摘要：通过对锅炉（630 MW）折焰角上方的长吹灰器A1、A2、B1、B2进行改造，消除因区域温度高，吹灰器枪管易产生的过烧、弯曲、变形等现象，避免受热面因吹损发生爆管事故的发生，消除机组安全隐患，保证机组安全稳定运行， 并为同类型电厂吹灰器的改造提供借鉴和新的设计思路。
关键词：锅炉；吹灰器；爆管
1.前言
众所周知积灰结焦是工业锅炉运行中的普遍现象，是影响锅炉受热面传递效率、导致锅炉效率下降的主要原因之一[1]。锅炉发生积灰结焦会破坏正常燃烧工况，增加排烟温度，影响锅炉效率，严重时还会造成爆管事故导致被迫停炉[2]。以大唐淮南洛河电厂为例，目前大唐淮南洛河电厂的5号炉（630MW机组）长蒸汽吹灰器A1、A2、B1、B2由于其受热面吹损较为严重，易发生枪管过烧、弯曲、脱落的现象，现已做停运处理。为了保障电厂安全生产，对现有的吹灰器进行改造，消除机组安全隐患势在必行。
2.改造前设备现状
大唐淮南洛河电厂5号锅炉本体的炉膛部分设有96只短伸缩式吹灰器，烟道区域设有42只长伸缩式吹灰器和16只半伸缩式吹灰器。该锅炉的吹灰系统汽源取自分隔屏过热器出口集箱连接管，蒸汽温度约为570 °C，蒸汽压力约为24 Mpa（246 kg/cm2）。长蒸汽吹灰器A1、A2、B1、B2位于炉膛折焰角上方，该区域属于炉膛高温区域，至2007年5号炉投运以来，发生数次枪管过烧、弯曲、脱落的现象，经维修更换新枪管后此类损坏现象再次发生，致使该区域吹灰器无法满足正常使用要求，现已停运处理。
3.进行改造的必要性
本厂现采用的伸缩式吹灰器存在（1）耗能高；（2）除灰范围有限，存在吹灰死角；（3）维护、维修量大。这些缺点会增加锅炉补给水，增加腐蚀危害，降低烟气露点，甚至会引起爆管事故。通过对现有吹灰器进行改造，解决以上所存在的问题，避免该区域受热面出现管因蒸汽吹扫所引起的管壁减薄爆管事故的发生，降低非计划停运次数，提高锅炉受热面的健康水平。
4.超临频强声场式吹灰器工作原理
超临频强声场式吹灰器的吹灰原理是将一定强度、频率的声波导入运行中的锅炉炉体内，在各种可能积灰结焦的空间，通过声能量的作用，使该区域中的空气分子与粉尘颗粒产生振荡[3]。由于声波振荡的反复作用，可以破坏粉尘粒子与热交换面以及粒子之间的结合，使炉壁及管束上的粉尘粒子脱离热交换面，再加上烟气流的冲刷和粉尘粒子之间的碰撞，使粉尘粒子处于悬浮状态，最后利用烟气流带走的一种吹灰形式。与粉尘粒子对比声波对焦渣的作用原理要复杂一些。炉膛结渣主要是因为所用燃料含硫量较高，致使粉尘颗粒积聚烧结而成。当声波能量足够大时，粉尘不能积聚，就阻止了焦渣的生长。与此同时，由于高强声波的疲劳效应，对已结成的大块焦渣以拉、压共振循环等方式也能使其断裂为小块自行脱落。目前高强度声波的产生与应用仍受到各种实际条件的限制，但国内外研究者[4]通过实验已表明，声波可以使焦渣粒子间的结合力变弱，间隙增大，渣体生长速度变慢，体积小，易自行脱落。
5. 超临频强声场式吹灰器
5.1与蒸汽吹灰器对比
超临频强声场式吹灰器与与蒸汽吹灰器对比具有以下优点：
（1）不留死角。蒸汽吹灰是直射作用，气流达不到的地方形成死角死区。超临频强声场吹灰技术利用波动形式传递能量，声波所具有的物理性质，例如绕射、衍射以及散射等可以使能量轻而易举到达被清除空间的每一个角落，使声波吹灰具有独有的优势。凡是声音能到达的地方，具有一定的声压强度，都可以达到清灰的目的，所以清灰效果好，不留死角死区。
通过超临频强声场除灰装置发出的压力波所传递出的低频脉冲能量能够抵消或补偿烟气流流过管束时在背风面所消耗的能量，并且周期性地改变管束边界层中的纵向压力梯度。这种不稳定流动工况使微粒难以在管束表面沉积，从而减轻和消除管束背风面的松散积灰，同时声波对粘着层所产生的交变作用力也可以破坏已生成的粘着层。
（2）没有温度变化，不会引起管子龟裂。因为超临频强声场吹灰器是靠介质本身的振动，所以没有温度变化，而蒸汽温度和换热管的温度之间有一定的温差，会引起管子本身的应力发生变化，造成龟裂。
