李凌阳 曹定强 匡真平

 

[摘要] 介绍了加装声波清灰器的可行性，第四代声波清灰技术（DSK系列）的主要技术特点，与传统蒸汽吹灰相比、该类型声波清灰器的主要技术优势。声波清灰器在广深沙角B电厂锅炉上的应用实践，证实了其具有除灰效果优异、运行安全可靠、防止锅炉尾部受热面吹损及节能降耗等特性，是替代传统蒸汽吹灰技术的有效途经。

 

[关键词] 声波清灰 锅炉 尾部受热面 防吹损 应用
 

广深沙角B电力有限公司沙角B电厂装机为2×350MW燃煤机组，锅炉是日本IHI（石川岛播磨重工株式会社）公司引进美国福斯特威勒公司的许可证生产的单汽包亚临界自然循环、一次中间再热   锅炉，采用正压直吹制粉系统、前后墙对冲燃烧方式，最大连续蒸发量（MCR）为1070t/h、配350MW发电机组，锅炉型号IHI-FW SR型。表1为锅炉主要设计参数。

表1  锅炉额定工况主要设计参数

 

广深沙角B电厂锅炉配备德国克莱得蒸汽吹灰器系统，共配置48台长、短吹灰器。其中：短吹灰器20台用于炉膛区域，长吹灰器28台用于水平烟道和竖井烟道、采用两侧墙布置；后竖井烟道为再热器布置区域（又称为尾部受热面），配置长吹灰器10台，其中8台（23^#~26^#L/R）吹灰器用于再热器水平管圈吹灰，

                               

为防止长期不吹灰带来的隐患，电厂运行部相关运行规程中特别规定，再热器区域两周必须吹一次灰。为了控制受热面壁温、降低排烟温度，这些年再热器区域平均每三天就进行了一次全面吹灰。由于吹灰频率的明显增加，吹灰蒸汽及吹灰器备品备件的消耗明显增大，同时再热器受热面管因吹灰蒸汽吹损减薄的现象也十分严重。在2007年二号机组C级检修时证实，在两次四级检修间隔共13个月的运行中，再热器受热面管管壁厚度平均减薄量为0.3~0.4mm。我厂就曾多次发生过受热面管吹损减薄爆管而非计划停炉抢修事件。

 

鉴于蒸汽吹灰技术在我厂应用所存在的诸多弊端,寻找一种行之有效、安全可靠、节能降耗的新吹灰技术势在必行。

 

为此，经过全面调研后认为，声波清灰技术在锅炉烟气温度1000℃以下的尾部受热面区域完全可以替代传统的蒸汽吹灰。目前国内声波清灰器生产厂家及类别众多，选择厂家及产品非常重要，经多次对声波使用单位进行调研、考察,最终决定采用北京钟高琦声学技术研究所和江苏声学技术节能有限公司最新推出的、具有自主产权的第四代声波清灰器（DSK系列）应用于我厂锅炉尾部受热面再热器布置区域，替代原蒸汽吹灰器。

 

1. 加装声波清灰器的必要性

 

1.1部受热面区域再热器因吹灰蒸汽吹损十分严重

 

自1997年2月24日二号锅炉再热器因24^#吹灰器吹损，发生第一次吹损爆管以来，到目前为止我厂两台锅炉再热器因吹灰蒸汽吹损共发生爆管4次，损失电量合计50096MWH。

1997年二号锅炉再热器发生吹灰蒸汽吹损爆管以来，我厂将再热器区23^#~26^#蒸汽吹灰器吹扫区域列入了四级检修的重点检查项目，1997年以后的每一次四级检修中均耗费大量人力物力对以上区域进行重点检查，并发现大量吹损减薄管，1998年两台锅炉再热器重点检查区域已完成第一次较全面的普查及减薄管更换。

