淺析鍋爐吹灰優化在實際中的應用

黃河

（神華國華北京熱電分公司，北京 100025）

1 吹灰方案現狀及存在問題

目前在我分公司鍋爐蒸汽吹灰方案的制訂方面，是根據鍋爐制造單位所提供的設計說明書中的要求以及我分公司燃用神華煤的實際情況所制訂，這些做法實際上只是取決于鍋爐值班員以往經驗，人為因素起了相當大的作用。因為，鍋爐制造單位在設計鍋爐時，根據設計煤質的特性，結合以往已有經驗，在設備結構方面已采取了必要的技術措施，以防止受熱面沾污積灰、結渣。根據燃用煤質的不同，設計方面采取的技術措施不同，吹灰只是作為一種輔助手段，是對技術措施的補充。因此，電廠在制訂吹灰方案時，應根據本廠設備的實際運行情況，否則將可能出現一些負面影響，眾所周知，低負荷運行時，爐內溫度水平相對較低，爐內受熱面上的部分灰渣將自行脫落。而對大多數鍋爐設備來講，爐膛沾污積灰甚至結渣恰恰是影響排煙溫度的主要因素。在這種情況下，無選擇的按規定每班吹灰1次，顯然將導致能源浪費，受熱面管壁磨損減薄，甚至也是導致鍋爐受熱面爆管的原因。有些電廠規定每天吹灰1次，且要求吹灰時，鍋爐負荷一般應高于額定負荷的50%左右，這樣運行人員基本將吹灰安排在每天上午，在此時間段吹灰，顯然針對性相對較差，能源浪費較多，原因是：一般來講，每天0時至6時左右，鍋爐大都在半負荷或者更低負荷運行，在此期間爐內溫度水平相對較低，爐內受熱面上的大部分灰渣已自行脫落；善于觀察總結的運行人員根據運行情況確定何時吹灰，吹哪一部分受熱面，雖也有一些人為因素，但其針對性比上述情況相對較好。

2 制訂吹灰方案應考慮的因素

制訂合理的吹灰方案，應綜合考慮吹灰所用蒸汽的能量損耗、吹灰器所用驅動裝置的能量損耗、吹灰器磨損、吹灰后鍋爐效率的提高即吹灰后鍋爐運行時節省的能量，鍋爐運行的安全性以及因吹灰而造成受熱面管壁磨損、管子使用壽命縮短等情況，即將所有因素都折合成經濟成本，這樣經濟成本最小時的吹灰時間間隔即為最佳吹灰周期。由于目前就吹灰對管壁壽命的影響及吹灰器磨損等因素，還難以給出定量關系，即難以折算成經濟成本。本文將主要從如何使吹灰所用蒸汽的能量損耗相對較少，而使吹灰后由于鍋爐效率的提高，所節省的能量相對較多，即主要從能量增益方面，并兼顧考慮受熱面管使用壽命等因素來討論如何制訂吹灰方案。

3 吹灰優化技術在實際中的應用

吹灰過程是用一定量的蒸汽能量消耗來改善受熱面的清潔程度，以提高換熱效果，吹灰周期較短即吹灰次數較多，會影響受熱面的壽命，并帶來不必要的能量消耗，但吹灰周期過長，又會使排煙溫度升高，使運行經濟性變差。因此根據鍋爐運行情況存在一最佳吹灰周期，按此進行吹灰，將使能量損耗最小。我分公司四臺鍋爐經過幾次燃燒器技術改造，噴氨系統的投入使用，以及#2、#3爐SCR系統的試運行。吹灰方案急切改進，以下簡單介紹幾家科研單位對吹灰優化所作的研究項目：

3.1 華北電力大學（保定）：自1997年開始承擔國家電力公司重點科技項目在國內率先進行了燃煤電站鍋爐受熱面污染監測理論與實踐的研究工作。經過多年研究，開發出了“大型燃煤電站鍋爐受熱面污染監測及吹灰優化系統”。該系統能夠對鍋爐受熱面結渣積灰進行監測，實現優化吹灰。到目前為止，該系統已經在國內8個電廠15臺機組上成功投運，并取得了一定的效果。

