可調頻高聲強聲波吹灰器在600MW機組空氣預熱器的應用

摘 要：傳統的空氣預熱器吹灰器一般采用蒸汽吹灰，蒸汽吹灰效果較差、維護難度較大，加上脫硝投運后產生大量的NH4HSO4，加劇了空氣預熱器的堵灰，造成空氣預熱器傳熱效率低、電流增加、煙氣側阻力增大。針對內蒙古京隆發電有限責任公司#1鍋爐空氣預熱器積灰堵塞嚴重的問題，嘗試使用新型可調頻高聲強聲波吹灰器進行吹灰，使用后吹灰效果明顯?？諝忸A熱器運行參數優于此前單獨采用蒸汽吹灰器吹灰，解決了蒸汽吹灰器吹灰效果差和換熱元件腐蝕吹損等問題，探索出一種新的空氣預熱器吹灰解堵方法。

關鍵詞：鍋爐；聲波吹灰 ；空氣預熱器

概況:

內蒙古京隆發電有限責任公司（以下簡稱京隆發電公司）2×600MW空冷機組#1，#2鍋爐為亞臨界壓力一次中間再熱控制循環汽包爐。鍋爐采用擺動式燃燒器調溫，四角布置，切向燃燒，正壓直吹式制粉系統，單爐膛，∏型緊身封閉布置，固態排渣，全鋼架結構，平衡通風。鍋爐設計煤種為準格爾礦煤，校核煤種為晉北代表煤。

每臺爐配備2臺32VI（50）-1930（2083）SMRC型三分倉回轉式空氣預熱器（以下簡稱空預器），旋轉方向為煙氣→二次風→一次風。轉子直徑13492mm，受熱面高度2083mm，一次風倉角度50°。采用3層換熱元件，其高度、厚度、波型自上而下分別為:1000mm/0.5mm/DU，775mm/0.5mm/DU，305mm/1.0mm/NF6。高溫段傳熱元件面積46917㎡,中溫段傳熱面積36501㎡，低溫段傳熱面積13092㎡，轉子高度2680mm。燃用設計煤種熱耗率驗收（THA）工況和鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）工況一次風溫分別為305℃，308℃；二次風溫315℃，320℃。每臺空預器上配備2臺克萊德貝爾格曼伸縮式吹灰器。#1鍋爐空預器于2014年4月7日安裝了4臺ENSG-G-Ⅲ型可調頻高聲強聲波吹灰器，在近一年的時間里，通過不斷測試分析和吹灰模式的優化，配合蒸汽吹灰器，吹灰效果良好。

情況分析

空預器是利用鍋爐尾部煙氣熱量來加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置，回收了煙氣熱量、降低了排煙溫度，因而提高了鍋爐效率（據計算，鍋爐排煙溫度每降低4.4℃，鍋爐效率提高1%）；由于空氣的預熱強化了燃料的著火和燃燒過程，減少了燃料的不完全燃燒熱損失?？疹A器已成為現代鍋爐的一個重要組成部分。

空預器按其傳熱方式大致可分為表面式和再生式2大類，再生式空預器由于具有回轉結構，所以又稱為回轉式空預器，回轉式空氣預熱器又可分為受熱面旋轉和風罩旋轉2類。受熱面旋轉的回轉式空預器又稱為容克式空預器。

容克式空氣預熱器的工作原理為：轉子的受熱元件在煙氣側從煙氣中吸收熱量，通過空氣側時再將熱量傳遞給空氣。由于轉子緩慢地旋轉，傳熱元件交替地通過煙氣側和空氣側通道，當傳熱元件與煙氣接觸時吸收熱量并積蓄起來，與空氣接觸時釋放貯存的熱量來加熱空氣，如此周而復始。

京隆電廠空預器設備及堵塞情況

京隆發電公司＃1鍋爐安裝2臺容克式2-32VI（50°）-2083型三分倉回轉式空預器。預熱器采用反轉方式，即一次風溫低，二次風溫高。每臺空預器煙氣側熱端、冷端各安裝有1臺克萊德貝爾格曼伸縮式吹灰器。吹灰時上、下吹灰器依次運行?？疹A器設備主要參數見表1。蒸汽吹灰器設計參數見表2。

