可调频高声强声波吹灰器在600MW机组空气预热器的应用

摘 要：传统的空气预热器吹灰器一般采用蒸汽吹灰，蒸汽吹灰效果较差、维护难度较大，加上脱硝投运后产生大量的NH4HSO4，加剧了空气预热器的堵灰，造成空气预热器传热效率低、电流增加、烟气侧阻力增大。针对内蒙古京隆发电有限责任公司#1锅炉空气预热器积灰堵塞严重的问题，尝试使用新型可调频高声强声波吹灰器进行吹灰，使用后吹灰效果明显。空气预热器运行参数优于此前单独采用蒸汽吹灰器吹灰，解决了蒸汽吹灰器吹灰效果差和换热元件腐蚀吹损等问题，探索出一种新的空气预热器吹灰解堵方法。

关键词：锅炉；声波吹灰 ；空气预热器

概况

内蒙古京隆发电有限责任公司（以下简称京隆发电公司）2×600MW空冷机组#1，#2锅炉为亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉。锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角布置，切向燃烧，正压直吹式制粉系统，单炉膛，∏型紧身封闭布置，固态排渣，全钢架结构，平衡通风。锅炉设计煤种为准格尔矿煤，校核煤种为晋北代表煤。

每台炉配备2台32VI（50）-1930（2083）SMRC型三分仓回转式空气预热器（以下简称空预器），旋转方向为烟气→二次风→一次风。转子直径13492mm，受热面高度2083mm，一次风仓角度50°。采用3层换热元件，其高度、厚度、波型自上而下分别为:1000mm/0.5mm/DU，775mm/0.5mm/DU，305mm/1.0mm/NF6。高温段传热元件面积46917㎡,中温段传热面积36501㎡，低温段传热面积13092㎡，转子高度2680mm。燃用设计煤种热耗率验收（THA）工况和锅炉最大连续蒸发量（BMCR）工况一次风温分别为305℃，308℃；二次风温315℃，320℃。每台空预器上配备2台克莱德贝尔格曼伸缩式吹灰器。#1锅炉空预器于2014年4月7日安装了4台ENSG-G-Ⅲ型可调频高声强声波吹灰器，在近一年的时间里，通过不断测试分析和吹灰模式的优化，配合蒸汽吹灰器，吹灰效果良好。

情况分析

空预器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置，回收了烟气热量、降低了排烟温度，因而提高了锅炉效率（据计算，锅炉排烟温度每降低4.4℃，锅炉效率提高1%）；由于空气的预热强化了燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料的不完全燃烧热损失。空预器已成为现代锅炉的一个重要组成部分。

空预器按其传热方式大致可分为表面式和再生式2大类，再生式空预器由于具有回转结构，所以又称为回转式空预器，回转式空气预热器又可分为受热面旋转和风罩旋转2类。受热面旋转的回转式空预器又称为容克式空预器。

容克式空气预热器的工作原理为：转子的受热元件在烟气侧从烟气中吸收热量，通过空气侧时再将热量传递给空气。由于转子缓慢地旋转，传热元件交替地通过烟气侧和空气侧通道，当传热元件与烟气接触时吸收热量并积蓄起来，与空气接触时释放贮存的热量来加热空气，如此周而复始。

京隆电厂空预器设备及堵塞情况

京隆发电公司＃1锅炉安装2台容克式2-32VI（50°）-2083型三分仓回转式空预器。预热器采用反转方式，即一次风温低，二次风温高。每台空预器烟气侧热端、冷端各安装有1台克莱德贝尔格曼伸缩式吹灰器。吹灰时上、下吹灰器依次运行。空预器设备主要参数见表1。蒸汽吹灰器设计参数见表2。

#1炉2台空预器自2008年6月以来已经投运了近7年，在长周期运行期间，由于近两年煤炭市场紧张，入炉煤偏离设计煤种，灰份、硫份增加，空预器冷端腐蚀加剧，换热元件积灰、结垢逐渐严重，换热效率较低，空预器通风阻力增大，不仅增加了送风机、引风机、一次风机电耗，严重时引风机还会发生喘振，使机组出力受限，影响了机组长期安全、稳定、经济运行。

