锅炉吹灰器选型和布置原则探讨

李世军

（戴蒙德电力机械（湖北）有限公司，湖北 武汉，430056）

0 概 述

在燃煤锅炉运行中，锅炉的各受热面不可避免地会出现不同程度的积灰和结渣现象，轻则降低受热面的传热能力，使排烟温度升高，降低了锅炉效率；重则导致锅炉出力下降、诱发过热器爆管等现象的发生，甚至会造成炉膛大渣块的掉落，砸坏水冷壁和冷灰斗等恶性事故。

长久以来，吹灰器是解决锅炉积灰和结渣问题的常用设备，在提高锅炉运行的经济性、可靠性等方面起着重要作用。

1 吹灰器的选型

1.1 吹灰器的类型及工作原理

国内外锅炉吹灰器的种类繁多，目前，在大型电站机组中，应用比较广泛的有蒸汽吹灰器、水力吹灰器、声波吹灰器、燃气脉冲吹灰器等。

1.1.1 蒸汽吹灰器

蒸汽吹灰器是利用高压蒸汽的射流冲击力清除受热面上的积灰结焦，是目前应用最为广泛的一种吹灰器，常用的有4类结构型式。

（1）短伸缩式吹灰器

短伸缩式吹灰器主要用于吹扫锅炉的水冷壁管，因此，也被称为炉室吹灰器。这种类型吹灰器的吹灰枪行程较短，通常的行程＜300mm，吹扫半径约1.5m。

（2）长伸缩式吹灰器

长伸缩式吹灰器平时停置于炉外。投运时，吹灰枪旋转前进，到达所需吹扫的管束位置，再打开吹灰介质，吹灰枪管端部的2个或数个喷嘴喷出蒸汽冲击清洗受热面，吹扫半径约2m。吹灰器的吹灰轨迹呈螺旋形，并且一般设有轨迹错开机构，使吹灰器前行和退回的吹灰轨迹错开，以保持吹扫均匀，节省汽耗，同时减轻对管壁的磨损。

长伸缩式吹灰器主要用于清理锅炉过热器、再热器、凝渣管、省煤器等部位受热面上的积灰和结渣，也可清除位于锅炉炉顶和管式空气预热器的结灰。针对不同形式的管束，选用不同的运行速度、螺旋线导程、吹灰压力和喷嘴排列等参数，以获得最佳的吹灰效果。

（3）加长枪型长伸缩式吹灰器

加长枪型长伸缩式吹灰器，是为了适应大容量机组的大截面炉膛和节约安装空间而开发的一种吹灰器，也是长伸缩式吹灰器的派生产品。该型吹灰器的吹灰枪被加长，枪管的腰部设有数组喷嘴，并增设了吹灰枪管托板，其结构及动作原理等均与长伸缩式吹灰器相同。半伸缩式吹灰枪有一部分枪管始终置于炉内，在运行中，不同部位的喷嘴分别吹扫不同的区域，其吹灰区域是行程的两倍以上。

布置加长枪型长伸缩式吹灰器所需要的平台较小，可显著节省平台造价和空间，但只可用于锅炉内烟温较低的区域，如省煤器、再热器等受热面，烟温一般低于600℃，以确保部分吹灰枪长期置于炉内而不被烧坏。

（4）固定回转式吹灰器

固定回转式吹灰器平时停置于炉内。这种类型的吹灰枪带有多个喷嘴，工作时作旋转运动。固定回转式吹灰器主要有两种吹灰方式，即管间吹灰和管群吹灰方式［2］。由于热位移和吹灰枪挠度的影响，进行管间吹扫时，往往难以做到喷嘴射流恰好位于两管排之间，将导致受热面管的吹蚀。

吹灰枪上的多个喷嘴位置需根据管束间距和排列形式而定，吹灰角度由机构内设定的凸轮决定。为防止吹灰枪烧坏，固定回转式吹灰器也只用于烟温较低区域，烟温一般低于600℃。此外，因受吹灰枪刚度的限制，且吹灰喷嘴出口的压力不能过大，所以，吹灰枪长度一般不超过4.5m。对大型电站锅炉，由于冷态与热态时吹灰枪在炉内外的位移大，所需吹灰枪较长、喷嘴多，常使固定回转式吹灰器难以正常运行，吹灰效果也不佳，故在大型机组上很少采用固定回转式吹灰器。但在小型电站锅炉的省煤器、管式预热器，工业锅炉、余热锅炉的对流管束等设备上，常采用固定回转式吹灰器常作为主要吹灰设备。

