新型蒸汽声波吹灰器在燃煤锅炉上的应用

聂常贵，牟效民，赵晓强

（中国石油克拉玛依石化公司热电厂，新疆 克拉玛依 834003）

吹灰器是锅炉重要附件之一，其作用是清除受热面的结渣和积灰，维持受热面的清洁，以保证锅炉安全、经济运行。锅炉不同部位受热面吹灰器选型正确与否，直接影响吹灰器使用可靠性、吹灰效果、检修维护成本及其可操作性。

一、吹灰技术现状

目前使用较为广泛的吹灰装置有伸缩式蒸汽吹灰器、激波式吹灰器及声波吹灰器三大类，各自优、缺点如下。

1.伸缩式蒸汽吹灰器

伸缩式蒸汽吹灰器是采用伸缩管形式将一定压力蒸汽通入炉内，对受热面积灰部位进行直接吹扫。优点是对于炉膛水冷壁等无障碍受热面，在其有效作用范围内，清灰能力强，效果明显；缺点是对于过热器、省煤器等有障碍受热面，清灰效果差。该吹灰器结构庞大复杂、安装工作量大，其枪管直接在高温、粉尘区工作，易弯曲卡涩、故障率高、使用周期短、维护工作量大，且吹扫蒸汽容易腐蚀、冲刷受热面管，减少受热面管寿命。

2.激波吹灰器

激波吹灰器包括燃爆式和空气炮两类，其基本原理都是利用气体体积急剧膨胀所产生的冲击波清灰，燃爆式是将可燃气体和氧气在瞬间混合点火发生爆燃，利用冲击波清灰，而空气炮是将压缩空气瞬间释放，以其喷发冲击波进行清灰。优点是对于有效作用范围内清灰能力强、效果明显，如粉仓、管道阻塞清理等，缺点是对于燃爆式的燃料配比要求严格，否则可能造成重大事故，同时由于冲击波的特性所致，不适于炉膛清灰，另外对于障碍后的其他部位，如过热器、省煤器等对流受热面，清灰效果较差。

3.声波吹灰器

声波吹灰器是利用多种发声原理产生较强低频声波，以声能进行清灰。其优点是利用低频声波绕射作用，可以对过热器、省煤器等有障碍管子及复杂空间的对流受热面进行清灰，结构简单、易于安装、操作、维护，运行及维护费用低。缺点是早期声波吹灰器自身结构难以避免的性能缺陷，清灰效果受到限制，也不适于炉膛水冷壁清灰。

二、热电厂锅炉现有蒸汽吹灰器存在的问题

通过综合比较，热电厂1#、2#、3#、4#锅炉投产后均设计安装蒸汽吹灰器，每台锅炉炉膛安装14台IR-3D短旋转伸缩式蒸汽吹灰器；高低温过热器及上下级省煤器各安装4台长旋转伸缩式蒸汽吹灰器。锅炉蒸汽吹灰器自投用以来，由于及时清除炉膛及尾部受热面结渣、积灰，有效改善了受热面传热工况，对确保1#、2#、3#、4#锅炉正常出力及经济运行发挥了重要作用，但在使用过程中也存在以下五方面问题，严重影响到锅炉安全、平稳、清洁运行。

1.受热面管子吹损问题严重

2007年5月，3#锅炉过热器9根管子严重吹损爆管，热电厂随后对1#、2#、3#锅炉吹灰器旁受热面管检查发现，各炉吹灰器旁受热面管均不同程度吹损。其中有123根受热面管段壁厚严重吹损，减薄量达2mm，导致管壁剩余壁厚仅为2mm，小于设计允许最小壁厚2.7mm，更换蒸汽吹损管段施工费用支出30余万元。

2.过载、卡涩、过流问题突出

蒸汽吹灰器各转动部件工作期间处于粉尘、高温恶劣条件，长期运行后频繁出现过载、卡涩、过流等故障，特别是过热器、省煤器长旋转伸缩式吹灰器，由于枪管较长，过载、卡涩、过流问题更为突出，影响吹灰器正常投用。

3.密封件失效、泄漏问题突出

蒸汽吹灰器频繁运行，致使吹灰器套管、空气阀、进汽阀盖及垫子、阀门启闭机构频繁出现蒸汽泄漏，特别是随着运行时间延长，吹灰系统泄漏问题、阀门启闭机械密封失效问题日益突出，给吹灰器正常投用带来严重影响。

4.吹灰时局部正压导致炉膛及烟风道跑灰严重

锅炉蒸汽吹灰器运行期间，蒸汽从吹灰枪头以一定流速、压力喷出，被吹扫的受热面局部区域出现正压，炉内及烟道内的高温含尘烟气随之通过炉膛及烟道吹灰器枪管进出孔喷出，不但污染炉体环境，而且可能导致周围人员人身伤害。

5.过热器、省煤器对流受热面管束吹灰效果差

锅炉尾部过热器、省煤器等对流受热面管束都是成组、成片布置，具有长度大、管间距小、管组断面大等特点，现有的长旋转式蒸汽吹灰器存在靠近枪头区域受热面管子吹损、远离枪头区域受热面管及对流受热面所具有的大面积边角区、管束间隙、有障碍隐蔽区积灰均无法清除，吹灰效果较差。由于锅炉尾部对流受热面积灰严重，致使锅炉排烟温度较设计值偏高25～35℃，由此造成的锅炉排烟损失使锅炉热效率下降2%左右，按到厂煤价300元/t及1#、2#、3#、4#锅炉年合计耗煤30万t计算，热电厂每年将多支出购煤成本180万元左右。由于排烟温度偏高，特别是3#、4#锅炉排烟温度明显高于袋式除尘器布袋允许使用温度，大量布袋运行不足2年即无法运行。为彻底解决这一问题，2011年检修期间，3#炉袋式除尘器布袋由允许使用温度160℃更换为200℃，材料购置费用支出达100余万元，而2012年检修更换4#炉袋式除尘器布袋材料购置费用也支出100余万元，施工费用支出30余万元。另外，与允许使用温度160℃布袋相比，允许使用温度200℃布袋单价高出60%左右。因此，过高的排烟温度大幅度增加了锅炉烟气除尘设备投资成本。

