早在1912年國(guó)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(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)研究工作才得到發(fā)展。80年代中期到90年代我國(guó)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(hào)爐上成功應(yīng)用了由河北國(guó)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(hào)爐上安裝了該系統(tǒng)。本文對(duì)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(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，燃煤特性、受熱面的結(jié)構(gòu)、溫度水平及空氣動(dòng)力場(chǎng)工況等因素，都影響著受熱面的沾污結(jié)渣程度。特別是對(duì)易沾污結(jié)渣煤種，僅依*鍋爐本體設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整解決沾污積灰結(jié)渣是不夠的。據(jù)測(cè)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(yán)重時(shí)還將影響鍋爐的正常運(yùn)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(yùn)與否將直接影響到鍋爐運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。我國(guó)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(jì)原理及實(shí)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(tái)400t／h爐，2臺(tái)670t／h爐，總裝機(jī)容量650 MW。1、2號(hào)爐系上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG－400／13．7－M410型煤粉爐，設(shè)計(jì)燃用煙煤。原在鍋爐爐膛出口水平煙道的對(duì)流過(guò)熱器處兩側(cè)對(duì)稱安裝2臺(tái)cc－I長(zhǎng)伸縮蒸汽吹灰器，在爐本體左、右墻和前墻分別安裝12臺(tái)Rc－III型短伸縮旋轉(zhuǎn)吹灰器。3、4號(hào)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(zhǎng)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(lái)，由于煤質(zhì)的變化，運(yùn)行煤種與設(shè)計(jì)煤種不符，造成運(yùn)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(duì)流過(guò)熱器處結(jié)焦尤為嚴(yán)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(yán)重時(shí)使鍋爐降低出力運(yùn)行；同時(shí)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(duì)流過(guò)熱器管壁長(zhǎng)期結(jié)焦，外壁氧化皮較厚，管子球化程度升級(jí)，機(jī)械強(qiáng)度下降，致使在運(yùn)行中造成過(guò)熱器超溫而發(fā)生爆管泄漏，影響了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時(shí)每次鍋爐清焦時(shí)，要耗費(fèi)大量人力和物力，且有時(shí)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(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法正常投入使用。為了解決和防止鍋爐受熱面在運(yùn)行中結(jié)焦積灰問(wèn)題，提高鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)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(hào)爐上安裝了6臺(tái)、8臺(tái)和12臺(tái)低頻聲波吹灰器，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，均取得了良好的清灰除焦效果，為鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的保證。
2 聲波吹灰技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
2．1 聲波吹灰機(jī)理及實(shí)現(xiàn)
鍋爐運(yùn)行過(guò)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(huì)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(shí)，管子的背風(fēng)面產(chǎn)生旋渦，將許多小塵粒吸附進(jìn)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(duì)分子和靜電引力就越大。小于3－5μm的灰粒與管壁接觸時(shí)，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�？梢员桓袘�(yīng)而帶有靜電荷，當(dāng)帶電的灰粒與管壁接觸時(shí)，靜電引力大于灰粒自身重力的顆粒便會(huì)吸附在管壁上。一般情況＜10μm帶電灰粒都會(huì)被吸附住，有時(shí)＜20－30μm的帶電灰粒也能吸附灰管壁上。但大的灰粒不但不會(huì)吸附在管壁上，而且還有可能會(huì)沖擊管壁，使積灰減輕，聲波吹灰正是利用這一原理進(jìn)行除灰的。
在聲場(chǎng)中，細(xì)小塵�？梢阅⒊纱箢w粒已被證實(shí)。聲波引起的振動(dòng)，致使不同大�。ɑ虿煌芏龋┑膲m粒被帶動(dòng)的程度不同，從而產(chǎn)生不同的移動(dòng)速度。小塵粒由于質(zhì)量小將參與大幅度的聲波振動(dòng)，并與難以振動(dòng)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(dá)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(jī)械波，還可以使積灰表面產(chǎn)生附加振動(dòng)而進(jìn)行除灰。邊界層的音數(shù)由近爐墻區(qū)的壓力場(chǎng)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(dòng)，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(dòng)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(jiǎn)而言之，聲波清灰的基本原理在于聲波對(duì)積灰的高加速度剝離作用和振動(dòng)疲勞破碎作用。此外，聲波與煙氣流，換熱管之間的流體動(dòng)力場(chǎng)關(guān)系，高聲強(qiáng)非線性的特殊效應(yīng)等都將對(duì)清灰除焦起作用。
