早在1912年國外便有人提出利用聲波清除受熱面積灰的理論，直到70年代，該項技術(shù)的試驗研究工作才得到發(fā)展。80年代中期到90年代我國研制開發(fā)了適用于電廠的聲波吹灰器。1997年3月九江電廠在1號爐上成功應(yīng)用了由河北國網(wǎng)江山電力設(shè)備有限公司研制生產(chǎn)的低頻聲波清灰除焦技術(shù)系統(tǒng)，隨后又分別于1998年2月及1998年11月在2、3號爐上安裝了該系統(tǒng)。本文對聲波吹灰器在九江電廠的應(yīng)用情況做一介紹。
鍋爐的爐內(nèi)燃燒過程是一個極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程，燃煤特性、受熱面的結(jié)構(gòu)、溫度水平及空氣動力場工況等因素，都影響著受熱面的沾污結(jié)渣程度。特別是對易沾污結(jié)渣煤種，僅依*鍋爐本體設(shè)計和運行調(diào)整解決沾污積灰結(jié)渣是不夠的。據(jù)測試，積灰結(jié)焦層的導(dǎo)熱系數(shù)只有金屬管壁的1／400－1／1000。灰焦的存在將極大地影響鍋爐受熱面的熱量傳遞，導(dǎo)致排煙溫度升高、鍋爐效率下降，嚴重時還將影響鍋爐的正常運行。因此，作為火力發(fā)電廠鍋爐不可缺少的重要輔助設(shè)備，吹灰器的正常投運與否將直接影響到鍋爐運行的安全性與經(jīng)濟性。我國電站燃煤鍋爐大多沿用傳統(tǒng)的蒸汽、鋼珠以及水力清灰等方法，由于其設(shè)計原理及實現(xiàn)方式上的不足，使得傳統(tǒng)吹灰器投入率很低，且除灰效果均不理想。
1 設(shè)備概況
九江電廠共有2臺400t／h爐，2臺670t／h爐，總裝機容量650 MW。1、2號爐系上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG－400／13．7－M410型煤粉爐，設(shè)計燃用煙煤。原在鍋爐爐膛出口水平煙道的對流過熱器處兩側(cè)對稱安裝2臺cc－I長伸縮蒸汽吹灰器，在爐本體左、右墻和前墻分別安裝12臺Rc－III型短伸縮旋轉(zhuǎn)吹灰器。3、4號爐為DG670／13．7－8型煤粉爐。該爐原在燃燒器區(qū)域及上部共布置了36只短伸縮式蒸汽吹灰器，在折焰角上部布置8只長伸縮式蒸汽吹灰器，在尾部豎井布置了8只固定旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰器。
近幾年來，由于煤質(zhì)的變化，運行煤種與設(shè)計煤種不符，造成運行中的鍋爐受熱面經(jīng)常發(fā)生不同程度的結(jié)焦現(xiàn)象。其中對流過熱器處結(jié)焦尤為嚴重，形成管排與管排橫向節(jié)矩堵焦，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。由于對流過熱器管壁長期結(jié)焦，外壁氧化皮較厚，管子球化程度升級，機械強度下降，致使在運行中造成過熱器超溫而發(fā)生爆管泄漏，影響了鍋爐的安全經(jīng)濟運行。同時每次鍋爐清焦時，要耗費大量人力和物力，且有時不易清掃干凈，而原蒸汽吹灰器系統(tǒng)由于存在操作復(fù)雜、設(shè)備故障多、維修量大等缺點，長期以來無法正常投入使用。為了解決和防止鍋爐受熱面在運行中結(jié)焦積灰問題，提高鍋爐運行的安全性、經(jīng)濟性，在大量調(diào)研收資的基礎(chǔ)上，我廠選用了低頻聲波（蒸汽型）吹灰器。根據(jù)爐內(nèi)結(jié)焦積灰情況于1997年3月，1998年2月和1998年11月分別在1、2、3號爐上安裝了6臺、8臺和12臺低頻聲波吹灰器，經(jīng)過長期連續(xù)運行，均取得了良好的清灰除焦效果，為鍋爐的安全、經(jīng)濟運行提供了可靠的保證。
2 聲波吹灰技術(shù)系統(tǒng)簡介
2．1 聲波吹灰機理及實現(xiàn)