为解决蒸汽吹灰器在锅炉对流受热面应用中存在的上述一系列问题，2011年、2012年锅炉检修中在过热器、省煤器等尾部对流受热面安装了HQ型高效蒸汽声波吹灰器，效果良好。

三、对流受热面应用HQ新型高效蒸汽声波吹灰器

1.技术概述

理论与实践证明，声功率、脉冲能量和合适的频率是声波吹灰器良好清灰效果的三个基本要素。声功率的大小取决于声强与声波的有效辐射面积，声强是其中的先导因素，实践证明声波清灰的有效起始声强为130dB，声强与清灰效果关系见图1。脉冲波形应尽量接近方波且其波峰越高越好。这是由于波形越接近陡直，其作用在积灰上的受压和受拉作用越明显。基于这一理论认识与实践，HQ高效蒸汽声波吹灰器采用了转鼓式发声部件，并改进气流切割孔的几何形状，在减小气流切割孔宽度的同时，增大了该孔的长度，相对提高切割速度，改变了声波波形，使其更接近陡直脉冲，由此提高了发声效率和声强，进一步提高了清灰效率。清灰理想波形、HQ高效蒸汽声波吹灰器及传统声波吹灰器波形对比见图2。

HQ高效蒸汽声波吹灰器使蒸汽声波转换器出口可产生160dB以上的超强声波，应用调频技术调制该声波频率使其在特定的空间内产生共振能量场，并呈圆锥形向清灰区域辐射传播，在此范围中的积灰颗粒因受到强力振荡而被剥离处于悬浮状态，最终被烟气流带走。现场测试表明，当蒸汽压力0.5MPa、距离声导管1.5m处实测声强为160dB，声功率大于5000W，轴向有效清灰距离大于15m、径向扩散距离大于8m。由于吹灰器工作于较低声频段，因此具有较强的衍射能力，能有效作用于积灰部件的拐弯、边角及多层管内空间等区域，经衍射的声波有效作用达500m3。高效蒸汽吹灰器工作时，由于其主频避开了锅炉设备的固有频率和二次谐频，不会对锅炉设备造成伤害。

2.系统构成及主要参数

HQ高效蒸汽声波吹灰系统由多台吹灰器组成，并以全自动可调定时工作方式运行，无需人工干预。系统由调制电机、发声器、隔声罩、安装法兰、声导管、汽源接口组成的吹灰器及电控柜、联接电缆、汽源管线及阀门、管件、表计等组成，结构见图3，主要参数见表1。

3.应用特点

(1)适用于电力、冶金、石油、化工等行业煤粉锅炉、余热锅炉、加热炉尾部对流受热面的积灰清除，并适用于电除尘器、分离器、灰斗、料仓等设备的积灰清除和疏通。

(2)可清除锅炉尾部对流受热面积灰、降低排烟温度、提高锅炉效率、减少人工投入及降低设备维护成本、提高设备运行可靠性。具有较高的经济效益，其优势明显高于传统的蒸汽吹灰器、激波吹灰器。

(3)采用了全新设计，极大增强了声波能量，对锅炉尾部对流受热面各种复杂工作空间存留的积灰清理干净、彻底，不留死角，清灰力度及有效范围比传统的普通声波吹灰器有了大辐度提升。

(4)消除了蒸汽吹灰器直接吹灰对受热面管的磨损和腐蚀等副作用，有效延长了受热面管的作用寿命，是传统蒸汽吹灰器在锅炉尾部对流受热面的理想更新换代产品。

(5)没有在炉内高温、粉尘等恶劣环境工作的部件，结构简单、易于现场安装、操作方便、维护量小、故障率低、使用可靠，且可根据设备实际利用锅炉原有人孔门或进行有针对性的改造实施安装。

表1 HQ高效蒸汽声波吹灰器主要参数

(6)保护装置完善，可对缺相、短路、过载等进行自动保护，并可自动越过发生故障的清灰器而不影响其它在用设备的运行，同时提示故障设备对应编号。

4.应用效果

锅炉过热器、省煤器等尾部对流受热面安装4台HQ型高效蒸汽声波吹灰器后，锅炉运行期间，蒸汽声波吹灰器每间隔4h自动启动按序吹灰一次，无需人工干预，运行至今无任可故障。与使用长伸缩式蒸汽吹灰器相比，锅炉同期、同工况条件排烟温度下降15℃，可使锅炉热效率上升1%左右。按到厂煤价300元/t及锅炉年耗煤30万t计算，每年将减少支出购煤成本90万余元。锅炉停炉检查并将对流受热面各种复杂工作空间存留的积灰彻底清理干净，过热器安装蒸汽声波吹灰器后，清灰效果明显优于蒸汽吹灰器，同时也消除了蒸汽吹灰器直接吹灰对受热面管的磨损和腐蚀等副作用。