移動式聲波吹灰器在660 MW機組鍋爐省煤器的應用

邢軍，何超，舒忠平

(1.神華國能哈密花園電廠，新疆 哈密 839000； 2.南京常榮聲學股份有限公司，南京 210000)

0 引言

省煤器是安裝于鍋爐尾部煙道下部，用于回收排煙余熱的一種裝置，由省煤器管屏、換熱管排、進口集箱和出口集箱組成。它可以吸收高溫煙氣的熱量，降低鍋爐的排煙溫度，達到節省能源、提高鍋爐效率的作用[1]。某電廠660 MW機組鍋爐用煤量超過設計標準且摻燒其他煤種，造成灰分增多。省煤器受熱面位于鍋爐上部第一煙道出口處，大量飛灰在省煤器上部堆積，并和吹灰蒸汽結合形成近200 mm的灰片，堵塞了屏間距，降低了換熱效率[2]，并且容易造成后續的選擇性催化還原(SCR)脫硝流場紊亂、爐膛阻力增大等情況[3]。

1 傳統的吹灰方法

省煤器常用的吹灰設備包括蒸汽吹灰器、燃氣脈沖吹灰器、旋笛吹灰器。然而在大型機組的實際運用中，這幾種吹灰器都有明顯的不足[4]。

蒸汽吹灰器是該電廠省煤器原先采用的吹灰設備。蒸汽吹灰器采用高壓蒸汽作為介質進行動能型吹灰，高壓蒸汽直接作用于對換熱元件，使換熱管受到不同程度的吹損[5]。并且吹灰器機頭閥門和吹灰槍管頻繁發生卡澀，使吹灰蒸汽泄漏入爐內，對固定位置的換熱元件長期吹灰，進一步增加了換熱管的吹損風險，影響鍋爐的安全穩定運行[6]。

燃氣脈沖吹灰器由于工作介質為可燃氣體，存在一定的安全隱患。如果設計結構不合理或者操作不當，易引起可燃氣體泄漏[7]。

傳統旋笛吹灰器利用聲場能量的作用，阻止并破壞粉塵與熱交換面的結合。聲波能量在傳播中會隨著波束的發散、吸收、反射、散射等而衰減，導致該種吹灰器效能難以應對大型機組鍋爐省煤器大范圍的積灰問題[8]。

本文針對大型機組的省煤器積灰問題，探索出一種全新的移動式聲波吹灰器，有效地解決了該問題。

2 移動式聲波吹灰器介紹

2.1 概述

移動式聲波吹灰器是以壓縮空氣為吹掃介質的聲波除灰設備。發聲裝置依靠驅動機構的帶動在爐膛內以直線軌跡運動，并發出強聲波。強聲波利用振動疲勞高速破碎、剝離積灰，壓縮空氣可以將松動脫落的積灰帶走[9]。傳統聲波吹灰器都采用固定式安裝方案，發聲點不能移動，聲波到達較遠換熱元件會有不可避免的衰減。移動式聲波吹灰器行程6 m，增加了傳統聲波吹灰器的作用范圍。

2.2 設計參數

吹灰管前端的發聲裝置采用哈特曼哨發聲器，從聲波發生器噴口噴出壓縮空氣，當噴嘴的射流與諧振腔發生共振時，會產生頻率等于諧振腔本征頻率的聲波作用于換熱元件[10]。聲波與壓縮空氣作用方向為360°，減速電機作為行進機構帶動吹灰槍管前后移動，吹灰器的運行速度和吹灰壓力等可根據積灰情況調節。根據經驗，換熱元件附近聲場達140 dB，換熱元件表面的積灰可以被有效地清除[11]。移動聲波吹灰器性能參數見表1。

2.3 設備的安裝

該電廠省煤器主體長寬為21 m×21 m，前后各伸出10 m的平臺，上下兩層。移動聲波吹灰器的布置點位設置在兩層管排之間。為保證吹灰器與現場其他設備無相互干擾和聲場的全覆蓋，在每層平臺各設置5臺移動聲波吹灰器，前后兩側平臺吹灰器對稱布置，吹灰管之間間隔約3 m，如圖1所示。

移動式聲波吹灰器框架由方管焊接完成。H型鋼焊接在框架頂部，作為行進軌道。行進小車懸掛在軌道上，通過滾輪前后移動。H型鋼底部焊接齒條，齒條與小車上減速電機輸出軸上的齒輪相互嚙合，當減速電機輸出軸轉動時，會帶動小車前后移動。

小車前端通過法蘭與吹灰管連接，吹灰管會帶著前端的哈特曼哨發聲裝置隨著小車行進或者后退。

框架與爐墻是通過爐墻吊耳連接。該連接方式可以保證在爐體冷態/熱態變化時，框架前端會隨爐壁的膨脹同步移動，從而防止由吹灰管與爐壁上開孔錯位導致的吹灰槍卡澀。

表1 移動聲波吹灰器基本性能參數Tab.1 Basic performance parameters of the mobile sonic soot blower

