聲波吹灰技術在電廠鍋爐中的應用

摘要：采用聲波吹灰技術對諫壁發電廠100MW機組410t/h鍋爐尾部受熱面的吹灰系統進行了改造，在省煤器及高、中溫段空氣預熱器部位安裝了48只由南京理工大學研制的SB-70插進式程控聲波吹灰器。試驗及產業應用結果表明，聲波吹灰器達到了清除灰塵的目的，有效降低了鍋爐的煙道阻力和排煙溫度，明顯進步了鍋爐熱效率。電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場測試儀| 電源供應器|

諫壁發電廠100MW機組5號410t/h鍋爐原采用固定旋轉式蒸汽吹灰器吹灰，由于存在機械卡澀、熱態進退困難、程控可靠性差、漏水漏汽、吹灰效果差等原因，造成運行中的鍋爐尾部受熱面積灰嚴重，不但增加了煙道阻力，嚴重時使鍋爐降低出力運行；同時由于熱交換性能變差，致使排煙溫度升高，鍋爐效率降低，嚴重危害鍋爐及熱交換器的安全經濟運行。而且每次鍋爐尾部受熱面清焦吹灰時，耗費大量人力和物力，鍋爐尾部受熱面的吹灰清焦成為影響鍋爐安全經濟運行的一個突出題目。
2000年10月，諫壁發電廠對5號鍋爐尾部受熱面的吹灰系統進行了技術改造，分別在省煤器及高、中溫段空氣預熱器部位安裝了48只SB-70插進式程控聲波吹灰器，以解決鍋爐尾部受熱面積灰結渣的題目〔1〕。
1　SB-70插進式程控聲波吹灰器
聲波吹灰的基本原理在于聲波對積灰的高加速度剝離作用和振動疲憊破碎作用。此外，聲波與煙氣流、換熱管之間的流體動力場關系，高聲強非線性的非凡效應等都將對清灰除焦起作用。與傳統的除灰方法相比，聲波吹灰的優點主要有：
(1)聲波輻射具有全向性，極高的返射性和快速傳播(聲速)，以及在氣體中傳播時衰減很小等特性。它能均勻布滿整個空間，進行全方位清灰，可以清除到其它方法不易清除的死角。達到煙道暢通，保持受熱面清潔，進步換熱效率的目的。
(2)聲波除灰法利用聲振動達到除灰的效果，聲波除灰方式本身又可以影響沉積物天生機理，防止和延緩沉積物形成，起到了預防結渣的作用，吹灰效果好。
(3)耗能量低，安裝投資用度回報期短。
(4)聲波吹灰不會使鍋爐部件產生熱應力。
1.1　SB-70插進式程控聲波吹灰系統的組成與技術指標
SB-70插進式程控聲波吹灰系統由氣源、聲波吹灰器、程控柜、電磁閥及連接管道組成。氣源提供產生聲能所需的機械能，聲波吹灰器將高壓氣源所攜帶的直流能量經調制變換為交變的聲波能量，程控柜用于控制調節聲波吹灰器的運行，電磁閥接受程控柜的指令，控制氣源的進進，即控制聲波吹灰器的開停。SB-70插進式程控聲波吹灰器的具體結構與安裝方式說明見參考文獻〔3〕。
SB-70插進式程控聲波吹灰器的技術指標如下：
氣源屬性：壓縮空氣或過熱蒸汽。
氣源壓力：壓縮空氣為0.1MPa以上；過熱蒸汽為0.3MPa以上。
氣源流量：壓縮空氣為0.6~1.0m3/min；過熱蒸汽為0.8~1.0m3/min。
工作頻率：600~800Hz。
聲強特性：140dB~150dB以上。
1.2　SB-70插進式程控聲波吹灰器的特點
SB-70插進式程控聲波吹灰器沒有電機、膜片等易損部件，不需更換部件。要求氣源壓力低，適用性高。
SB-70插進式程控聲波吹灰器采用插進式，直接布置在煙道內的受熱面旁，而不是布置在爐墻面上，爐墻不需開孔，不會破壞爐墻結構，克服了其它類型聲波吹灰器固定、減振、保溫困難及適用性差的弊端。插進式的布置方式還可以根據受熱面的大小及積灰情況布置多個吹灰器，確保受熱面都能接受到足夠強度的聲波，除灰效果更好。
SB-70插進式程控聲波吹灰器產生的聲波對鍋爐設備的作用主要通過聲振動，工作頻率在600~800Hz的SB-70聲波吹灰器，很難造成鍋爐共振，且正常運行時噪聲很小，不產生噪聲污染。
2　SB-70插進式程控聲波吹灰器在諫壁發電廠的應用
諫壁發電廠5號鍋爐尾部煙道有4個侖，自上而下依次布置高溫段空預器、省煤器、中溫段空預器及低溫段空預器，根據各受熱面積灰程度，選擇在省煤器及高、中溫段空氣預熱器部位安裝聲波吹灰器，另根據受熱面的大小，每個受熱面安裝4個聲波吹灰器，一個侖安裝12個聲波吹灰器，分三排布置，分別懸掛于高溫段空預器、省煤器及中溫段空預器上方，這樣，鍋爐尾部煙道內共安裝了48個聲波吹灰器。聲波吹灰器的安裝位置如圖1所示。

圖1聲波吹灰器的布點示意圖
為了保證聲波吹灰器有足夠的壓縮空氣量，以使吹灰器可以有效地進行工作。在吹灰系統工作時，先開啟一個支路的閥門進行吹灰，當此支路吹灰完畢后，再接著開啟另一個支路的閥門進行吹灰，直至所有支路全部吹灰完畢，則表明一個吹灰周期結束。
在鍋爐運行一年后，2001年10月廠方技術職員進進鍋爐尾部煙道，發現安裝了聲波吹灰器的省煤器及高、中溫段空氣預熱器基本無積灰。
通過對吹灰器投運前后排煙溫度等運行資料的分析，發現吹灰器投運后，鍋爐排煙溫度明顯降低，例如，加裝聲波吹灰器前，鍋爐負荷為70MW時，排煙溫度為132℃，而加裝聲波吹灰器后，相同進風溫度條件下，鍋爐負荷為80MW時，排煙溫度為130℃。假如在相同負荷下比較，則加裝聲波吹灰器前后，鍋爐排煙溫度降低的幅度非常大。
為了檢驗投運聲波吹灰器對降低排煙溫度的效果，進行了啟停空預器部位聲波吹灰器，鍋爐變化的試驗研究，丈量結果見圖2。

試驗結果表明，停運空預器聲波吹灰器后，鍋爐排煙溫度開始升高，前3天排煙溫度上升速度較慢，大約經過4天的時間后，排煙溫度快速上升。其原因是由于開始幾天是空預器逐漸積灰的過程，到一定時間，空預器積灰嚴重，影響了空預器的換熱過程，所以排煙溫度快速上升。試驗說明聲波吹灰器對于空預器除灰有明顯效果。恢復空預器聲波吹灰器運行后，大約經過相同的時間，鍋爐排煙溫度又降低到原來的水平，從開始的150℃降低到126℃，表明聲波吹灰器將前幾天空預器沉積的灰塵清除了，聲波吹灰器除灰效果明顯。以上試驗在相同工況下進行。
SB-70聲波吹灰器在諫壁發電廠的產業應用表明其有著很好的吹灰效果，有效降低了鍋爐排煙溫度及煙道阻力，大大進步了鍋爐效率，經濟效益十分明顯。