鍋爐運行過程中，由于灰粒子的表面引力、粒子之間及粒子與爐內(nèi)管壁之間的粘結(jié)力、分子附著力、靜電引力以及化學(xué)親合力等多方面的作用，在爐膛及煙道各部位的換熱面上就會逐漸形成積灰結(jié)焦。煙氣中的灰粒是一種寬篩分組成，但大部分都＜220μm，其中多數(shù)為10－30μm的微粒。當(dāng)煙氣橫向沖刷受熱面時，管子的背風(fēng)面產(chǎn)生旋渦，將許多小塵粒吸附進去，灰粒依*分子和靜電引力吸附在管壁上，灰粒越小其單位重量的表面積就越大，因而相對分子和靜電引力就越大。小于3－5μm的灰粒與管壁接觸時，其分子引力大于本身重量，從而使其吸附在管壁上；另外煙氣中的灰粒可以被感應(yīng)而帶有靜電荷，當(dāng)帶電的灰粒與管壁接觸時，靜電引力大于灰粒自身重力的顆粒便會吸附在管壁上。一般情況＜10μm帶電灰粒都會被吸附住，有時＜20－30μm的帶電灰粒也能吸附灰管壁上。但大的灰粒不但不會吸附在管壁上，而且還有可能會沖擊管壁，使積灰減輕，聲波吹灰正是利用這一原理進行除灰的。
在聲場中，細小塵粒可以凝并成大顆粒已被證實。聲波引起的振動，致使不同大小（或不同密度）的塵粒被帶動的程度不同，從而產(chǎn)生不同的移動速度。小塵粒由于質(zhì)量小將參與大幅度的聲波振動，并與難以振動的大塵粒相碰撞，在靜電作用下凝并。凝并增大了粉塵粒徑，從而達到減輕和清除積灰的目的。
另外，聲波作為一種以能量形式存在的機械波，還可以使積灰表面產(chǎn)生附加振動而進行除灰。邊界層的音數(shù)由近爐墻區(qū)的壓力場和磨擦力的相互作用所決定，邊界層的間斷伴隨著煙氣的逆向流動，煙氣的聲振蕩周期性可改變邊界層中壓力縱向梯度，這種不穩(wěn)定的流動工況使微粒難以在管壁上沉積，并能破壞已形成的粘著層。簡而言之，聲波清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勞破碎作用。此外，聲波與煙氣流，換熱管之間的流體動力場關(guān)系，高聲強非線性的特殊效應(yīng)等都將對清灰除焦起作用。
在聲波吹灰系統(tǒng)中，由聲能轉(zhuǎn)化機構(gòu)（聲波發(fā)生器）將蒸汽或壓縮空氣攜帶的能量轉(zhuǎn)化為高聲強聲波，通過聲波的作用力使灰粒子和空氣分子產(chǎn)生振蕩，破壞和阻止灰粒子在熱交換表面結(jié)合，使之處于懸浮流化狀態(tài)，以便煙氣或重力將其帶走。在聲波的高能量作用下，粉塵不能在熱交換表面積聚，可有效阻止焦渣的生長。由于高聲強聲波的聲疲勞效應(yīng)，對已結(jié)成的焦塊在鍋爐運行過程中，也能使其斷為小塊自行脫落。
2．2 聲波吹灰系統(tǒng)的組成
聲波吹灰系統(tǒng)由汽源、聲波發(fā)生器、耦合共振管、程控柜四部分組成。汽源提供產(chǎn)生聲能所需的機械能，程控用于改變聲波頻率和各臺聲波發(fā)生器的程序動作等參數(shù)，而聲波發(fā)生器是將氣流的機械能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷埽ㄟ^耦合共振管送入清灰空間。
CHZ系列（JSF系列）聲波吹灰器技術(shù)參數(shù)如下：
型號：CHZ－135D型
汽源屬性：過熱蒸汽
蒸汽吹掃壓力：0.4－0.6MPa
蒸汽溫度：≤350℃
蒸汽流量：1．5－3 m3／min
聲壓級：＞145 dB
工作頻率：20－80 Hz（可調(diào)）
變頻頻率分辨率：0．01－1 Hz
變頻頻率控制范圍：0．2－400 Hz
變頻輸出頻率穩(wěn)定性：鍵盤設(shè)定：±0．01％
有效作用范圍：6－10 m（無死角）
電機功率：0．55 k W
3 聲波吹灰器安裝情況簡介
我廠1、2、3號爐均安裝了聲波吹灰器，在此僅對1號爐的改造安裝情況做一介紹。
該爐共計安裝了6臺聲波發(fā)生器，按煙氣流程，分為三組，每組工作5分鐘，一個吹灰循環(huán)為15分鐘。
吹灰器安裝位置如下：
第一組：對流過熱器部位標(biāo)高24900mm處，左右墻各裝1臺，編號為1、2號，利用人孔門位置對稱安裝，聲波導(dǎo)管的前端大徑與鍋爐連接孔位為φ300mm，導(dǎo)管設(shè)計為直型錐狀；
第二組：兩級再熱器之間標(biāo)高29200mm處，左右墻對角布置，編號為3、4號，利用人孔門位置安裝，聲波導(dǎo)管的前端大徑與鍋爐連接孔位為φ300mm，導(dǎo)管設(shè)計為彎型錐狀；