为防止再热器管被过度吹损，1998年我厂曾对吹灰器蒸汽压力进行了调整，将其适当调低，这对减轻管壁吹损减薄效果比较明显；但由于吹灰器蒸汽压力在长期运行中易发生偏移，所以仅通过调整吹灰器蒸汽压力难以做到有效防止受热面管壁吹损。另外，对最直接被吹扫的管段加装了防磨瓦，因施工条件的限制，第三、第四层以及部分第二层管圈无法加装防磨瓦；由于吹灰蒸汽射流角度的原因，防磨瓦也不能完全遮盖被保护管而不被蒸汽吹扫；同时，过多使用防磨瓦会使排烟温度升高。在2005年底、2006年底二号机组、一号机组B级检修中，再热器蒸汽吹灰器吹扫区域又发现大量吹损减薄管，而不得不进行大量减薄严重管段的更换。2007年二号机组C级检修时，再热器吹灰吹扫区域又再发现大量吹损减薄管段，测得管壁减薄至3.0mm的管超过150根， 测得最低壁厚仅1.8mm。因管壁严重减薄，本次C级检修再热器蒸汽吹灰器吹扫区域共换管96根。由于减薄管多集中在第二、第三层，甚至第四层管圈，因施工条件限制，往往需将第一、第二层管圈割开来满足换管，造成本次C级检修再热器换管96根，但产生了375个焊口。

因吹灰吹损减薄严重，1997年以来两台锅炉再热器的蒸汽吹灰器吹扫区域因吹损减薄更换的管超过300根。

我厂锅炉再热器区域因蒸汽吹灰吹损管严重的一个主要原因，是管圈和蒸汽吹灰器管轴线中心距太小，通常在478.5mm~494.5mm之间。吹灰器轴线正对的管段极易被吹损。

 

1.2吹损发生的必然性

 

自从发现锅炉再热器吹灰吹扫区域管圈吹损减薄现象后，每次四级检修，锅炉的再热器吹灰吹扫区域都是重点检查对象。必须说明的是，这种检查是能最大限度地减少在当前条件下再热器吹损爆管的可能，但难以从根本上消除再热器吹损可能导致的爆管事件，主要原因如下：a.检查区域空间上下不到1m，工作条件恶劣；吹损减薄严重管多发生在第二、第三层甚至第四层管圈，而管排节距较小，很多位置工具无法伸入而无法检测，这势必造成漏检。b.吹灰蒸汽压力偏移，当吹灰蒸汽压力偏移升高后会加速吹损，由于这种偏移是缓慢发生的，小范围的偏移可能难以引起注意，而事实上吹损一直在随吹灰蒸汽压力升高在逐步加重、加速中。c.吹灰器故障，吹灰器发生故障时可能长时间停留在一个位置吹扫，易引发严重减薄爆管。

可以说，重点检查吹扫区域的方法是一种被动的‘防’，是‘堵’的方法；只有从根本上解决问题，改进吹灰技术，才是一种主动的‘攻’，才是‘断’的方法。

 

2. 加装声波吹灰的可行性

 

2.1 使用温度

 

声波吹灰器材料选用特种钢材，可耐1050℃高温，在850℃可长期正常使用。广深B电厂锅炉布置再热器的竖井烟道的设计最高烟气温度分别为：23^#吹灰器区域818℃，24^#、25^#、26^#吹灰器区域为563℃、468℃、397℃，假设实际烟温偏高设计值40℃，竖井烟道最高烟气温度仍在声波吹灰器正常工作温度范围内。

广深B电厂锅炉设计及使用煤种的最低灰变形温度高于1000℃，在再热器布置的竖井烟道区域飞灰已无粘性，声波吹灰器对于此种松散状灰具有良好的作用效果。

 

2.2吹灰效果

 

在再热器布置的竖井烟道区域，由于烟气温度较低，飞灰已冷却成松散颗粒，飞灰堆积不明显，声波吹灰预计能达到良好的效果。

运行人员习惯将蒸汽吹灰作为降低排烟温度的一种辅助手段，为试验23^#～26^#蒸汽吹灰器吹灰对排烟温度的影响，2007年4月进行了相关试验。一号机在210MW和325MW下，锅炉23^#~26^#蒸汽吹灰器进行全面吹灰，观察吹灰前后烟气温度变化。在210MW下，吹灰前后烟气温度分别为343℃/344℃，烟气温度基本无变化；在325MW下，吹灰前后烟气温度分别为401℃/395℃，吹灰后烟气温度降低6℃，吹灰后30min内，烟气温度回升至400℃。可见23^#~26^#蒸汽吹灰器吹灰对烟气温度变化并无明显影响。两次吹灰试验观察吹灰前后管壁金属温度也基本无变化。

