摘要：针对某热电分公司480t/h锅炉设备运行实际情况，对比其他同类型锅炉，烟温偏差较大主要集中在锅炉尾部烟道前后，表现为排烟温度偏高。主要原因是：锅炉尾部烟道原激波吹灰器效果不理想，且存在一定安全隐患，其中尾部烟道省煤器与空气预热器进出口烟温左右侧烟温偏差10℃以上，说明省煤器及预热器左右侧局部积灰有偏差或者左右侧有漏风。因此初步拟在锅炉尾部竖井烟道省煤器部位替换8台新型蒸汽脉冲式声频清灰装置。可完全解决锅炉尾部烟道省煤器积灰问题，该省煤器部位前后烟温差提高约15℃以上，提高机组高效率约0.5百分点。同时将尾部烟道省煤器受热管束吹爆风险降至“零”，清灰设备维护费用降至“零”，停炉尾部烟道人工清灰费用降至“零”。
关键词：锅炉；积灰；乙炔激波弱爆吹灰器；蒸汽脉冲式声频清灰装置；改造；安全；节能；经济性
锅炉尾部烟道积灰对燃煤锅炉来说是不可避免的。严重积灰时，一定厚度的积灰阻碍管壁换热，从而导致受热管束可能爆管，排烟温度上升，锅炉效率降低，影响机组的长期稳定运行。此外，还要考虑清灰设备维护以及停炉人工清灰费用的支出。
某热电分公司锅炉配置480t/h自然循环煤粉锅炉，锅炉尾部竖井烟道位置安装有乙炔激波弱爆吹灰器。锅炉运行以来，乙炔激波弱爆吹灰器清灰效果均不理想，过热器结焦积灰严重，尾部烟道竖井管排积灰堆积较多，水平烟道部分位置积灰堆积超过0.5米。
（1）激波吹灰器经厂家多次检修依旧效果不理想，锅炉排烟温度比设计高约10℃-20℃。
（2）原乙炔吹灰器在使用过程中存在倒运拆装乙炔罐，同时激波吹灰器运行过程中喷口凝结水堵灰可能导致哑炮、储罐炸裂等安全隐患，严重威胁到锅炉安全、稳定、经济运行。
（3）锅炉受热面积灰严重影响锅炉换热效率，烟道积灰严重，导致烟道过流截面变小，引风机出力增大，电耗增加。
（4）检修人员常年需要对蒸汽及乙炔吹灰器检修维护，维护工作量较大。既存在二次扬尘环境污染，严重威胁到锅炉安全稳定经济运行。
1 新型蒸汽脉冲式声频清灰装置
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图1 新型蒸汽脉冲式声频清灰装置外形图
1.1新型蒸汽脉冲式声频清灰装置的介绍（如图1）
根据道格拉斯多孔喷注发声及孔缝耦合原理，利用旋笛结构切割高压汽流形成断续脉冲声波，在管束空间内形成持续振荡，使空气产生强烈扰动，克服灰粒的惯性力及附着力等，使管束表面积灰剥离原来的位置，通过引风机气流将清理下来的积灰带走，达到清灰目的。
新型蒸汽脉冲式声频清灰装置具有以下优点：
（1）经典道格拉斯多孔喷注发生结构紧凑，声频具有强烈衍射能力，360度清灰无死角，清灰效果明显。
（2）由于采用特殊的材质，结构和制造工艺，其声音频放大装置出口1米处可产生≥160dB的超强声波，清灰能量大。
（3）精确灰粒共振范围控制，由于其主频避开了锅炉设备的固有频率和二次谐振，因此不会引起锅炉自身振动造成设备损伤，在声波清灰装置的作用范围内保持金属受热面光洁。
（4）蒸汽耗量为同类型蒸汽长吹的1/3-1/4，运行费用更低。
1.2清灰装置具体改造安装技术方案
本次改造以低投资、低风险、不损伤锅炉本体安全并有效解决现有积灰问题及吹灰过程中的安全隐患为原则。在正确的安装位置对新型蒸汽脉冲式声频清灰装置的有效运行尤为重要，它将直接影响声波辐射的范围和声波传递的效率，从而影响到清堵的实际效果。原省煤器部位因内部原因自然分割，而且左右侧吹灰孔位置有部分省煤器联箱阻挡。因此在省煤器部位拟利用前后墙分高低温两层安装共计8台新型蒸汽声频清灰装置，每层4台，前后各2台（如下图2所示）。可解决该部位受热面积灰，降低排烟温度。
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图2 省煤器安装位置图
1.2.1 设备安装方案
具体如下图3所示：
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图3 煤器安装示意图
