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图一、激波清灰
2.2.2蒸汽吹灰
蒸汽吹灰是利用伸缩式蒸汽吹灰器将经过减压后的过热蒸汽喷入受热面管屏各级间间隔,利用蒸汽的吹扫和冲击去除管束表面积灰。蒸汽清灰主要分为蒸汽声波清灰器[1]、伸缩式蒸汽吹灰器和固定旋转式蒸汽吹灰器,垃圾发电厂主要使用的是长伸缩式蒸汽吹灰器。蒸汽吹灰系统通常由蒸汽供应及减压系统、吹灰器系统、吹扫密封系统和控制系统组成。伸缩式管子由电机驱动前进深入炉内吹灰区域,吹灰管管子配有喷头,深入炉内的同时管子旋转带动喷头增加吹扫面积,因蒸汽冲击力强,外加吹扫管深入炉内并旋转吹扫,因此蒸汽吹灰的吹扫范围大,吹扫效果好。蒸汽吹扫需消耗部分蒸汽,带走部分热量,投运时需要先送汽和疏水,操作较复杂,吹扫枪管伸缩运动时易发生卡涩、蒸汽系统易发生泄漏,故障率较高,维护工作量较大。高温蒸汽易吹伤受热面管子,喷口正对的管束需加装防磨瓦防止管屏被吹伤。蒸汽吹灰的另一缺点是蒸汽降温后可能在烟囱等局部区域凝结,加剧设备腐蚀,蒸汽吹灰时烟气含水率会增加。另外,吹灰疏水具有间断性的特点,蒸汽吹灰排汽损失大
[2]。蒸汽清灰装置现场照片见图二。
图二、蒸汽清灰
2.2.3机械振打清灰
机械振打清灰是利用布置在炉外的机械振打装置通过振打杆击打炉内集箱端头,通过击打振动抖落管束积灰。机械振打系统可分为小车行进振打系统或单个振打器独立控制的振打系统。机械振打清灰系统通常由压缩空气供应分配系统、振打器系统、空气密封系统、控制系统等组成。小车振打系统可以对激波和蒸汽吹灰系统难以有效清灰的水平烟道各级蒸发器、过热器顺烟气方向的中间部分管屏进行清灰,因蒸汽清灰和激波清灰喷嘴通常布置在各级管屏组间的间隔,冲击力到达各级受热面的内部密集管排区域时已是强弩之末,清灰力度有限,存在吹扫死区,这时位于两侧集箱端头的振打头的敲打则可以达到较好的清灰效果。总体而言,机械振打清灰效果不如激波和蒸汽吹灰覆盖面广,清灰整体效果相对较差,对管屏集箱的击打可能造成疏水管等结构受损,造成承压部件泄露。但机械振打不需要消耗乙炔和蒸汽,只需要适当的压缩空气供给即可,运行操作安全可靠,对于管屏布置密集,清灰要求高的炉子可发挥有效的补充清灰作用。因长期机械振打,受热面管屏下集箱角焊缝处易产生裂纹,锅炉发生泄漏的几率加大[3],因此机械振打清灰不建议作为主清灰方式长期频繁使用。机械振打清灰装置现场照片见图三。
图三、机械振打
2.2.4水力清灰
又叫喷淋清灰。在锅炉内部比较宽敞的受热面间隔内将水雾化并以适当的角度喷射到受热面之间的空间及受热面管屏上,水雾快速蒸发形成汽流冲击扰动及部分水雾渗透积灰内部并快速蒸发,突然膨胀从而导致受热面表面的积灰结焦层开裂并脱落,从而达到清灰的目的。水力喷淋清灰一般用于大型垃圾焚烧炉的第二三烟道清灰。在需要水力清灰的二三竖直烟道炉顶设置水力清灰口,设刀闸阀控制开闭。清灰设备将软管和喷嘴头沿运动轨道按要求逐个定位喷淋清灰口,在喷嘴头靠近入口装置时,入口处的刀闸阀连锁开启,喷嘴头垂直沿竖直烟道上下往返一次并同时喷出设定压力的水雾。喷淋流量由流量测量装置和变频水泵控制。吹扫过程中有密封风防止烟气沿导向管漏出。水力清灰对吹扫范围内的锅炉受热面进行清灰,使用范围受限,不适用于过热器等管壁温度较高的管屏清灰。
2.3各种清灰方式优劣比较
3.垃圾焚烧余热炉清灰方式运行优化分析
3.1从清灰效果—保证锅炉长周期运行分析
锅炉清灰效果不佳,日积月累烟气阻力达到一定程度时将不得不停炉检修,因此选择何种清灰方式运行首要考虑的便是清灰效果,清灰的范围和彻底度能保证锅炉换热和烟气通流的要求。从这方面考虑,激波清灰或蒸汽吹灰是首选项也是必选项,蒸汽吹灰和激波清灰二者选其一通常便能保证锅炉正常性能要求,保证在锅炉年度大小修前不因受热面积灰而停炉或降出力运行。而只选用机械清灰则难以达成此目标。以蒸汽清灰或激波清灰作为主清灰方式再辅以一种或几种其他清灰方式则可以达到优异的清灰效果,锅炉运行效率会明显提高。
3.2从清灰运行经济性分析
