摘要：文章介紹了加裝聲波吹灰器的可行性、第四代聲波吹灰技術(shù)（DFQ）的主要技術(shù)特點(diǎn)、與傳統(tǒng)蒸汽吹灰相比該類型聲波吹灰器灰器的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)。聲波清灰器在遼陽(yáng)熱電廠鍋爐上的應(yīng)用實(shí)踐，證實(shí)了該除灰技術(shù)具有除灰效果優(yōu)異、運(yùn)行安全可靠、防止鍋爐尾部受熱面吹損及節(jié)能降耗等特性，可替代傳統(tǒng)蒸汽吹灰技術(shù)。

遼陽(yáng)熱電廠一期2×600MW燃煤鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、單爐膛、前后墻燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、固態(tài)排渣鍋爐，型號(hào)為HG-1962/25.4-YM3型。鍋爐呈П型布置，爐膛四周布滿水冷壁，尾部煙道雙通道布置。爐膛出口處布置屏式過(guò)熱器，在水平煙道布置了末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器。尾部豎井煙道分隔成前、后二部分，前部分為立式低溫再熱器，后部分布置低溫過(guò)熱器和省煤器。爐頂、水平煙道兩側(cè)，轉(zhuǎn)向室及尾部豎井周圍均由膜式壁包覆，爐后布置兩臺(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

                              表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

                     參數(shù)名稱 單位 BMCR BRL75% THA（滑壓）

                  過(guò)熱器出口蒸汽流量 t/h 1962 1814.8 1225

                  過(guò)熱器出口壓力 MPa 25.40 25.22 20.60

                  過(guò)熱器出口溫度 ℃ 571 571 571

                  過(guò)熱器系統(tǒng)壓降 MPa 1.61 1.39 0.83 

                  過(guò)熱蒸汽溫度控制負(fù)荷 %BMCR 35

                  再熱器出口蒸汽流量 t/h 1596.4 1476.1 1028.3

                  再熱器進(jìn)/出口壓力 MPa 4.89/4.70 4.52/4.34 3.14/3.02

                  再熱器出口溫度 ℃ 569.0 569.0 569.0

                  再熱器系統(tǒng)壓降 MPa 0.19 0.18 0.12

                  再熱蒸汽溫度控制負(fù)荷 %BMCR 50

                  給水壓力 MPa 28.87 28.21 22.42

                  給水溫度 ℃ 291.7 286.3 262.7

    鍋爐配備上海克萊德貝爾格曼機(jī)械有限公司蒸汽吹灰器系統(tǒng)，共配置122臺(tái)長(zhǎng)、短吹灰器。其中：短吹灰器80臺(tái)用于爐膛區(qū)域，空預(yù)器吹灰器4臺(tái)，長(zhǎng)吹灰器38臺(tái)，其中24臺(tái)長(zhǎng)行程吹灰器布置于水平煙道和尾部煙道。

一期二臺(tái)機(jī)組為2010年底12月份先后投入商業(yè)運(yùn)行，2012年1B、2C檢修發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部受熱面煙道受熱面因蒸汽吹灰器吹損減薄嚴(yán)重。特別是2號(hào)鍋爐僅低再（壁厚為4.5mm）186排1860根管9300點(diǎn)均受到不同程度吹損，共更換39根管（小壁厚才2.01mm,已嚴(yán)重超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）。為防止蒸汽吹灰器帶來(lái)的安全隱患，水平煙道及尾部煙道受熱面吹灰器采用降壓、減次數(shù)運(yùn)行，但由于蒸汽吹灰直接作用于受熱面表面，管壁存在不可避免的吹掃。鑒于蒸汽吹灰技術(shù)在我廠應(yīng)用所存在的諸多弊端,尋找一種行之有效、安全可靠、節(jié)能降耗的新吹灰技術(shù)勢(shì)在必行。

1 加裝聲波吹灰的可行性

1.1 使用溫度

聲 波 吹 灰 器 材 料 選 用 特 種 鋼 材 ， 可 耐1050℃高溫，在950℃可長(zhǎng)期正常使用。遼陽(yáng)熱電廠2號(hào)鍋爐布置水平末級(jí)過(guò)熱器出口煙氣溫度在BMCR工況下為940℃，尾部煙道受熱面處煙氣溫度都處于聲波吹灰器正常工作溫度范圍內(nèi)。

1.2 吹灰效果

在水平低溫過(guò)熱器布置的豎井煙道區(qū)域，由于煙氣溫度較低，飛灰已冷卻成松散顆粒，飛灰堆積不明顯，聲波吹灰預(yù)計(jì)能達(dá)到良好的效果。蒸汽吹灰能保持水平低溫過(guò)熱器區(qū)域的清潔，但并不是降低排煙溫度、控制管壁金屬溫度的有效手段。根據(jù)聲波吹灰的機(jī)理，聲波吹灰也應(yīng)能較好地保持水平低溫過(guò)熱器區(qū)域的清潔，但不會(huì)對(duì)排煙溫度、管壁金屬溫度帶來(lái)不利的影響。

