蒸汽聲波吹灰器與伸縮式蒸汽吹灰器原理、效果及經濟型對比分析

褚帥

摘 要：我廠8號機組A修將尾部受熱面由傳統的伸縮式蒸汽吹灰變為了新型蒸汽聲波吹灰，運行半年觀察在安全運行、吹灰效果方面均良好。本文首先對傳統的伸縮式蒸汽吹灰與新型的蒸汽聲波吹灰原理進行了論述，對兩種吹灰方式在安全運行、吹灰效果、節能等方面進行了對比分析，并將兩種吹灰器耗汽量進行統計折合成標煤以及安全維護成本等節能效益方面進行了專題分析，論證了新型蒸汽聲波吹灰器在這幾方面具有的優勢。

關鍵詞：蒸汽聲波吹灰;吹灰原理;尾部受熱面差壓;耗汽量分析;折標標煤

0前言

托電公司8號機組鍋爐由東方鍋爐（集團）股份有限公司制造，型號為DG2070/17.5-Ⅱ4。該爐為亞臨界參數、自然循環、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、尾部雙煙道、緊身封閉、全鋼構架的型汽包爐，最大連續蒸發量為2070 t/h。鍋爐保證效率（BMCR）：93.44%。鍋爐（BMCR）燃煤量：316.27 t/h（設計煤種）。

8 號鍋爐于2019年底利用A修機會在尾部煙道新增24 組內置陣列式高聲強蒸汽聲波吹灰器，替代相應的長伸縮式蒸汽吹灰器，原長伸縮式蒸汽吹灰器留作備用，不拆除。新增蒸汽聲波吹灰器布置在尾部煙道換熱器管排上方，由專用支架固定，每組由16 臺高聲強聲波吹灰器組成。新增尾部煙道聲波吹灰系統由汽源系統、吹灰系統、控制系統、管道系統組成，吹灰介質為蒸汽，汽源取自再熱蒸汽冷端，設置手動一次門1 臺、手動二次門1 臺，電動三次門1 臺。

1.兩種吹灰器吹灰原理論述

1.1傳統蒸汽吹灰器基本原理

8號鍋爐尾部煙道原吹灰方式為傳統的長伸縮式蒸汽吹灰器和半長伸縮式蒸汽吹灰器，利用水蒸氣的自由射流沖擊力消除受熱面積灰，吹灰汽原取自主蒸汽管道，吹灰壓力1.8MPa。吹灰時長達6-9米的中空伸縮螺旋桿深入鍋爐中，伸縮管頭部分布有兩個φ27的噴嘴，伸縮管深入爐膛的同時吹灰槍提升閥打開，蒸汽出口開始噴出蒸汽，對受熱面進行吹掃，伸長到最大限度后開始返回，如此反復，完成對受熱面積灰的吹掃過程。

1.2內置陣列式高頻高聲強聲波吹灰器的基本原理

蒸汽聲波吹灰是針對燃煤鍋爐吹灰領域而研究開發的一種非接觸式聲波吹灰技術，是國內能夠布置在鍋爐換熱器內部的聲波吹灰器。該技術利用能量轉換原理，將一定壓力的蒸汽通過無機械轉動結構的聲波發生器，通過陣列方式布置的聲波吹灰器組，利用瞬間的高聲強聲場能量的作用，聲波的折射、反射、繞射，迫使積灰受到每秒數千次的持續聲波能量作用，這種每秒數千次沖擊與振動的作用使積灰產生聲致疲勞、斷裂效應，迫使積灰與換熱器管道剝離、脫落，隨煙氣流走。內置陣列式高聲強蒸汽聲波吹灰器安裝圖如圖1所示。