在聲波吹灰系統(tǒng)中，由聲能轉(zhuǎn)化機(jī)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(qiáng)聲波，通過(guò)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(zhǎng)。由于高聲強(qiáng)聲波的聲疲勞效應(yīng)，對(duì)已結(jié)成的焦塊在鍋爐運(yùn)行過(guò)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(jī)械能，程控用于改變聲波頻率和各臺(tái)聲波發(fā)生器的程序動(dòng)作等參數(shù)，而聲波發(fā)生器是將氣流的機(jī)械能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷�，通過(guò)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(hào)：CHZ－135D型
汽源屬性：過(guò)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(jí)：＞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(wú)死角）
電機(jī)功率：0．55 k W
3 聲波吹灰器安裝情況簡(jiǎn)介
我廠1、2、3號(hào)爐均安裝了聲波吹灰器，在此僅對(duì)1號(hào)爐的改造安裝情況做一介紹。
該爐共計(jì)安裝了6臺(tái)聲波發(fā)生器，按煙氣流程，分為三組，每組工作5分鐘，一個(gè)吹灰循環(huán)為15分鐘。
吹灰器安裝位置如下：
第一組：對(duì)流過(guò)熱器部位標(biāo)高24900mm處，左右墻各裝1臺(tái)，編號(hào)為1、2號(hào)，利用人孔門位置對(duì)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(jì)為直型錐狀；
第二組：兩級(jí)再熱器之間標(biāo)高29200mm處，左右墻對(duì)角布置，編號(hào)為3、4號(hào)，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(jì)為彎型錐狀；
第三組：兩級(jí)省煤器之間標(biāo)高23600mm處，左右墻對(duì)角布置，編號(hào)為5、6號(hào)，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(jì)為彎型錐狀；
4 聲波吹灰器的使用情況
九江電廠1號(hào)爐聲波吹灰器的使用已超過(guò)兩年，3號(hào)爐吹灰器的使用也已近一年，通過(guò)幾年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐，從現(xiàn)場(chǎng)吹灰效果及運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，我廠聲波吹灰器已達(dá)到預(yù)期的使用效果，設(shè)備穩(wěn)定性也達(dá)到了技術(shù)要求。吹灰系統(tǒng)均未因自身原因造成非計(jì)劃停運(yùn)。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(dòng)運(yùn)行后，利用備用停爐時(shí)間，多次對(duì)吹灰受熱面進(jìn)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(wú)掛焦積灰現(xiàn)象，取得了良好的效果。
4．2 因在過(guò)熱器部位加裝了聲波吹灰器，消除了嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的過(guò)熱器超溫現(xiàn)象，折焰角積問(wèn)題也得到遏制，為我廠鍋爐（特別是1號(hào)爐）的安全運(yùn)行提供了可靠保證。系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，未發(fā)生因?qū)α鬟^(guò)熱器結(jié)焦引起的超溫爆管泄漏現(xiàn)象。
4．3 通過(guò)對(duì)吹灰器投運(yùn)前后的排煙溫度等運(yùn)行資料的分析，發(fā)現(xiàn)吹灰器投運(yùn)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(yùn)行，起到了良好的吹灰效果和節(jié)能效果，受到了運(yùn)行人員的好評(píng)，其特點(diǎn)如下：
a 投資少。與我廠調(diào)研的國(guó)內(nèi)外其它品牌聲波吹灰器產(chǎn)品相比較，整體安裝費(fèi)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(jī)設(shè)備，一次性投資成本更低，且避免了空壓維護(hù)費(fèi)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(jī)地調(diào)整最佳工作點(diǎn)。
聲波除灰裝置不僅能清除受熱面的積灰，而且由于聲波對(duì)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(gè)月就可收回全部投資。
c 安裝簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)體積小、設(shè)計(jì)精密，由于采用爐外安裝，故不占用換熱空間且對(duì)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(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(shí)現(xiàn)全自動(dòng)工作。
e 維護(hù)量小。聲波發(fā)生器主機(jī)采用自平衡自潤(rùn)滑設(shè)計(jì)。
f 對(duì)設(shè)備和人體無(wú)害。所使用的聲波頻率遠(yuǎn)離鍋爐爐體各部分結(jié)構(gòu)固有振動(dòng)頻率，因此聲波激勵(lì)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲均小于國(guó)際安全與健康機(jī)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(yùn)時(shí)所測(cè)噪音均低于90dB），且為間歇運(yùn)行，安裝位置均很少有人，故不會(huì)對(duì)外部環(huán)境造成噪聲污染，也不會(huì)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(shí)就開始使用，效果會(huì)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(yùn)行的重要輔助設(shè)備與鍋爐同步運(yùn)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(yán)把質(zhì)量關(guān)。如電動(dòng)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(huì)對(duì)吹灰系統(tǒng)的主設(shè)備造成損害。
c 在鍋爐吹灰器改造過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)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(jì)，則該系統(tǒng)的效果將會(huì)更理想。
