高硫煤灰黏附性強，煙氣露點溫度高(理論計算值136℃)。

（3）鍋爐調峰低負荷運行。因鍋爐設計時選擇了較低的煙氣流速，低負荷運行時煙氣流速就會更低。過低的煙氣流速導致煙氣中的灰顆粒大量沉降在預熱器管板上，當沉降在預熱器表面管板上灰部分或全部堵住管口時，流過該管的煙氣流量減少或中斷，高溫煙氣加熱管壁的熱量下降，導致管壁溫度下降。當該管子溫度低于煙氣露點溫度(136℃)時，管內(nèi)煙氣會發(fā)生結露，煙氣結露后，將引起沉降在管口的灰結塊。結成塊的灰處在較高的溫度中，很快“變硬”，并會牢固地附著在管壁上，從而引起管口堵死。鍋爐長期低負荷運行，上述現(xiàn)象會加速發(fā)展。

（4）鍋爐啟動點火時使用燃油，燃燒產(chǎn)生的油垢在尾部空氣預熱器的表面黏結，造成管子表面積灰、積垢。

（5）鍋爐停爐備用時，附在管壁上的灰(這是不可避免的)會因結露而在管壁上結成很硬的灰塊(垢)。鍋爐的頻繁啟停，上述現(xiàn)象會重復發(fā)生，從而使灰塊(垢)越積越厚，最終有可能導致將管口堵死。

1.2 解決積灰的幾種措施比較

針對上述原因分析，總結解決末級空氣預熱器積灰的措施有以下幾種：降低燃煤中的含硫量；提高空氣預熱器的煙氣流速；盡量減少鍋爐的啟停；運行中鍋爐帶較高的負荷；設計安裝吹灰器。其中唯一可行的措施是安裝吹灰器。

2 燃氣脈沖激波吹灰技術原理與特點

2.1 技術原理

燃氣脈沖激波吹灰器是通過燃氣脈沖性爆燃生成沖擊波。燃料(使用燃料乙炔)與空氣按一定比例混合，在一個特殊的裝置中被高能點火器點燃，產(chǎn)生劇烈的爆燃使燃燒氣體瞬間升至高壓，并在火焰烽面前形成壓縮波。在經(jīng)過火焰導管時，壓縮波不斷加強，形成一道穩(wěn)定的激波；這道激波進入激波發(fā)生器后，一方面作為點火激波點燃紊流罐內(nèi)的可燃氣體，另一方面激波在特殊結構的紊流罐內(nèi)被調制而加強生成3～4倍聲速的爆燃沖擊波，最終調制好的激波(壓力約為10MPa，速度為1000～1500m/s)從沖擊管中噴射到鍋爐的換熱設備上，當激波從沖擊管中噴射出來以后，將在噴射口外的扇形空間中作球面的擴散，擴散的激波波面由于不能維持高于常壓的壓力，在波面后形成一個反向壓力峰，峰值低于空間中常壓下的壓力。擴散后的激波會在被吹物體表面上發(fā)生物理界面折射并能通過折射層層導入。激波劇烈的壓力脈動縱波對積灰產(chǎn)生一種先壓后拉的作用，使受熱面上的積灰受激波的沖擊而破碎、剝落脫離積灰基底。導入積灰中的折射波還會在灰體中產(chǎn)生橫向波，這些橫波在積灰基底上的反射和入射波的相互作用使積灰與積灰基底之間的結合面產(chǎn)生剪力，使積灰與基底發(fā)生分離。通過控制激波的能量，可以適應鍋爐不同類型的換熱設備積灰，迫使受熱面的積灰在足夠強度的激波沖擊下脫落。

圖1 激波吹灰器的原理示意圖

圖1是激波吹灰器的原理示意圖。吹灰器包含以下的主要部件：燃氣供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、氣體混合罐、點火器、激波能量分配系統(tǒng)、激波發(fā)生器和沖擊管等?？扇細怏w和空氣混合成一定比例被引入一個特殊的混合罐中，成比例的混合氣體在充滿混合罐和它之后的管道和罐體以后，被一個高能點火裝置點燃，爆燃火焰在火焰導管中，爆燃火焰通過火焰導管迅速傳至激波發(fā)生器中，引燃激波發(fā)生器中的混合可燃氣體。混合氣在激波發(fā)生器中被點燃爆轟瞬間產(chǎn)生高溫高壓氣流，可使積灰層軟化，粘結強度和疲勞強度降低，在強氣流吹掃下灰層破碎脫落。通過對激波發(fā)生器的罐體、沖擊管的不同設計，再加上可調的可燃氣體、空氣流量，可以控制得到理想的激波強度。因此，可以使激波的強度最適合其對應被吹灰物體的積灰類型，達到最佳的吹灰效果。