1.1.2 水力吹灰器

水力吹灰器以水为工作介质，主要用于清扫锅炉水冷壁上的积灰与结渣。水力吹灰器工作时，当水流冲击炉壁的焦块上时，会使积附的灰渣产生很大的温度应力，引起灰渣的破碎。此外，水流可渗入灰渣的缝隙中，水会迅速受热蒸发并膨胀，使积附的灰渣松动脱落［3－5］。水流和热灰渣之间的热效应，再加上水流本身具有较大的冲击力，使得水力吹灰器具备优良的除灰渣能力，特别适合于清除黏度高、质地坚硬的结渣。因此，水力吹灰器一般用于燃烧褐煤或结焦性强等煤种的机组中。

水力吹灰器主要有两种型式。一种是旋转伸缩式，射流喷嘴带有一定后倾角，以螺旋线轨迹对水冷壁面进行吹扫，行程约为1m，有效吹扫半径为2～4 m。另一种是远程水力吹灰器，射流喷射距离可达30m，用于清扫喷嘴正面及两侧墙的水冷壁面。根据锅炉水冷壁型式和吹灰要求，控制吹灰器在水平与竖直方向上的摆动，可形成多种吹灰轨迹。相对而言，远程水力吹灰器的清灰效果更佳，覆盖面积更广（单机每次可吹扫400m2的区域）。因此，水力吹灰器的应用较为广泛。

1.1.3 声波吹灰器

声波吹灰器是以压缩空气或高压蒸汽为动力源，运行时产生低频高强度声波，在积灰空间内形成声波振荡，使灰粉细颗粒难以在管道表面沉积，并可使已经形成的积灰产生声致疲劳而剥落［7］，达到清灰作用。声波吹灰器发声频率一般在20～250Hz，声强约120～150dB，有效作用半径约6～10m［8］。

常见的声波吹灰器有旋笛式、膜片式等［9］。旋笛式声波吹灰器利用高压气流通过一个旋转阀门，经阀门的反复开闭阻断，气流呈脉冲形式从喷口高速流出，从而发出声波清灰。旋转阀门的动作频率决定了声波能量在基频与各高次谐波频率上的分布。旋笛式声波吹灰器的频率可调，发声效率高。膜片式声波吹灰器利用高压气流使高强度膜片振动发声，膜片的固有频率决定了声波的主频率。膜片式声波吹灰器的膜片为核心部件，对膜片材料和加工工艺的要求较高。运行时，吹灰器的发声频率不能更改。目前，国外的声波吹灰器大多为膜片式。

声波吹灰器的特点和声波本身特性密切相关。由于声波的绕射、衍射和散射特性，可使声波能量到达被清扫空间的每个角落。因此，声波吹灰器运行时不存在清灰死角，但声波携带的能量有限，仅适用于清除干松灰，而不利于清除黏结灰和结渣，在高温区和酸露点温度下的吹灰效果不理想。

目前，在电站机组中，声波吹灰器主要应用于省煤器、再热器、SCR反应区、料仓、烟道等设备的清灰处理。

1.1.4 燃气脉冲吹灰器

燃气脉冲吹灰器是将可燃气体（乙炔、天然气、液化气等）和空气（或氧气）以适当的比例混合后，爆燃生成一定强度的冲击波，作用于积灰表面上，从而将积灰或灰垢击落。燃气脉冲吹灰器由爆燃产生的冲击波使气流的压力和速度产生突变，声压可达到160dB以上［10］，压力通常在0.6～1.0MPa，速度可达300～350m／s，虽然作用时间极短（在毫秒级），但仍具有较强的机械冲击作用，同时，伴随形成强烈声波振荡作用于受热面的积灰，且爆燃后产生高温高压气流，对受热面有较强的热清洗作用。在这种多方面的综合清扫作用下，对各类积灰的清除效果较好。

1.2 吹灰器技术性能的比较

分析各种吹灰器的工作原理及技术特点后，对于不同锅炉区域的受热面及灰渣特性，可选择不同类型的吹灰器设备。

（1）对锅炉炉膛和屏式受热面，当燃用的是褐煤或沾污、结焦性强的煤种（比如准东煤），推荐采用水力吹灰器。燃用其他煤种时，蒸汽吹灰器仍是最佳选择。

（2）对尾部受热面，包括再热器、低温过热器、省煤器、空气预热器等，若积灰呈松散性，均可采用蒸汽吹灰器、声波吹灰器和燃气脉冲吹灰器。如选择蒸汽吹灰器，则优先考虑半伸缩式吹灰器和固定回转式吹灰器（小型锅炉）。若积灰具有一定黏性，则可选用蒸汽吹灰器和燃气脉冲吹灰器。