从运行经济成本角度考虑,达到同样的清灰效果的情况下,我们按激波清灰所需要消耗的乙炔气体成本和将蒸汽清灰需要消耗的蒸汽按汽机发电汽耗率换算成发电量和消耗的除盐水成本来进行计算比较。根据炉子大小和结构形式每炉每月乙炔成本在两千至三千元不等,蒸汽耗量因为吹扫时间短,流量也不高以至于大部分垃圾电厂均未装设蒸汽吹灰用汽流量计,通过吹灰用汽期间的发电机负荷来判断,对发电量影响很小,几乎可以忽略。因两种主要的清灰方式整体运行成本均不高,占电厂检修维护和运行成本的比率极低,因此运行成本可不作为选择如何清灰方式的主要考虑因素。
3.3从安全性和设备维护保养角度分析
从安全性角度考虑,激波清灰所用乙炔属易燃易爆物质,安全风险高,管理标准高,日常巡检维护及物资运输及出入库管理严格,乙炔需要采购运输,乙炔站需要作为重点防火部位进行管理,整个乙炔系统的检修维护工作需要办理一级动火票,需要消耗较多的人力及精力进行日常管理。蒸汽吹灰需要消耗过热蒸汽,但蒸汽从锅炉自身主蒸汽母管接管引出取用,省去了采购的商务流程及物资运输和库存管理的麻烦。因蒸汽吹灰取用高温高压蒸汽减压后供给各吹灰器,蒸汽管路存在泄漏风险,因此蒸汽吹灰依然存在安全风险,但是安全管理难度较激波乙炔系统要小。
激波清灰和蒸汽吹灰的日常检修维护工作量差距不大,均需要加强日常巡检和维护。激波清灰的乙炔供应分配系统需要注意日常巡检,防止受损泄露,激波点火罐及其出口至炉内的脉冲导管存在高温冲刷和腐蚀的工作环境,属于耗损部件,需要定期检查更换。乙炔和压缩空气的供应分配及混合管路控制阀门及仪器仪表众多,点火塞和调节控制系统等精密电控设备较多,对检修维护人员的专业水平要求较高。蒸汽吹灰工艺系统相对简单一些,但吹灰器属于传输蒸汽的运动部件,故障率相对较高,不严密导致的蒸汽泄露风险较大。另外,锅炉激波清灰喷口及蒸汽清灰喷口均需要在正对的首排受热面加设防护瓦,避免吹损受热面管子。
激波清灰工作时现场噪音会很大,容易造成人员受到惊吓。其他清灰方式对现场环境的影响相对温和。
小车振打和水力清灰运行安全风险较小,安全管理难度相对较低,检修维护工作量比两种主清灰方式略低。
3.4建设期设备投资角度分析
激波清灰需要建设乙炔站,管路布置长,精密部件较多,投资较大。蒸汽吹灰需要在主蒸汽管道上开口,施工技术要求高,蒸汽减压阀及吹灰器的成本较高。
小车振打清灰系统投资相对较低。
3.5建议的垃圾焚烧余热炉清灰方式建设配置及运行优化方案
垃圾焚烧发电厂既要安全环保可靠的处理生活垃圾,又要保证高效率发电,因此保证主设备安全稳定可靠运行是需要首先保证的,蒸汽吹灰和激波清灰两种主清灰方式因其出色的清灰效果均可作为垃圾发电厂的首选清灰方式,综合考虑蒸汽清灰略有优势。为保持更持久的长周期运行水平、提高电厂运营管理水平和配置标准,以及保障垃圾发电厂更出色的锅炉运行效率,建议锅炉清灰方式配置采取以一种到两种主清灰方式交错布置再辅以一到两中辅助清灰方式的配置方案。对于配置多重清灰方式的垃圾发电厂,建议激波清灰和蒸汽吹灰每天各工作一次,小车振打每周工作一次,主清灰方式保证普遍全面的清灰,小车振打通过对激波和蒸汽吹灰冲击力较弱的各级受热面中间管排集箱端头的击打,可以让各级中间位置的管屏也得到良好的清灰效果。清灰的效果和频次需要通过每次清灰时观察锅炉灰斗下部输灰装置的下灰量来判断和调整,从而达到最优的组合方式。对于清灰系统的配置和运行方式效果的最终判定还需要通过锅炉运行烟风道阻力及停炉检修时对受热面积灰的观察来评估,从而为运行方式和检修及技改提供依据。
结论
综上所述,在垃圾发电厂的设计建设和运营过程中,结合电厂的建设运营标准定位及对可靠性和长周期的要求,通过合理的配置锅炉的清灰方式和合理调配各种清灰方式的运行搭配,可以起到保证锅炉运行效率,避免因锅炉积灰导致运行效率低、锅炉压负荷和停炉的风险。通过合理的设计和高效的锅炉清灰系统运行和维护可以达到良好的经济效益和安全稳定运行水平。
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