2、兩種吹灰器優缺點對比

2.1傳統的伸縮式蒸汽吹灰優缺點

傳統的伸縮式蒸汽可以布置在鍋爐的各個部位，能對爐膛、水平煙道和尾部豎井受熱面進行吹灰，對積渣性強，灰熔點低和較粘的灰有較好的效果。

實際應用中，吹灰器經常發生吹灰槍進退卡澀、漏汽、受熱面吹損等問題，嚴重時可能會導致受熱面爆管機組被迫停機事故，另外由于蒸汽吹灰槍存在吹灰死角，在蒸汽吹不到的部位積灰嚴重，另一方面，吹灰器高故障率維護的成本和人力投入較大，為較少吹灰過程中的故障率，我廠要求廠家維護人員在吹灰過程中全程跟蹤，每年為此多付出幾十萬元的維護費用。在能耗方面蒸汽吹灰過程消耗了大量的高溫高壓蒸汽，運行成本較高

2.2內置陣列式高聲強聲波吹灰器產品優缺點

2.2.1安全—內置陣列式高聲強聲波吹灰器組屬于非接觸式的清灰方式，布置在換熱器管排上固定不動，不會沖刷、磨損管束，更不會導致爆管現象的發生;結構簡單，吹灰器本體不用電，沒有機械運動旋轉機構，沒有易損部件，不會產生機構運動旋轉故障。

2.2.2經濟—內置陣列式高聲強聲波吹灰裝置系統工作壓力僅為 0.3MPa ～ 0.7Mpa，吹灰介質為干飽。單一吹灰器流量為0.5～1kg/min，運行時蒸汽耗量僅為傳統機械式吹灰器的5%，節能效果非常明顯，運行成本低。另外內置陣列式高聲強聲波吹灰器沒有機械運動部分，結構簡單可靠，啟停操作方便，運行安全，幾乎免維護，維護工作量和維護成本大大降低，論文后半部分針對經濟性進行了專題分析。

2.2.3高效—聲波效能高，頻帶寬，清灰效果顯著。吹灰器聲源聲強150dB以上，為高聲強聲波;聲波為360℃橢圓形球面波，無死角;聲波頻帶800～2000赫茲，單臺聲波吹灰器最大有效作用范圍：徑向為6～8m ，橫向為4～6m利用聲波的折射，疊加繞射在爐內的聲揚混響特性，以及波長、頻寬不會形成陰影區，增加了吹灰效果。

2.2.5另外蒸汽聲波吹灰器較傳統的蒸汽吹起器還有噪音小、吹灰器進汽管與爐墻密封好、自動化程度高、維護量小、作用范圍廣等優點。

2.2.6蒸汽聲波吹灰器目前僅能布置在尾部低溫受熱面區域，比如脫硝、低再、低過、省煤器、空預器區域，對屏式過熱器、高溫過熱器、高再過熱器等高溫區域暫處于研發階段。

3.實際應用中效果

8號爐自2019年1月16日啟動并網，尾部受熱面吹灰變為蒸汽聲波吹灰，每班執行一次單吹和對吹，原來的蒸汽吹灰改為定期工作，每月23日白天執行。表1、表2為受熱面改為蒸汽聲波吹灰器6個月內，兩種不同負荷下的尾部各受熱面差壓及排煙溫度變化。

從8號機組1-6月份300MW、450MW負荷典型工況數據進行分析，鍋爐后豎井低溫過熱器、低溫再熱器、省煤器差壓未有上升趨勢，引風機入口壓力降低與空預器差壓上升有關，通過開啟人孔門觀察尾部受熱面未發現有積灰情況，且每月23號的傳統蒸汽吹灰投運后，尾部各受熱面差壓未有變化。從排煙溫度方面分析，排煙溫度上升趨勢與環境溫度上升基本一致（個別月份排煙溫度降低與該月暖風器退出有關），說明尾部各受熱面換熱未有大變化，也可以證明蒸汽聲波吹灰器除灰效果顯著。

4.改造前后能耗對比

4.1經濟效益

蒸汽聲波吹灰器工作壓力較低，且汽源取自低溫再熱蒸汽，相比傳統的機械吹灰取自高質量過熱蒸汽，具有明顯的節能效果。我廠鍋爐后豎井長吹及省煤器半長吹規定每天一次，改造后蒸汽聲波吹灰每班單吹和對吹各一次，公式1、公式2為蒸汽聲波吹灰器與傳統的機械吹灰器耗氣量進行對比。

尾部豎井蒸汽吹灰器年耗汽量：L1=s*n*t*m*8000/24=122kg/min*34*10min*1次*8000小時/24 =13826666.7 kg????????????????????????????? （公式1）

其中s為單臺長吹耗氣量=122 kg/min

n為吹灰器個數=34個

t為單個吹灰器吹掃時間=10min

m=每天1次，每年按運行8000小時計算。

折標成標準煤M1=L*H1/折標系數=1382666.7kg*3138.409 kJ/kg/29302=1480913.8kg=1480.9t.