2 吹灰器的布置

2.1 布置的基本原则

吹灰器的布置不但取决于燃煤的灰渣特性，还需考虑燃煤的灰含量、灰熔点等因素的影响，包括需考虑锅炉的结构形状、吹灰器的技术特性等方面的问题。同时，还要综合考虑日常运行维护、自动化控制等因素，但总体上存在一些普适性的基本原则。

（1）吹灰器应布置在会发生积灰和结渣的受热面附近，要与受热面的布置相适应，吹灰范围应尽可能完全覆盖需吹灰的受热面。另外，锅炉受热面的布置需考虑吹灰器的布置空间要求。比如在锅炉上部的悬吊式管屏的布置上，当吹灰枪行程不超过12 m时，布置点前后的屏间距取560mm左右，否则应取700mm 左右［11］。

（2）吹灰器布置间距以及吹灰器与锅炉壁面的距离，应根据灰渣特性和吹灰器的有效吹扫距离进行确定，并需要考虑最差的燃烧工况。一般吹灰器的布置间距，可取其有效吹扫半径的2倍。

（3）为减轻对受热面冲蚀，吹灰器喷嘴和受热面需保证一个最小距离。若布置条件受限，不能满足最小距离的要求，则应在靠近吹灰枪的管排上安装防护瓦［6］。对伸缩型吹灰器，此距离需考虑受热面和吹灰枪本身的热位移、吹灰枪自重和喷嘴不平衡引起的挠度的影响。比如某公司的行程为16m的吹灰器，要求两组受热面之间的间距为712mm。

（4）对180°相对布置的伸缩型吹灰器，布置时，要保证运行中相邻的吹灰器枪不干涉或路径无重叠现象。但在燃用褐煤等严重积灰的煤种时，允许吹扫路径有150～180mm的交错重叠［12］，但运行时应有时间差，以免碰撞。

（5）为适应其他燃料及工况的变化，需预留一定的备用吹灰器安装位置。比如在炉膛悬吊受热面之间，应预留伸缩式吹灰器的安装位置，折焰角下方需留有开吹灰孔的位置。

2.2 参考布置

按燃煤的积灰特性，以伸缩式蒸汽吹灰器为例，在锅炉炉膛上部及尾部的吹灰器参考布置位置，如图1、图2所示。图1的吹灰器布置位置，适用于积灰严重的燃煤机组。图2的吹灰器布置位置，适用于中等积灰燃煤机组。

在2种煤质条件下，折焰角下方均应预留伸缩式吹灰器安装位置，距后墙水冷壁的距离为1 050 mm，距折焰角水冷壁的最小距离900mm［11］；在水平烟道上的吹灰器布置上，吹灰器至折焰角上方倾斜烟道和炉顶的最小距离均为1 200mm。

图1 燃用严重积灰煤种时吹灰器的布置位置

图2 燃用中等积灰煤种时吹灰器的布置位置

对于严重积灰的煤质，在屏式过热器区域内，吹灰器应布置在前后屏中间，以及在后屏与末级过热器之间，且均应布置在屏式过热器屏底的上方位置，至屏底的距离分别为1 800～2 400mm、900mm；在水平烟道区域吹灰器的垂直间距约1 800～2 400mm。

对于中等积灰的煤质，在屏式过热器区域，吹灰器仅布置在后屏与末级过热器中间，且在屏式过热器下方，至屏底的距离为600mm。在前后屏中间、屏底上方预留吹灰器安装位置。在水平烟道区域内，吹灰器的垂直间距约3 000～3 600mm。在尾部烟道区域内，吹灰器布置于烟道前1／3和后1／3区域，在烟道正中区域预留吹灰器的安装位置。

3 结 语

目前，应用比较广泛是蒸汽吹灰器、水力吹灰器、声波吹灰器、燃气脉冲吹灰器，其工作原理和技术性能各不相同。蒸汽吹灰器具有有多种结构型式，适用性最广，可用于锅炉各类受热面的清扫。水力吹灰器特别适用于燃用褐煤等沾污结焦性强的机组，主要用于锅炉水冷壁的清扫。声波吹灰器和燃气脉冲吹灰器可用于尾部受热面的吹扫，但声波吹灰器仅对吹扫松散性的积灰有效。吹灰器的布置主要取决于燃煤的灰渣特性和所选吹灰器的技术特性，同时，还受运行控制方式及燃煤煤种变化等因素的影响。