新型清灰装置利用省煤器部位前后墙位置施工。该部位没有包墙管，音频放大装置深入炉内，音频放大号筒外沿与锅炉内墙距离不超过10cm，密封盒与炉墙护板密封焊接。
1.2.2 系统汽源及参数
清灰装置汽源采用蒸汽短吹汽源，通过调节原吹灰汽源压力，其他参数见表1。
表1 系统汽源参数
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1.2.3 系统管路布置
煤器部位蒸汽声频清灰装置利用原吹灰器蒸汽源，当运行至该部位时通过根据现场调试情况确定最终运行压力，原则上可以直接利用原蒸汽吹灰压力。
系统取汽点就近吹灰母管为原则，同时设置一台手动及电动开关阀，声频吹灰器运行压力由原蒸汽管路调压阀控制（声频蒸汽吹灰器运行蒸汽压力为2.0Mpa）。主蒸汽管路吹灰系统经过高低温省煤器后接入疏水总管。主管道上连接设置8台蒸汽吹灰支系统，分别由手动阀，电动阀，过滤器，金属软管以及吹灰设备组成。详细组成见后附《热电分公司省煤器清灰器系统施工设计图纸》。
1.3运行方式及控制逻辑
1.3.1 运行方式
新型蒸汽脉冲式声频清灰装置采用程序控制设置（PLC控制系统），程控系统采用西门子可编程序控制器（PLC），通过程控柜面板上的启、停按钮实现锅炉清灰的自动控制和手动控制。由试验确定最佳运行周期，初步设定间隔24小时投运1次，每台次2min。清灰时，按烟气流动方向分组依次进行。
1.3.2 电控系统设置
控制系统初步设计针对单台锅炉8台蒸汽清灰装置控制系统，单台锅炉的8台清灰装置控制系统采用西门子公司的S7-200系列PLC控制模块，可与原蒸汽吹灰器并列运行，也可单独运行，实现单台锅炉清灰装置的自动运行与安全检测功能。整个控制系统的设计充分体现了控制，信息管理等设备控制思想的发展理念，具有投资性价比高，可靠性好、便于扩展，技术先进等优点。预留RS485通讯接口（MODBUS协议）可实现和DCS控制系统的通讯。
1.3.3 清灰控制逻辑
程序执行前判断疏水阀是否完全打开，总进汽阀是否完全关闭，待检测到阀门完全执行到位后的反馈信号后，程序可以开始执行。
（1）按下自动启动按钮，控制系统加电自检，检查所有清灰设备阀门执行器开启状态，若各清灰设备阀门执行器状态，有1台关闭不到0%零位，拒绝执行清灰系统启动，同时反馈该位阀门故障信号。若全部为0%关闭状态，系统可正常执行清灰启动。
（2）10秒钟后检查疏水电动阀开启状态，若关闭，执行打开命令。
（3）当检测到疏水阀执行器开度100%信号后，主汽源电动截止阀执行器启动，执行器开度100%。同时电动调节阀（调用原蒸汽吹灰器调阀）执行开启命令，开度由压力变送器反馈，当压力到达设定的暖管疏水压力（建议0.4~0.6MPa）时停止，开始疏水。
（4）疏水3分钟后，电动调节阀（原蒸汽吹灰系统调压阀）开始开启，执行设定工作压力（2.0MPa）同时#1设备执行器开，#1设备启动，当检测到#1执行器开度100%信号后，疏水执行器关闭。
（5）#1设备运行3分钟后#2设备启动，#2执行器启动。当检测到#2执行器开度100%后，关闭#1执行器，执行器完全关闭后关闭#1设备。
（6）#2设备运行3分钟后#3设备启动，#3执行器启动。当检测到#3执行器开度100%后，关闭#2执行器，执行器完全关闭后关闭#2设备。
（7）#3设备运行3分钟后#4设备启动，4#执行器启动。当检测到#4执行器开度100%后，关闭#3执行器，执行器完全关闭后关闭#3设备。
（8）从上到下依次顺序执行。
（9）最后一台#8设备运行3分钟后，关闭主蒸汽阀执行器，同时打开疏水电动阀门。
（10）检测到疏水阀门打开100%后，最后一台设备、执行器关闭。
（11）待机等待下一个运行周期到来。
1.3.4 与原吹灰系统的控制对接
蒸汽声频吹灰器控制系统是独立于其他吹灰器控制系统的，但是考虑到本项目吹灰器需要参插在原有吹灰器系统中，故声频吹灰器控制系统需要与原有的控制系统搭接。