蒸汽吹灰能保持再热器区域的清洁，但并不是降低排烟温度、控制管壁金属温度的有效手段。根据声波吹灰的机理，声波吹灰也应能较好地保持再热器区域的清洁，但不会对排烟温度、管壁金属温度带来不利的影响。从这一点来说，声波吹灰与蒸汽吹灰是相通的。

 

2.3声波吹灰对电厂杂用空气系统的影响

 

声波吹灰器对动力气源的质量要求不高，允许含油、含水，但限制固体杂物，空气压力0.4~0.6MPa（超过上限有益无害），单支吹灰器流量为每1.2~2.4Nm³/min。

我厂服务压缩空气系统配三台空压机，铭牌容量为19.5m³/min，运行压力0.7 MPa，空压机出口配两个储气罐，每个容积6.2m³，一个储气罐供一台机组。以单支声波吹灰器耗气2.4Nm³/min计，换算到0.6 MPa正常运行状态下约为0.34m³/min，仅占储气罐容积的5.5%。而空压机排出量达19.5m³/min，排量是单支声波吹灰器耗气量的8倍，所以声波吹灰消耗的压缩空气量是可以及时得到补充。由于储气罐的缓冲以及空压机的连续的压缩空气产生，压缩空气总管压力可得到较好的保证，不会影响生产，压缩空气系统不需要改造。

 

3．第四代(DSK系列)声波清灰技术

 

3.1声波清灰机理

 

声波清灰的原理是将一定强度和能量的声波送入运行中的锅炉炉内各种可能积灰结渣的空间区域，通过声能量的作用使这些区域中的空气分子与粉尘颗粒产生振荡，并破坏或阻止粉尘粒子在受热面管子表面沉积，使之始终处于悬浮流化状态，被烟气带走。对于受热面上原已结成片(块)状灰渣和硬灰垢，将在声波的作用下，尤其是在极高的加速度的外力策动下，从受热面断裂、剥离,落入灰斗或被烟气带出烟道。

简而言之，声波清灰的基本原理在于声波对积灰结渣产生振荡悬浮流化作用、高加速度剥离作用和振动疲劳破碎作用。

 

3.2第四代(DSK系列)声波清灰器的主要技术特性

 

第四代声波清灰器，全称为高效能大功率宽频带免维护声波清灰器。该清灰器作为声波清灰技术应用的实用设备，它在逐渐取代汽（气）力、冲击、振打等传统清灰设备的同时，也在不断地进步、发展和完善。产生声波的方法有多种多样，声波经过传播达到受热面，只要作用在受热面上的声波具有足够的能量就能清掉积灰，并不直接取决于声波的频率等特性。然而声波的传播状况，能否在受热面达到足够的能量就与声波的频率特性、烟气的特性、烟道和受热面的结构及声波清灰装器的布置等相关了。因此不是所有产生声波的方法都能成为优良的声波清灰器设备，主要取决于它的实用性。

 

（1）   关键技术

 

优化声波吹灰技术中，声波的频谱、声功率、声波空间分布和传播等，为关键技术。能量特性方面具有150分贝以上的特大声功率型，频谱特性方面形成了特宽频带双主峰型。声波清灰器在高温环境下的腐蚀和磨损问题也已通过特殊钢材的使用较好地得到了的解决，如何减少声波清灰的动力气流所引起的环保的负面影响也得到了较好的改善。

 

（2）   主要技术特性

 

在功能效果方面：声波清灰器所发出的声波是一种交变的、快速的、急剧的、反复的作用力。声波又是可传播的，声波清灰的范围能够扩及到数米以外，包括管道背后及狭缝、边旁角落。从声波能量的功能显然可见，它必然有很多本质俱来的功能效果优越性。