第三組：兩級省煤器之間標(biāo)高23600mm處，左右墻對角布置，編號為5、6號，利用人孔門位置安裝，聲波導(dǎo)管的前端大徑與鍋爐連接孔位為φ300mm，導(dǎo)管設(shè)計為彎型錐狀；
4 聲波吹灰器的使用情況
九江電廠1號爐聲波吹灰器的使用已超過兩年，3號爐吹灰器的使用也已近一年，通過幾年來的運行實踐，從現(xiàn)場吹灰效果及運行數(shù)據(jù)分析，我廠聲波吹灰器已達到預(yù)期的使用效果，設(shè)備穩(wěn)定性也達到了技術(shù)要求。吹灰系統(tǒng)均未因自身原因造成非計劃停運。其使用效果可以從以下幾方面分析：
4．1 低頻聲波吹灰器投入連續(xù)自動運行后，利用備用停爐時間，多次對吹灰受熱面進行不定期檢查，均發(fā)現(xiàn)安裝了低頻聲波吹灰器的區(qū)域其管壁比安裝前的干凈、清潔，無掛焦積灰現(xiàn)象，取得了良好的效果。
4．2 因在過熱器部位加裝了聲波吹灰器，消除了嚴重影響鍋爐運行的過熱器超溫現(xiàn)象，折焰角積問題也得到遏制，為我廠鍋爐（特別是1號爐）的安全運行提供了可靠保證。系統(tǒng)投運以來，未發(fā)生因?qū)α鬟^熱器結(jié)焦引起的超溫爆管泄漏現(xiàn)象。
4．3 通過對吹灰器投運前后的排煙溫度等運行資料的分析，發(fā)現(xiàn)吹灰器投運后，排煙溫度可降低5℃以上，如果考慮大修后受熱面較干凈以及其它外界因素影響，排煙溫度降低幅度將更大。
5 結(jié)論及建議
5．1 結(jié)論
低頻聲波吹灰器在我廠的運行，起到了良好的吹灰效果和節(jié)能效果，受到了運行人員的好評，其特點如下：
a 投資少。與我廠調(diào)研的國內(nèi)外其它品牌聲波吹灰器產(chǎn)品相比較，整體安裝費用最低，特別是采用的“蒸汽型”低頻聲波吹灰器節(jié)約了空壓機設(shè)備，一次性投資成本更低，且避免了空壓維護費用。
b 清灰效果好。該系列吹灰器采用低頻聲段，聲波有效作用范圍大，不留死角，且系統(tǒng)可根據(jù)不同煤種、不同除灰部位、不同工況有機地調(diào)整最佳工作點。
聲波除灰裝置不僅能清除受熱面的積灰，而且由于聲波對粉塵粒的凝并作用，可提高鍋爐的除塵效率，降低粉塵排放以減少大氣污染，其節(jié)能效果顯著。根據(jù)不同爐型及工況，一般3－6個月就可收回全部投資。
c 安裝簡單。該系統(tǒng)體積小、設(shè)計精密，由于采用爐外安裝，故不占用換熱空間且對于安裝部位的選擇沒有局限性，可安裝在110－2000℃的工作溫區(qū)。同時可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，方便地使用蒸汽或壓縮空氣作汽源。
d 操作方便。由程控裝置，由電腦實現(xiàn)全自動工作。
e 維護量小。聲波發(fā)生器主機采用自平衡自潤滑設(shè)計。
f 對設(shè)備和人體無害。所使用的聲波頻率遠離鍋爐爐體各部分結(jié)構(gòu)固有振動頻率，因此聲波激勵而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動很小，而且絕大部分的聲能量都被結(jié)構(gòu)的爐壁隔絕在爐內(nèi)。聲波除灰器正常運行時產(chǎn)生的噪聲均小于國際安全與健康機構(gòu)（OSHA）規(guī)定的允許值（我廠技術(shù)人員在聲波吹灰器投運時所測噪音均低于90dB），且為間歇運行，安裝位置均很少有人，故不會對外部環(huán)境造成噪聲污染，也不會傷害人體。
5．2 建議
a 聲波吹灰器應(yīng)在受熱面未被灰污時就開始使用，效果會更顯著。聲波吹灰器不能單單理解為除灰工具，而應(yīng)作為鍋爐運行的重要輔助設(shè)備與鍋爐同步運行。?
b 聲波吹灰系統(tǒng)輔助設(shè)備的選擇也很重要。用戶或生產(chǎn)廠家要嚴把質(zhì)量關(guān)。如電動門、減壓閥、疏水閥等，如選用不當(dāng)或使用不合理，不但影響清灰效果，而且會對吹灰系統(tǒng)的主設(shè)備造成損害。
c 在鍋爐吹灰器改造過程中，由于現(xiàn)場條件所限，我廠吹灰器的安裝位置，有些并不是最佳工作部位，因此建議生產(chǎn)廠家如配合鍋爐廠在新裝鍋爐上直接設(shè)計，則該系統(tǒng)的效果將會更理想。