在#1机组脱硝系统投运后，由于不可避免的整体或局部喷氨过量，导致空预器冷端硫酸氢铵结垢腐蚀情况愈发严重，空预器压差居高不下，严重影响机组带负荷能力，增加了风机电耗。2013年京隆发电公司#1机组空预器乙侧曾因压差太大而导致被迫停炉并进行低压水冲洗，冲洗过程中发现换热元件吹损严重，同时积灰已经堵住了8块隔仓。由此可见，单纯的蒸汽吹灰器已经不能满足当前机组的正常运行需求。下图为#1机组空预器在安装可调频高声强声波吹灰器前运行的压差数据。

从图1可以看出，#1机组空预器运行7个月后压差增长速度极快，甲侧空预器压差（负荷600MW）从1.0KPa（2014-02-01）上升至1.3KPa（2014-03-04），增长了0.3KPa，在1个月内累计增长0.3KPa；乙侧空预器压差（负荷600MW）从1.1KPa（2014-02-01）上升至1.8KPa（2014-03-04），增长了0.8KPa，1个月内累计增长0.8KPa，直接影响了机组的安全性和经济性。

设备安装

可调频高声强声波吹灰器有别于传统的膜片式、板哨式、旋笛式吹灰器，其发声设备采用新型的电动调制气流扬声器，气流扬声器气声转化效率高于90%，声功率达到30000W，声压级突破160dB，实现了调频调幅，声波频率可在20～8000Hz间任意调节，通过测量，可针对不同积灰环境调整吹灰频率。且高声强声波吹灰器只针对积灰和积垢的频率发声，不会引发受热面本身及其支撑的震动，有效作用距离可达15m。主要性能参数见表3。

可调频高声强声波吹灰器的安装

项目实施之前，南京常荣公司技术人员与京隆发电公司专工进行多次交流。据内部分析，该空预器积灰堵塞的原因主要有以下几点：（1）燃煤特性（灰分、含硫量）大大超过设计值；（2）省煤器灰斗输灰不通畅；（3）空预器低温腐蚀。

南京常荣公司根据上述原因进行针对性地吹灰方案设计，其中，考虑到空预器低温腐蚀发生在换热元件冷端，此段工作温度较低，设计采用低频声波吹扫；而燃煤灰分增加、省煤器输灰等原因则直接对换热元件热端产生影响，此段工作温度高，设计采用高频声波吹扫。因此在烟气侧、二次风侧各安装1台奥笛牌可调频高声强声波吹灰器。

#1机组空预器甲、乙的烟气侧入口各安装高、低频高声强声波吹灰器。设备安装见图2

安装后的运行情况

在#1机组空预器安装、运行可调频高声强声波吹灰器后，于2014年5月7日重新启动并网，同时#1机组蒸汽吹灰器每天运行1次。至2015年1月23日声波吹灰器已运行8个多月，甲、乙压差控制在满负荷1.2KPa以内。

#2机组5月20日起炉后，由于未安装可调频高声强声波吹灰器，蒸汽吹灰器每天运行2次，至2015年1月23日已运行8个月，甲、乙两侧压差满负荷时达到1.2KPa。

图3为安装可调频高声强声波吹灰器前、后八个月的#1机组满负荷600MW运行时空预器烟气侧压差变化，图4为安装了可调频高声强声波吹灰器的#1机组和未安装可调频高声强声波吹灰器的#2机组近8个月的空预器压差变化。

从图3可以看出，未安装可调频高声强声波吹灰器时，#1机组空预器烟气侧的压差波动较大，最大时达到了1700KPa，容易造成锅炉总风量和炉膛负压的大幅度摆动，影响机组运行安全。安装奥笛牌可调频高声强声波吹灰器后，可以看出压差明显降低，且在满负荷时能保持稳定，保证了机组运行的安全性，同时也减少了引、送风机的电耗，降低了热损，提高了锅炉的热效率。