（1）吹灰压力：
声频蒸汽吹灰系统运行蒸汽压力为2.0Mpa、暖管压力0.4-0.6MPa，与原设备吹灰对蒸汽压力要求不同。本条问题的解决办法是在吹灰流程进入声频吹灰器时，由操作人员手动把吹灰蒸汽压力调节至2.0Mpa。声频吹灰控制系统利用安装在接入口的主汽门控制暖管压力，暖管结束后，主汽门完全打开，开始进行吹灰。
（2）新老系统对接：
当原吹灰器流程走完，需要声频吹灰器启动时，取原吹灰器运行结束的信号作为声频吹灰器启动的触发信号（无源触点）。当声频吹灰器吹灰结束后，会输出一个结束信号（无源触点）给原吹灰器系统。也可由甲方在原吹灰器DCS画面上增加声频吹灰器启动触发信号和吹灰结束信号的指示灯、用于信号显示，方便操作人员观察。
2 经济分析
2.1计算原则及理论基础
锅炉清灰经济性通常能通过降低排烟温度来体现，根据积灰情况大小，排烟温度下降幅度不同，其计算通常都是计算回收热量，折算为标准煤，计算其效益。按照锅炉省煤器部位前后烟温差升高15℃以上，排烟温度按照降低3℃计算。
表2 计算理论参数值
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2.2直接回收经济效益计算
（1）回收热量折算节煤成本
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若全年小时利用数n=7000h计算，则全年回收热量.png)
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（2）节能煤年效益
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（3）风机电耗减少量
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（4）运行消耗费用对比
原激波吹灰器按每台耗气量为：1.54m³/h，每天吹灰1小时，则该部位12台每天吹灰计算耗气量为：18.48m³/日。全年总耗气量为300天×18.48m³/日=5544 m³。年运行耗气费用：5544m³×50元/ m³=277200元
新型蒸汽脉冲式声频清灰装置按照每班运行一次年耗汽量为8*50*2*3*300/1000=720吨，耗汽费用720*110=79200元，运行消耗费用节约277200-79200=19.8万，单台炉全年直接回收经济效益：Q煤+Q电+Q气=21.95+6.34+19.8=48.09万元
2.3间接经济效益
（1）无吹爆受热面风险（爆管一次直接间接损失保守估计约100万元）。
（2）无激波吹灰器乙炔拆装、倒运，使用等安全隐患。
（3）大幅降低停炉清灰成本，（1年清灰成本约5万），降低员工劳动强度（检修员工腾出精力专注安全生产）。
（4）清灰后，引风机电流降低，厂用电降低。
（5）排烟温度降低后、电收尘使用寿命更长、收尘效果更好。
（6）尾部受热面清灰后，提高锅炉安全稳定运行系数。（延长锅炉寿命和平稳运行）。
3、结束语
480t/h燃煤锅炉新型蒸汽脉冲式声频清灰装置的改造，提高了锅炉设备的稳定运行，通过上述方案改进燃煤锅炉新型蒸汽脉冲式声频清灰装置方案后，省煤器吹灰装置品质明显提高，提高了运行状况的工作效率，提高了省煤器的运行水平。
参考文献：
[1] 宋永富，脉冲燃气吹灰、蒸汽吹灰及声波吹灰器的比较分析，《锅炉制造》，2015年
[2] 翟瑞祥，姜仁思，刘庆利—DM-3型低频脉冲声波吹灰器在清河发电厂八号炉上的应用《东北电力技术》，1994.3
[3] 龚著宏-火电厂脉冲吹灰器的设计和维护《科技与企业》，2013年3月
论文作者:李云利
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：声频论文; 蒸汽论文; 锅炉论文; 省煤器论文; 装置论文; 疏水论文; 脉冲论文; 《基层建设》2019年第28期论文;