#1爐2臺空預器自2008年6月以來已經投運了近7年，在長周期運行期間，由于近兩年煤炭市場緊張，入爐煤偏離設計煤種，灰份、硫份增加，空預器冷端腐蝕加劇，換熱元件積灰、結垢逐漸嚴重，換熱效率較低，空預器通風阻力增大，不僅增加了送風機、引風機、一次風機電耗，嚴重時引風機還會發生喘振，使機組出力受限，影響了機組長期安全、穩定、經濟運行。

在#1機組脫硝系統投運后，由于不可避免的整體或局部噴氨過量，導致空預器冷端硫酸氫銨結垢腐蝕情況愈發嚴重，空預器壓差居高不下，嚴重影響機組帶負荷能力，增加了風機電耗。2013年京隆發電公司#1機組空預器乙側曾因壓差太大而導致被迫停爐并進行低壓水沖洗，沖洗過程中發現換熱元件吹損嚴重，同時積灰已經堵住了8塊隔倉。由此可見，單純的蒸汽吹灰器已經不能滿足當前機組的正常運行需求。下圖為#1機組空預器在安裝可調頻高聲強聲波吹灰器前運行的壓差數據。

從圖1可以看出，#1機組空預器運行7個月后壓差增長速度極快，甲側空預器壓差（負荷600MW）從1.0KPa（2014-02-01）上升至1.3KPa（2014-03-04），增長了0.3KPa，在1個月內累計增長0.3KPa；乙側空預器壓差（負荷600MW）從1.1KPa（2014-02-01）上升至1.8KPa（2014-03-04），增長了0.8KPa，1個月內累計增長0.8KPa，直接影響了機組的安全性和經濟性。

設備安裝

可調頻高聲強聲波吹灰器有別于傳統的膜片式、板哨式、旋笛式吹灰器，其發聲設備采用新型的電動調制氣流揚聲器，氣流揚聲器氣聲轉化效率高于90%，聲功率達到30000W，聲壓級突破160dB，實現了調頻調幅，聲波頻率可在20～8000Hz間任意調節，通過測量，可針對不同積灰環境調整吹灰頻率。且高聲強聲波吹灰器只針對積灰和積垢的頻率發聲，不會引發受熱面本身及其支撐的震動，有效作用距離可達15m。主要性能參數見表3。

可調頻高聲強聲波吹灰器的安裝

項目實施之前，南京常榮公司技術人員與京隆發電公司專工進行多次交流。據內部分析，該空預器積灰堵塞的原因主要有以下幾點：（1）燃煤特性（灰分、含硫量）大大超過設計值；（2）省煤器灰斗輸灰不通暢；（3）空預器低溫腐蝕。

南京常榮公司根據上述原因進行針對性地吹灰方案設計，其中，考慮到空預器低溫腐蝕發生在換熱元件冷端，此段工作溫度較低，設計采用低頻聲波吹掃；而燃煤灰分增加、省煤器輸灰等原因則直接對換熱元件熱端產生影響，此段工作溫度高，設計采用高頻聲波吹掃。因此在煙氣側、二次風側各安裝1臺奧笛牌可調頻高聲強聲波吹灰器。

#1機組空預器甲、乙的煙氣側入口各安裝高、低頻高聲強聲波吹灰器。設備安裝見圖2

安裝后的運行情況

在#1機組空預器安裝、運行可調頻高聲強聲波吹灰器后，于2014年5月7日重新啟動并網，同時#1機組蒸汽吹灰器每天運行1次。至2015年1月23日聲波吹灰器已運行8個多月，甲、乙壓差控制在滿負荷1.2KPa以內。

#2機組5月20日起爐后，由于未安裝可調頻高聲強聲波吹灰器，蒸汽吹灰器每天運行2次，至2015年1月23日已運行8個月，甲、乙兩側壓差滿負荷時達到1.2KPa。

圖3為安裝可調頻高聲強聲波吹灰器前、后八個月的#1機組滿負荷600MW運行時空預器煙氣側壓差變化，圖4為安裝了可調頻高聲強聲波吹灰器的#1機組和未安裝可調頻高聲強聲波吹灰器的#2機組近8個月的空預器壓差變化。