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（3） 超临频强声场吹灰法与蒸汽吹灰法相比其最大的优势是超临频强声场吹灰法利用载热体本身达到除灰效果，不必向锅炉本体引入无关的物质，更不会造成锅炉受热面管壁的吹损减薄
（4）对炉体及附件不会有任何不良影响。因为超临频强声场吹灰器发出的频率远高于锅炉的本征频率，不会形成共振，所以对炉体及附件不会有任何不良影响。
5.2与膜片、共振腔式声波吹灰器对比
超临频强声场除灰装置与膜片、共振腔式声波吹灰器比，有以下优点：
（1）超临频强声场式吹灰器采用动静环激励，其发声频率连续可调，针对不同的设备，确定适合设备的工作频率。而声波吹灰器中的膜片式和共振腔式产品，由于设计机理的缺陷，无法实现连续调频功能。
（2）超临频强声场式吹灰器声压级在167 dB，声能量是膜片式和共振腔式声能量（声压级104 dB）的1.6 倍。
（3）超临频强声场式吹灰器发声频率更低，绕射效果更好，可实现无吹灰死角。声学理论中 ，300Hz 以下的频率为低频段，超临频强声场式吹灰器通常的工作频率在 25Hz 左右。而膜片和共振腔产品的工作频率通常在中高频段（2500Hz），甚至更高，因此无法辐射球面波，其发出的具有指向性的所谓椭球波，在工作中会存在吹灰死角。这个问题只能通过加装更多的吹灰器来弥补。这样的设计不仅增加了用户成本，而且破坏了锅炉整体的密封性。
（4）超临频强声场除灰装置具有免维护特点。长期运行无须调整、检修和维护，大大减轻检修工作量，节省检修维护费用，同时较大幅度降低发电煤耗。
6.经济效益的分析
6.1对于提高系统和本单位安全生产能力分析
由于现有吹灰器投运时，易发生枪管过烧、弯曲、脱落的现象，且通过维修更换新枪管后也无法避免该损坏现象再次发生，致使吹灰器无法正常使用。而采用超临频强声场吹灰器无需吹灰管进入炉膛内，利用载热体本身达到除灰效果，不必向锅炉本体引入无关的物质，不会造成锅炉受热面管壁减薄，因此可避免吹灰器管烧弯脱落的情况以及受热面管道吹损、减薄造成的“四管”泄漏。
6.2对投资回报等指标的分析计算
经计算一台蒸汽长吹运行一次，消耗蒸汽量为750 kg，按平均每天使用蒸汽长吹2次计算，本方案共替换4台蒸汽长吹，750*4*2=6000 kg，一天可以节省6 t蒸汽, 折算成标准煤节约煤耗约0.1 g，每年约节约标煤约240 t，按标准煤价900元/吨计算，节约费用可达21.6万人民币。而4台吹灰器改造费用约60万元，因此改造不到3年即可完成静态投资的回收。
7.结论
将现有的A1、A2、B1、B2蒸汽吹灰器改造成超临频强声场式吹灰器，可彻底解决管屏吹损问题以及吹灰器枪管过烧的问题。超临频强声场吹灰技术利用波动形式传递能量，声波所具有的物理性质，可以使能量轻而易举到达被清除空间的每一个角落，这种声波吹灰具有独有的优势，清灰效果好，不留死角死区。同时超临频强声场吹灰法利用载热体本身达到除灰效果，而不必向锅炉本体引入无关的物质，更不会造成锅炉受热面管壁的吹损减薄。由于介质中不含水分，不会造成低温段水分和二氧化碳的化学反应对管壁造成损害，与普通膜片式声波吹灰器相比超临频强声场式吹灰器发声频率更低，绕射效果更好，可实现无吹灰死角。因此，从经济性、安全可靠性上来看，将原蒸汽吹灰器改造成超临频强声场式吹灰器是切实可行的。
参考文献：
[1]樊泉桂.锅炉原理 (2版) [M].北京:中国电力出版社, 2014.
[2]600MW机组锅炉再热器爆漏的分析与对策[J]. 刘玉敬,尹民权,张春阳. 东北电力大学学报(自然科学版). 2009.02
[3]赵旺初. 声波吹灰器[J].锅炉制造，2000（04）：45-47
[4] 声波吹灰器在锅炉吹灰中的应用研究[J]. 张峰. 电声技术. 2018.03
论文作者:徐楠
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
标签：声场论文; 声波论文; 锅炉论文; 蒸汽论文; 枪管论文; 粉尘论文; 死角论文; 《电力设备》2020年第1期论文;