其中H1為17.482MPa，450℃對應的蒸汽焓（查表）=3138.409 kJ/kg

蒸汽聲波吹灰器年耗汽量：L2=s*t*m*365+s*t2*m*365*2=16*48*3*8000/24+16*24*3*8000/24*2=1536000kg。（公式2）

其中s為單組聲波吹灰器耗氣量=16 kg/min

t1為每班吹灰時長/單吹=48min

t2為每班吹灰時長/單吹=24min

m=每班一次，每天3班，每年機組按8000小時運算。

折標成標準? M2=L*H2/折標系數=1536000kg*3072.363 kJ/kg/29302=161052kg

=161t.

其中H2為4.0MPa，341℃對應的蒸汽焓（查表）= 3072.363kJ/kg

兩種吹灰方式計算全年節能量標煤=M1-M2=1480.9t.- 161t=1319.9t.

按每噸標煤750元計算，折合人民幣每年節約98.99萬元。

4.2 安全效益

傳統的伸縮式吹灰器依靠蒸汽直接沖刷換熱器管排表面來清除積灰，蒸汽射流速度高，不斷卷吸周圍含塵高溫煙氣，直接沖刷到金屬受熱面上，致使受熱面磨損很嚴重，降低金屬受熱面的使用壽命;長時間直接沖刷同一位置，易造成換熱器管道減薄、甚至爆管事故的發生，導致停爐檢修，存在很大的安全隱患。若發生爆管事故，搶修人工及材料費用約10萬元，啟停機費用約40萬元。

改造為聲波吹灰器后，鍋爐可避免因蒸汽吹灰吹損受熱面管排而發生的泄漏、爆管等造成的非計劃停運事故，可避免直接經濟損失至少50萬元。

4.3.維護成本

聲波吹灰器本體為固定安裝方式，無機械轉動部件，運行中基本免于維護，只有吹灰控制閥為轉動部件，基本無維護成本。

伸縮式蒸汽吹灰器結構復雜，易磨易損件多，所以維修費用高，按照單只吹灰器年運行維護費用2000元計，34只伸縮式蒸汽吹灰器年運行維護費用為6.8萬元。

另外吹灰器投運時的日常檢查是我單位與吹灰廠家簽訂的全廠所有機組年合同，所以單臺機組改造成蒸汽聲波吹灰減少的日常維護的費用無具體數值，故本次不同統計。

綜上所述，將伸縮式蒸汽吹灰器改造為內置陣列式高聲強蒸汽吹灰器后，首先提高了鍋爐運行安全性，杜絕了因蒸汽吹灰器長期吹灰造成鍋爐換熱器管壁減薄、爆管事故的發生，降低了檢修維護工作量;其次改造后實現了按需吹灰，節約90%以上的吹灰蒸汽，年綜合收益率大于100萬元（由于鍋爐因蒸汽吹灰器吹損受熱面管排而發生的泄漏、爆管等造成的非計劃停運事故，只是偶然發生，所以安全性經濟效益暫時不計入經濟收入），達到了安全、經濟、高效、穩定運行的目的。從實際應用及理論計算可以得出結論：蒸汽聲波吹灰較傳統的伸縮式吹灰，具有安全、經濟、高效、節能優勢，是一個新型高效的吹灰方式。

參考文獻：

[1]托克托電廠8號爐尾部聲波吹灰操作說明書

[2]內蒙古大唐國際托克托發電公司三、四單元集控運行規程Q/ITKTPC 1003-2018`