声波吹灰器和蒸汽吹灰器应用比较分析

浙江浙能嘉华发电有限公司 孔庆有 熊定标 张 越

在火力发电厂锅炉运行过程中，由于锅炉结构上的特点，在水冷壁、水平烟道处对流受热面、尾部对流受热面等主要受热面上会产生一定量的积灰。如不及时处理，会影响到受热面的导热性能，导致锅炉热效率降低，因此需要对受热面进行除灰工作。在布置吹灰器时，需要结合锅炉运行的实际情况，以及工作环境等多种因素来选择吹灰器的种类、数量。当前，火力发电厂锅炉的吹灰装置主要为声波吹灰器和蒸汽吹灰器，通过对某电厂实际应用案例的了解，能够得出吹灰器的应用能够确保锅炉受热面的传热效果达到预期值。

1 吹灰器的原理

1.1 声波吹灰器原理

声波吹灰器主要由压缩气源、声波发生器和电子控制器这三部分组成。具体的工作原理是：利用过滤器将空气进行净化，在电磁阀的控制下通过声波发生器将压缩空气的能量转换为声能，调整好各项参数，以声波的形式向外传递，声波通过声波导管经过辐射喇叭的调整放大，以特定的频率、周期传入到容器中；利用声波能够在弹性介质中自由传播的这一特点，以及声波能够直射、反射、渗透等特性，在空间中形成一个无死角的高强度谐振声场，针对受热面表面上的积灰进行循环往复的吹灰。

从微观角度进行分析，积灰的形成主要是由于大量的微小灰粒具有的表面张力，以及粒子之间和受热面之间的粘滞力、附着力，以及静电吸引力等多方面的作用在受热面上发生聚集，声波吹灰器则是利用声波的作用加速吹灰空间内部的空气分子的振动作用，在吹灰空间内存在大量的空气分子，在积灰粒子周围紧密分布着无数的空气分子，在声波的作用下，数量庞大的空气分子以相同的强度与频率进行往复振动，具有较大的作用力[1]。在声波的持续作用下，灰粒与受热面之间的结合力会不断减弱，当减弱到一定程度时，积灰就会从受热面表面脱离，部分积灰会被气流冲刷随烟气排出。

1.2 蒸汽吹灰器原理

当前，蒸汽吹灰器主要由长伸缩式吹灰器和短伸缩式吹灰器两种，且均为电力驱动，采用机械式开启阀门，同时配备蒸汽开度微调装置以根据实际情况适当调整吹灰的蒸汽流量与压力。其中，长伸缩式吹灰器主要应用在过热器和再热器管束积灰的吹扫工作上，部分情况下也可以应用于省煤器的积灰吹扫，长伸缩式吹灰器在工作时吹灰管和喷头一边旋转、一边深入到烟道中，喷头多采用拉瓦尔喷管，能够确保喷出的蒸汽或者空气的速度超过音速，其有效吹扫半径能够达到2m左右[2]。短伸缩式吹灰器主要应用于炉膛水冷壁管表面积灰的吹扫工作。

蒸汽吹灰器多在高于700℃的烟温范围内工作，虽然吹灰管的材质为耐热型合金钢，但是在吹扫结束后，吹灰管仍要及时退出炉外，防止长时间处于高温环境内被高温烟气烧坏。

2 适用范围与使用方式

2.1 声波吹灰器的适用范围与使用方式

声波吹灰器主要应用于火力发电厂锅炉的过热器、再热器、省煤器、空气预热器等设备的除灰工作上，也可应用于炼油厂的加热炉、余热锅炉以及其他行业的锅炉清灰系统中[3]。在安装声波吹灰器后，需要结合具体的工作情况对吹灰器的工作频率和工作周期进行设定，在工作中，详细记录好各相关参数的变化，通过不断的总结工作经验，制定出更为合理地吹灰程序。在声波吹灰器工作过程中如果发现控制面板出现报警信号，需要立即停止工作，并通知维修人员及时对故障进行排除。制定科学的管理方案，定期安排维护人员对设备进行维护。