圖1 移動聲波吹灰器布置

Fig.1 Layout of mobile sonic soot blower

框架后部采用的是吊耳螺栓懸吊，如圖2所示，吊耳螺栓根據實際安裝的需求，可對設備進行高度上的調整，調整范圍為200 mm。

2.4 移動聲波吹灰器的控制系統

基于可編程邏輯控制器(PLC)的移動式聲波吹灰器控制系統控制20臺移動式聲波吹灰器的工作。20臺移動聲波吹灰器編號分別為#1，#2，#3，…，#20，以前/后側平臺對稱布置的2個吹灰器為1組，分為#1/#11，#2/#12，…，#10/#20，共計10組。系統通過4臺變頻器調整20臺移動式聲波吹灰器的行走速度。在正常運行時，系統分為串行和并行2種運行方式：在串行運行時，每組移動式聲波吹灰器同步行走，所有移動式聲波吹灰器的運行順序任意可調，每組吹灰器的運行速度及運行時間可調；并行運行時，系統可以控制2組移動式聲波吹灰器同步行走，所有吹灰器的組合方式可以任意搭配，組合后的吹灰器的運行順序任意可調，每組吹灰器的運行速度及運行時間可調。

圖2 移動式聲波吹灰器

Fig.2 Mobile sonic soot blower

不論串行還是并行運行，移動式聲波吹灰器都有步進運動和連續運動2種工作模式。在步進運動模式下，吹灰器的行走速度、行走時間和間隔時間均可調。在連續運動模式下，吹灰器的行走速度可調，前進和后退之間的切換時間可調。

每臺吹灰器上設置2個限位開關，一個是指示前進到位的前端限位開關，一個是指示后退到位的后端限位開關。無論吹灰器處在串行或是并行運行模式，吹灰器吹灰管往前運行至前端限位開關后，停止前進，反向后退行走。吹灰器后退運行至后端限位開關后就停止后退，同時準備前進行走，如此循環往復。

20臺移動式聲波吹灰器可以全部都參與運行，也可以部分參與運行。若一組中有1臺吹灰器不參與運行，不影響該組另一臺吹灰器的運行；一組中的2臺吹灰器均不參與運行，不會影響其余組吹灰器的運行。移動式聲波吹灰器系統電氣控制示意圖如圖3所示。

圖3 系統電氣示意

Fig.3 System electrical schematic

3 設備作用與效果

該電廠660 MW機組原采用蒸汽吹灰器。蒸汽吹灰器在運行期間曾發生過可靠性的問題，如吹灰槍管卡澀、吹損換熱管排、吹灰管嚴重變形等。因此，蒸汽吹灰器一直沒有被電廠充分的使用。同時，蒸汽吹灰器的作用受到管排的阻擋，作用范圍只停留在靠近吹灰槍管的一層管排。最后造成鍋爐省煤器部位積灰非常嚴重，如圖4所示。

圖4 省煤器換熱管積灰

Fig.4 Economizer heat transfer tube ash plot

移動式聲波吹灰器自2016年安裝后一直穩定運行至今，通過移動式聲波吹灰器的吹掃，省煤器部位換熱管排上的積灰明顯減少，如圖5所示。

圖5 設備運行后管排積灰情況

Fig.5 Accumulate grime after theoperation of device

同時，通過監測，省煤器的前管排流阻由改造前的239 Pa降低到了183 Pa，省煤器流動阻力降低了56 Pa，不僅減小了引風機的負荷，還降低了引風機耗電量，同時管排的換熱效率有了一定的提升，增加了鍋爐的熱效率[12]。

另外，移動聲波吹灰器投入運行后，管排的換熱效率隨著排煙溫度的下降而升高，鍋爐熱效率也得到提升。經計算，一般排煙溫度每降低10 ℃，鍋爐熱效率提升0.52%[12-13]。該電廠移動聲波吹灰器投運后，排煙溫度下降了7～10 ℃，鍋爐熱效率上升了0.35%～0.52%(即平均提高了0.44%)。

4 結論

從上述分析可以得出以下結論。

(1)因為大型機組鍋爐省煤器部位的特殊性，易導致換熱管積聚干灰，需安裝既能滿足大面積吹灰需求又能避免對鍋爐換熱組件造成吹損的吹灰器。傳統蒸汽吹灰器、燃氣脈沖吹灰器，旋笛吹灰器都有一定的弊端，不能滿足大型機組吹灰的需求。

(2)移動聲波吹灰器能夠較好的結合聲波作用無吹損和移動機構減少聲波遠距離衰減的特點。通過監測證明，移動聲波吹灰器定期運行能夠有效去除大型機組中省煤器管排上的積灰。

(3)移動聲波吹灰器投運后，降低了管排間氣流的流動阻力，提高了鍋爐的熱效率。移動聲波吹灰器在某電廠660 MW機組鍋爐省煤器部位應用1年后，監測結果表明，移動式聲波吹灰器能夠有效清除大型機組省煤器部位積灰，提高了換熱元件的清潔度，降低了風煙系統電耗，提高了換熱效率，降低排煙溫度，從而提高了機組的可靠性、經濟性。