从图4可以明显看出，未安装可调频高声强声波吹灰器的#2机组近8个月的空预器压差上升速度高于安装了可调频高声强声波吹灰器的#1机组，证明可调频高声强声波吹灰器的吹灰效果明显优于蒸汽吹灰器。

实际应用情况表明，可调频高声强声波吹灰器不仅能对空预器起到正常的吹灰作用，而且能逐步震落换热元件上原先形成的结垢，较蒸汽吹灰器具有明显改善。

2种吹灰器对比

吹灰原理

(1)可调频高声强声波吹灰原理。高声强声波是一种机械波，空气中的声波使空气分子产生振动，在边界层振动的空气分子带动相邻的介质分子振动，并产生2种效果，一种是声能透射到相邻介质中，,在介质中形成固体声波，另一种由于空气分子与相邻介质分子之间的粘滞力，声波相当于施加给相邻介质一个作用力，使表面介质分子被声波来回推拉。若吹灰频率与灰垢共振频率一致，将会产生吻合效应，这2种效果将更加明显。

(2)蒸汽吹灰器吹灰原理。蒸汽吹灰器依靠蒸汽动能对积灰进行吹扫，一旦换热元件内积灰较多就会导致动能加速衰减，因此对于卡涩在换热片通道中的块状灰垢吹灰效果较差。

对换热元件的吹损

该可调频高声强声波吹灰器为能量型吹灰，不会对换热元件造成吹损，蒸汽吹灰器为动能型吹灰，吹灰时蒸汽直接对换热元件的冲击力对造成换热元件造成吹损。

可靠性对比

声波吹灰器结构简单，安装便捷，配备自动程控系统，操控简便、运行安全可靠。而蒸汽吹灰器故障率高,经常出现卡死、失灵及漏汽现象，设备经常停运，可靠性差，容易出现下列问题：

（1）蒸汽吹灰器的疏水管线腐蚀、泄漏严重。

（2）吹灰器限位开关失灵问题频繁。

（3）吹灰器的吹灰蒸汽总阀由于动作频繁,出现开关困难及内漏。

（4）蒸汽吹灰器疏水不畅容易加剧空预器器中间层蓄热元件堵塞，如图7所示。

经济性对比

声波吹灰器采用厂检修用压缩空气作为工质来源，远远低于蒸汽吹灰器所需的蒸汽的运行成本，且在安装、日常维护管理等费用上，高声强声波吹灰器远低于蒸汽吹灰器，具有更好的经济效益。

结论

近8个月的运行试验实践表明，可调频高声强声波吹灰器能够有效发挥对空预器的吹灰作用，并且能逐步清除原有的结垢，提高空预器换热元件的清洁度，降低排烟温度，降低风烟系统电耗，从而提高机组的安全性、可靠性、经济性。

对比蒸汽吹灰器，可调频高声强声波吹灰器具有不受热交换器布置空间影响、声波传播均匀、衰减小、能够有效清除锅炉内各种受热面及除尘板积灰结垢的优点，同时可调频高声强声波吹灰设备安装便捷、自动程控操作、维护量小，不但运行成本远远低于蒸汽吹灰器，而且运行大大提高安全可靠性。随着性能的进一步提高和吹灰模式的优化，可调频声波吹灰器将逐渐取代蒸汽吹灰器。

参考文献：

[1]马大猷.调制气流声源的原理[J].物理学报，1974，23（1）：17-26.

[2]田静，闰贵富.声波吹灰技术的应用研究[J].声学学报，1997(5)：469-473.

[3]姜根山,辛晓东，田静.声波除灰的能量传播优势[J].中国电力，1999，32(9):32-33.

[4]钟毅，高翔，霍旺，等.湿法烟气脱硫系统气—气换热器的结垢分析[J].动力工程，2008(2):275-278.

延伸阅读：

常荣声学：狮吼功真的存在吗？