2.2 激波吹灰器的特點

激波吹灰器與蒸汽吹灰器相比，整套設備無轉動機械，運行中不存在機械卡澀和軸承故障，運行更可靠。激波吹灰器采用壓縮空氣作介質，不增加煙氣濕度，減少了煙氣中酸性氣體對尾部受熱面的腐蝕。激波是擾動波，而不是造成爐墻或換熱面破損的沖擊氣流。與聲波相比，激波吹灰器激波能量大，吹灰效果明顯，吹灰速度快，能夠去除各種不同類型的復雜積灰，如高溫積灰、牢固性積灰、粘性積灰、浮灰等，而聲波只對松散性積灰效果較好。通過改變?nèi)細饧げù祷移鞒叽?、燃氣充氣量、燃氣和空氣的混合比、激波發(fā)射噴口形式等參數(shù)?？梢钥刂迫細饧げù祷移魉a(chǎn)生的激波強度、作用范圍和作用形狀，使所產(chǎn)生的激波與待吹灰的工作面形狀和積灰類型相匹配，盡可能地減少吹灰死角。但燃氣激波吹灰器也存在技術難度大，吹灰方案因爐型和積灰類型不同而不易掌握、運行時瞬間噪聲大的缺點。

3 激波吹灰器在電廠鍋爐上的應用效果

某熱電廠在近幾年相繼改造了1、2、3號爐空氣預熱器的激波吹灰系統(tǒng)。

激波吹灰器正常連續(xù)的投入，在保證空氣預熱器的傳熱面潔凈同時可以達到以下效果：

（1）可以減少爐膛偏燒。

（2）大幅降低空氣預熱器兩側的溫度偏差。

（3）在進爐燃料不增的情況下，提高鍋爐送風的溫度，降低排煙溫度。送風的溫度提高、鍋爐排煙溫度下降，可提高鍋爐效率，減少發(fā)電煤耗，產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

4 結束語

激波吹灰器的投入能夠清潔空氣預熱器受熱面，提高送風溫度降低排煙溫度等諸多特點。隨著發(fā)電廠向著高參數(shù)、大容量的發(fā)展，爐內(nèi)結渣、腐蝕等問題嚴重影響機組的安全運行，而激波吹灰技術是解決這些難題的重要手段。因此，激波吹灰器已經(jīng)成為火力發(fā)電廠鍋爐安全、穩(wěn)定運行不可或缺的輔助設備。

天津發(fā)布實施火電廠大氣污染物排放地方標準

為進一步降低火電廠大氣污染物排放水平，天津市近日發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標準》（DB12/810-2018），并于2018年7月1日起正式實施，這也是天津市首次發(fā)布實施火電廠大氣污染物排放的地方標準。

經(jīng)測算，標準實施后，通過冷凝脫水深度治理，每年可減少煙氣中隨水蒸氣一同排放的可凝結顆粒物約1800噸，在一般氣象條件下，PM2.5年均濃度可降低約2微克/立方米；通過降低排煙溫度，每年可回收冷凝水約800萬噸，若全部用于脫硫補水，按工業(yè)用水7.9元/噸測算，每年預計可節(jié)約費用6320萬元。

根據(jù)標準規(guī)定，天津市現(xiàn)有燃煤發(fā)電鍋爐自2018年7月1日起執(zhí)行相應排放濃度限值，現(xiàn)有燃煤發(fā)電鍋爐及65t/h以上燃煤非發(fā)電鍋爐自2019年11月1日起執(zhí)行煙氣排放溫度控制要求；現(xiàn)有燃油鍋爐、燃氣鍋爐、燃氣輪機組及65t/h以上燃煤非發(fā)電鍋爐自2019年7月1日起執(zhí)行相應排放濃度限值。

天津市全部公共煤電機組、自備煤電機組累計共17家45臺，目前均已完成超低排放改造。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過超低排放改造，天津市煤電機組的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度可以穩(wěn)定達到10毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米以下。