2.2 蒸汽吹灰器的适用范围与使用方式

蒸汽吹灰器主要应用于水冷壁、对流管束等受热面的吹灰工作上，能够有效处理粘性灰、松散灰，在火力发电厂锅炉和其他行业锅炉运行上得到了广泛应用。在使用时，既可以通过远程控制来操作吹灰器工作，也可以通过就地控制进行吹灰作业，具体的吹灰参数、吹灰时长需要根据实际情况进行设定。

3 声波吹灰器的优缺点

3.1 声波吹灰器的优点

声波吹灰器的特点在于利用特殊的声波发生器，能够将动力蒸汽或者动力空气转换为声波，这种声波能够快速的全方位的向锅炉的各个积灰区域传播，锅炉中的粉尘颗粒在空气质点的周期性的高速振荡冲击下，逐渐从附着面脱落，其中较小的灰尘会随着烟气排出，较大的灰尘颗粒会在重力作用下下落，随着锅炉灰渣一起排出。

3.1.1 有效清灰范围较大，能够对死角积灰进行处理声波吹灰器特殊的非接触式的除灰方式，能够利用声波对受热面表面的积灰进行处理，通过调节声波的声频和声强参数来达到不同的除灰效果，发出声波的波长决定了除灰半径的大小。同时，由于声波在传播过程中与受热面接触能够发生反射、透射以及衍射等现象，能够确保声波快速的在整个吹灰空间中传播，且不留任何死角[4]，而且相较于传统的蒸汽吹灰器能够更加深入的对各个积灰表面进行清理。以SCR反应器中的蜂窝状催化剂为例，在使用传统的吹灰器时无法及时对其内部的间隙进行清理，而采用声波吹灰器能够完美的解决这一问题。

此外，由于声波吹灰器独特的吹灰方式，使得在安装声波吹灰器时对于安装位置和方向的要求并不高，未做好安装位置的把控工作，也能够有效清理各个间隙内部的积灰，真正实现无死角清灰。表1为国能寿光#2锅炉尾部烟井声场空间参数，其采用的声波吹灰器最大有效距离为6.659m，经过简单计算便可以得出声波吹灰器的有效覆盖范围足以覆盖整个空间。表2为国能寿光#2锅炉尾部烟井各空间烟气物性参数。

表1 声场空间参数

表2 空间烟气物性参数

3.1.2 能量衰减慢

首先，传统的蒸汽吹灰器射流动压会随着喷射距离的增加逐渐衰减，且衰减的程度与喷射距离的二次方成反比关系，喷射动能的衰减程度与喷射距离的三次方成反比关系，也就是说当喷射距离达到一定程度时，蒸汽吹灰器所起到的效果就十分微小，无法满足除灰要求。而声波吹灰器的声压衰减程度与声波的传播距离的一次方成反比关系，声强的衰减程度与声波的传播距离的二次方成反比关系。因此，通过对比两种吹灰器的能量衰减情况，能够得出声波吹灰器的传播损耗更少，清灰范围更大，这也就能够说明在多数情况下，声波吹灰器具有一定的优势。

此外，在蒸汽吹灰器的实际应用中，一旦喷射距离超过3m，是无法满足清灰需要的，而声波吹灰器发出的声波即使传播到5m处仍具有较强的能量。因此，只需要合理地对声源进行布置，充分利用混响声场的效应，就能够进一步减少声能衰减，表3为国能寿光#2锅炉尾部烟道吹灰声场计算表，声波吹灰器的有效辐射距离均在10m以上，在实际应用中，能够满足正常的清灰需要。

表3 吹灰空间模拟计算

造成以上现象的物理原理是：蒸汽吹灰器主要是利用蒸汽物质自身所携带的能量对积灰进行清理，在这个过程中由于阻力的影响会出现能量损耗，导致动能衰减迅速；而声波吹灰器则是利用锅炉内部气体分子的振动，借助于相位或者振动状态的改变来传播能量。