3.2 浙江大學熱能工程研究所：1998年起開始燃煤鍋爐智能吹灰優化的科技攻關。智能吹灰優化系統是基于浙江大學多年爐內三維溫度場重建和燃燒診斷方面的研究成果，該系統以爐內溫度場重建和輻射能測量來指導輻射受熱面吹灰，以神經網絡技術來指導對流受熱面吹灰，通過對受熱面清潔因子監測的方法，實現對鍋爐本體輻射受熱面和對流受熱面的積灰結渣狀況的監測，并對吹灰的程序進行指導。首次在嘉興電廠300MW燃煤電站鍋爐上獲得成功應用。

3.3 美國電力研究院（EPRI）研制了用于鍋爐吹灰的智能吹灰器：鍋爐智能吹灰器在美國田納西州BULLRUN電廠鍋爐（6400000LB/h）上使用效果很好，鍋爐吹灰次數減少，鍋爐效率提高，延長鍋爐受熱面的使用壽命。智能吹灰方式：鍋爐吹灰器實現智能綜合控制吹灰，達到“吹凈”和沒有“過吹”的目的，實現設備安全和經濟運行。自動控制考慮如下因素：第一屏式過熱器安裝測重儀測量結焦重量；采用紅外線測量爐膛出口煙氣溫度；煤質分析采用在線測量，每8秒鐘采樣一次；用激光二級管測量CO、O2含量；從機組DCS中提取有關機組負荷等數據，綜合控制鍋爐吹灰，達到減少鍋爐吹灰次數，而且控制鍋爐結焦和積灰。同時達到鍋爐燃燒優化。鍋爐智能吹灰器可以用燃氣、蒸汽做介質。

目前，我熱電分公司#4爐使用的吹灰優化系統是華北電力大學（北京）：開發出以神經網絡為核心的鍋爐吹灰實時監測系統，對鍋爐受熱面積灰、結渣進行在線監測。在機組DCS中實現對鍋爐水冷壁管壁、鰭片溫度在線監測，設定臟污程度報警，使運行人員能對爐內各部分的沾污積灰情況有直觀了解，更有針對性的進行吹灰，其效果將更好。而且在DCS中可查詢每點溫度的變化趨勢，每個吹灰器的使用次數。這為熱力試驗人員提供了詳細的技術數據，為鍋爐的經濟運行、運行調整和事故處理提供必要的依據。吹灰汽源的選擇：目前吹灰汽源一般取自屏式過熱器入口的主汽汽源，通過減壓后供吹灰；通過優化吹灰參數的試驗，可以考慮有些部位，例如空預器，改為再熱器冷段低溫汽源。

4 優化后節能效果預測

以智能吹灰為例，應用效果如下：（1）鍋爐水冷壁管故障平均時間，從54天增加到76天，故障間隔天數增加41%。（2）在鍋爐吹灰過程中，金屬溫度差最大從169℃降到102℃，達到了40%。（3）鍋爐吹灰器平均吹灰頻率降低了50%。（4）鍋爐水冷壁最高點溫度從520℃降低到497℃。（5）鍋爐再熱器減溫水噴水量降低了33%。（6）在鍋爐每個燃燒室內，再熱器金屬溫度降低了7℃和3℃。

一般來講，全面吹灰一次，在吹灰過程剛結束時，因設備不同，鍋爐排煙溫度可比吹灰前降低15℃左右，鍋爐效率提高約1個百分點左右。此后隨著運行時間的增加，受熱面重新被沾污積灰、甚至結渣，排煙溫度又進一步升高，經過若干小時，排煙溫度就又達到吹灰前的溫度水平，此時有些鍋爐設備可能出現隨著運行時間的進一步增加，排煙溫度基本不變或升高速度非常緩慢的情況，即進入一種自平衡狀態，在這種情況下，吹灰還是不吹，以及何時吹灰，不僅要考慮能量增益，還要綜合考慮吹灰對蒸汽參數及管壁壽命的影響，更要考慮對運行安全性的影響，此時便可通過分析水冷壁上管壁與鰭片的溫度來對爐內積灰情況判斷。爐內沾污積灰比較均勻，無大焦塊形成，不會影響運行安全。再從運行參數看，暫時不吹灰能量損耗也較小，那么，從延長管壁壽命來考慮，就可將吹灰間隔延長，否則就應進行吹灰。對于尾部受熱面吹灰，則主要根據能量增益和運行參數決定。

[1]岑可法，樊建人，池作和，沈珞嬋.鍋爐和熱交換器的積灰、結渣、磨損和腐蝕的防止原理和計算[M].科學出版社，1994.