在安全可靠方面：安全可靠性对于电力企业至关重要。由于蒸汽吹灰器易吹损受热面而导致爆管停炉是长久没有解决的问题。但是，声波清灰器则不然。因为声波清灰器已经将动力气体的动量和冲量转换为幅射声波的波动能量，所以不存在对受热面管壁的冲刷磨损。此外，由于声波清灰器所采用的声波频率范围，避开了锅炉本体设备和受热面管排的本征频率，因此，不会引发锅炉本体设备和受热面管排的振动(共振)，仅对灰垢作用强烈而无损锅炉本体。可以说，该类声波清灰器是属于本质安全型的设备，从根本上解决了因吹灰而爆管的隐患。

在检修维护方面：没有需要调整的机构，也没有运动或不稳定的结构，完全是静态设备，不存在发生运动机械故障的可能性。声波清灰器的材料都是耐高温、耐腐蚀、耐磨损的优质材料，只要安装时按规程将管线吹扫干净，将气源中的固体杂物予以过滤，声波清灰器的运行就是长期可靠的，通称为免维护型设备。

在运行管理方面：声波清灰器运行时完全由PLC控制，按时序图逐台依次投退，周而复始，不需要运行人员进行任何日常操作。只是在长时间停炉后再重新启动锅炉时，须要进行检查，将管线吹扫干净，清洗过滤器。

 

（3）   与传统蒸汽吹灰技术相比，声波清灰技术的主要优势

 

A．在声波有效范围内彻底除灰。该类型声波清灰器的作用范围取决于其发声功率和强度，由于声波具有反射、衍射、绕射的特性,无论受热面管排如何布置,只要在声波有效作用范围内,声波总可以清除管排间及管排背后的积灰,除灰彻底,这是蒸汽吹灰器不能实现的。

B．短间隔巡回投用,连续保持受热面清洁。一般单台声波清灰器1次工作时间为15~30s,停运30~120min,如此循环反复,可连续保持受热面清洁，有效保持甚至提高锅炉热效率、降低排烟温度。而蒸汽吹灰，即便是三天吹一次灰，也间隔了72小时。

C．无受热面机械损伤。声波依托高温烟气为介质来传播,使烟气中的灰粒在声波能量作用下发生质点位移,从而使灰粒难于附着在管壁上,达到除灰的目的。这不同于蒸汽吹灰的直接冲刷,不存在对受热面管壁的机械损伤。

D．声波清灰装置体积小巧,结构紧凑,安装方便,操作便利,设备简单,无复杂的伸缩、旋转机构；因此，它故障率极低，基本属于免维修。

E．无潮湿介质进入炉内,不会加剧低温受热面腐蚀及空气预热器堵灰。

F．发声介质为压缩空气,节约了蒸汽资源,运行成本低。

G．不受锅炉启、停限制,启炉即可投入运行,停炉后仍可继续运行。

 

4. DSK系列声波清灰器的应用

 

为了彻底解决我厂多年来锅炉尾部受热面区域因吹灰蒸汽吹损减薄受热面管的生产难题，经过充分调研、考察、论证，我厂决定在吹损减薄最严重的再热器区域加装声波清灰器进行试用。并于2006年底一号机组B级检修期间，在锅炉再热器区域加装了14台由江苏声学技术节能有限公司提供的DSK-5型声波清灰器，B级检修后声波清灰器即投入了使用。

 

 

 

4.1 DSK-5型声波清灰器结构与技术参数

 

结构如图所示：

 

主要构成由声波发生器、声波发生器罩、隔音装置、电磁阀、空气过滤器、气源管路等组成. 可采用壁挂式安装或内置式安装。

声波清灰器安装流程示意图：

 

第四代声波清灰器声学技术参数如下：

DSK-5型声波清灰装置声学技术参数：发声频率30~2100Hz；声源辐射功率大于3150声瓦；炉内声压级大于153dB；炉外声压级小于等于85dB；声波方向性为前方椭球形；有效空间为前小后大的半个椭球形体；在炉墙附近的球体径向直径4-6m；前方轴向长度为8-12米；动力介质为压缩空气；耗气量1.2~2.4m³/min；供气压力0.4~0.8Mpa；耐温极限1100~1200℃。

 

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