3.1.3 不会产生毒副作用，且无磨损

声波吹灰器所发出的波频仍在人体听觉能够承受的范围之内，因此不会对工作人员的身体造成任何伤害，而且经过消声处理后的声波即使释放到环境中也不会产生噪声污染，况且声波吹灰器每天投入使用的时间较短，不会对周边居民以及环境造成任何不利的影响，完全符合火力发电厂的一系列安全标准。声波吹灰器利用空气作为清灰的媒介，不具有任何腐蚀性，也就不会对炉内的各种设备造成不良影响。

由于声波吹灰这种方式的实质是利用较小的能量不停地循环往复，因此也不会造成管壁出现破损的现象，更不会导致催化剂发生磨损。以SCR为例，在应用了声波吹灰器后，增长了设备的使用寿命，一定程度上减少了设备的维护费用。反观蒸汽吹灰器，主要利用蒸汽的机械冲击力对积灰进行清理，蒸汽在高速流动过程中夹杂了一定量的粉尘，当这些粉尘加速到一定程度上，冲刷到管道以及其他设备表面时，就会对管壁以及设备表面造成磨损，增加了维护成本。

3.1.4 其他

声波吹灰器的结构较为紧凑，能够活动的部件较少，组成和运行简单，因此故障率较低，维护和维修成本较低。可以采用压缩空气作为气源，不需要其他任何辅助成本，极大减少了安装和使用成本；声波吹灰器能够有效预防催化剂积灰，在使用声波吹灰器的过程中，可有效减少催化剂表面灰粒积累，而蒸汽吹灰器只能够在灰粒积累到一定程度时进行处理。

3.2 声波吹灰器的缺点

如果炉膛内或者其他受热面上结渣较为严重，采用声波吹灰器无法起到较好的吹扫效果；针对低温段空气预热器受热面上的严重积灰与腐蚀无法有效处理；对于在受热面上形成时间较长、自身硬度较大的坚硬灰垢难以彻底清除。

4 蒸汽吹灰器的优缺点

4.1 蒸汽式吹灰器的优点

蒸汽吹灰器较为独特的喷嘴设计，能够确保喷嘴喷出高速气流，具有较强的吹灰能力，可以适用于各种难以除掉的灰垢；蒸汽吹灰器喷出蒸汽的方向与烟气流动方向相同，因此被吹扫掉的灰尘能够随着烟气流动一同排出，避免清灰后没有及时对灰垢进行回收而影响除灰效果。

经过实际应用证明，蒸汽吹灰器具有较好的吹灰效果，在使用蒸汽吹灰器后，锅炉的热效率能够提高3%左右，在蒸汽吹灰器工作过程中，蒸汽的压力不会出现太大的变化，节省了空气消耗量，不仅能够有效清除易于处理的松散灰，对于处理困难的结渣和粘结灰也能够有效地清除；蒸汽吹灰器的耗能相较于一些传统吹灰装置要低，其蒸汽主要来源于锅炉中，从锅炉内部引出便可直接使用。

4.2 蒸汽式吹灰器的缺点

消耗大量的锅炉蒸汽，影响烟气露点，增加了锅炉用水量；吹灰存在无法处理的死角，虽然吹灰效果强，但是覆盖的范围较小，部分受热面无法及时处理；蒸汽吹灰器所采用的长伸缩管在工作过程中可能会卡在管件之间，而且需要较大的工作空间；如果长时间的吹扫某部分受热面，可能会导致该部分受热面出现吹伤，引起爆管。

综上所述，通过对声波吹灰器和蒸汽吹灰器两种吹灰器的适用范围与使用方式进行对比，分析两种吹灰器在实际应用中的优缺点，得出使用声波吹灰器能够有效提高火力发电厂锅炉受热面的清灰效果，提高传热能力和锅炉效率，通过结合锅炉的实际参数来合理配置声波吹灰器，可以满足吹灰需要。此外，使用声波吹灰器能够减少因吹灰装置对锅炉连续运行的影响，确保设备长期安全、稳定运行。