從圖3可以看出，未安裝可調頻高聲強聲波吹灰器時，#1機組空預器煙氣側的壓差波動較大，最大時達到了1700KPa，容易造成鍋爐總風量和爐膛負壓的大幅度擺動，影響機組運行安全。安裝奧笛牌可調頻高聲強聲波吹灰器后，可以看出壓差明顯降低，且在滿負荷時能保持穩定，保證了機組運行的安全性，同時也減少了引、送風機的電耗，降低了熱損，提高了鍋爐的熱效率。

從圖4可以明顯看出，未安裝可調頻高聲強聲波吹灰器的#2機組近8個月的空預器壓差上升速度高于安裝了可調頻高聲強聲波吹灰器的#1機組，證明可調頻高聲強聲波吹灰器的吹灰效果明顯優于蒸汽吹灰器。

實際應用情況表明，可調頻高聲強聲波吹灰器不僅能對空預器起到正常的吹灰作用，而且能逐步震落換熱元件上原先形成的結垢，較蒸汽吹灰器具有明顯改善。

2種吹灰器對比

吹灰原理

(1)可調頻高聲強聲波吹灰原理。高聲強聲波是一種機械波，空氣中的聲波使空氣分子產生振動，在邊界層振動的空氣分子帶動相鄰的介質分子振動，并產生2種效果，一種是聲能透射到相鄰介質中，,在介質中形成固體聲波，另一種由于空氣分子與相鄰介質分子之間的粘滯力，聲波相當于施加給相鄰介質一個作用力，使表面介質分子被聲波來回推拉。若吹灰頻率與灰垢共振頻率一致，將會產生吻合效應，這2種效果將更加明顯。

(2)蒸汽吹灰器吹灰原理。蒸汽吹灰器依靠蒸汽動能對積灰進行吹掃，一旦換熱元件內積灰較多就會導致動能加速衰減，因此對于卡澀在換熱片通道中的塊狀灰垢吹灰效果較差。

對換熱元件的吹損

該可調頻高聲強聲波吹灰器為能量型吹灰，不會對換熱元件造成吹損，蒸汽吹灰器為動能型吹灰，吹灰時蒸汽直接對換熱元件的沖擊力對造成換熱元件造成吹損。

可靠性對比

聲波吹灰器結構簡單，安裝便捷，配備自動程控系統，操控簡便、運行安全可靠。而蒸汽吹灰器故障率高,經常出現卡死、失靈及漏汽現象，設備經常停運，可靠性差，容易出現下列問題：

（1）蒸汽吹灰器的疏水管線腐蝕、泄漏嚴重。

（2）吹灰器限位開關失靈問題頻繁。

（3）吹灰器的吹灰蒸汽總閥由于動作頻繁,出現開關困難及內漏。

（4）蒸汽吹灰器疏水不暢容易加劇空預器器中間層蓄熱元件堵塞，如圖7所示。

經濟性對比

聲波吹灰器采用廠檢修用壓縮空氣作為工質來源，遠遠低于蒸汽吹灰器所需的蒸汽的運行成本，且在安裝、日常維護管理等費用上，高聲強聲波吹灰器遠低于蒸汽吹灰器，具有更好的經濟效益。

結論

近8個月的運行試驗實踐表明，可調頻高聲強聲波吹灰器能夠有效發揮對空預器的吹灰作用，并且能逐步清除原有的結垢，提高空預器換熱元件的清潔度，降低排煙溫度，降低風煙系統電耗，從而提高機組的安全性、可靠性、經濟性。

對比蒸汽吹灰器，可調頻高聲強聲波吹灰器具有不受熱交換器布置空間影響、聲波傳播均勻、衰減小、能夠有效清除鍋爐內各種受熱面及除塵板積灰結垢的優點，同時可調頻高聲強聲波吹灰設備安裝便捷、自動程控操作、維護量小，不但運行成本遠遠低于蒸汽吹灰器，而且運行大大提高安全可靠性。隨著性能的進一步提高和吹灰模式的優化，可調頻聲波吹灰器將逐漸取代蒸汽吹灰器。

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