1.3 聲波吹灰對(duì)電廠雜用空氣系統(tǒng)的影響

聲波吹灰器對(duì)動(dòng)力氣源的質(zhì)量要求不高，允許含油、含水，但限制固體雜物，空氣壓力0.4~0.6MPa（超過(guò)上限有益無(wú)害），單支吹灰器流量為每1.2~2.4Nm 3 /min。遼陽(yáng)熱電廠壓縮空氣系統(tǒng)配5臺(tái)空壓機(jī)，高壓空壓機(jī)5臺(tái)銘牌容量為60m 3 /min，運(yùn)行壓力0.7MPa，空壓機(jī)出口配三個(gè)儲(chǔ)氣罐供機(jī)組使用，每個(gè)容積20m 3 。以單支聲波吹灰器耗氣2.4Nm 3 /min計(jì)，換算到0.6 MPa正常運(yùn)行狀態(tài)下約為0.34m 3 /min，僅占單個(gè)儲(chǔ)氣罐容積的1.7%，排量是單支聲波吹灰器耗氣量的8倍多，所以聲波吹灰消耗的壓縮空氣量可以及時(shí)得到補(bǔ)充。由于儲(chǔ)氣罐的緩沖以及空壓機(jī)的連續(xù)的壓縮空氣，壓縮空氣總管壓力可得到較好的保證，不會(huì)影響生產(chǎn)，壓縮空氣系統(tǒng)不需要改造。

2 加裝聲波清灰器的必要性

2.1 水平煙道及尾部煙道受熱面因吹灰蒸汽吹損嚴(yán)重

2012年2號(hào)鍋爐C級(jí)檢修中發(fā)現(xiàn)水平煙道及尾部煙道受熱面因蒸汽吹灰器吹損減薄嚴(yán)重。特別是立式低再（壁厚為4.5mm）186排1860根管共9300點(diǎn)均受到不同程度吹損，大吹掃量為2.4mm。被吹灰器直接吹掃區(qū)域防磨瓦嚴(yán)重脫落，檢查排、第二排過(guò)熱器管有明顯磨損現(xiàn)象， 2013年以后的每一次C級(jí)和D級(jí)檢修中均耗費(fèi)大量人力物力對(duì)以上區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢查，并發(fā)現(xiàn)大量防磨瓦脫落和磨損嚴(yán)重現(xiàn)象。為防止水平低溫過(guò)熱器管被過(guò)度吹損，2012年我廠曾對(duì)吹灰器蒸汽壓力、吹灰次數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，這對(duì)減輕管壁吹損減薄效果比較明顯；但由于吹灰器蒸汽壓力在長(zhǎng)期運(yùn)行中易發(fā)生偏移，所以僅通過(guò)調(diào)整吹灰器蒸汽壓力難以做到有效防止受熱面管壁吹損。另外，對(duì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有加裝防磨瓦而被吹掃磨損的過(guò)熱器管加裝了防磨瓦，因施工條件的限制，第三、第四層管圈無(wú)法加裝防磨瓦；由于吹灰蒸汽射流角度的原因，防磨瓦也不能*遮蓋被保護(hù)管而不被蒸汽吹掃；同時(shí)，過(guò)多使用防磨瓦會(huì)使排煙溫度升高。

2.2 吹損發(fā)生的必然性

自從發(fā)現(xiàn)鍋爐水平低溫過(guò)熱器吹灰吹掃區(qū)域防磨瓦嚴(yán)重脫落、管圈吹損減薄現(xiàn)象后，每次機(jī)組C級(jí)和D級(jí)檢修，鍋爐的水平低溫過(guò)熱器吹灰吹掃區(qū)域都是重點(diǎn)檢查對(duì)象。雖然這種檢查能減少在當(dāng)前條件下受熱面吹損爆管的可能，但難以從根本上消除水平低溫過(guò)熱器吹損可能導(dǎo)致的爆管事件，主要原因如下：

a.檢查區(qū)域空間上下不到1m，工作條件惡劣；吹損減薄嚴(yán)重管多發(fā)生在第二、第三層甚至第四層管圈，而管排節(jié)距較小，很多位置工具無(wú)法伸入而無(wú)法檢測(cè)，這勢(shì)必造成漏檢。

b.吹灰蒸汽壓力偏移，當(dāng)吹灰蒸汽壓力偏移升高后會(huì)加速吹損，由于這種偏移是緩慢發(fā)生的，小范圍的偏移可能難以引起注意，而事實(shí)上吹損一直在隨吹灰蒸汽壓力升高在逐步加重、加速中。c.吹灰器故障，吹灰器發(fā)生故障時(shí)可能長(zhǎng)時(shí)間停留在一個(gè)位置吹掃，易引發(fā)嚴(yán)重減薄爆管。

可以說(shuō)，重點(diǎn)檢查吹掃區(qū)域的方法是一種被動(dòng)的‘防’，是‘堵’的方法；只有從根本上解決問(wèn)題，改進(jìn)吹灰技術(shù)，才是一種主動(dòng)的‘攻’，才是‘斷’的方法。

3 第四代(DFQ)聲波清灰技術(shù)

3.1 聲波清灰機(jī)理

聲波清灰的原理是將一定強(qiáng)度和能量的聲波送入運(yùn)行中的鍋爐爐內(nèi)各種可能積灰結(jié)渣的空間區(qū)域，通過(guò)聲能量的作用使這些區(qū)域中的空氣分子與粉塵顆粒產(chǎn)生振蕩，并破壞或阻止粉塵粒子在受熱面管子表面沉積，使之始終處于懸浮流化狀態(tài)，被煙氣帶走。對(duì)于受熱面上原已結(jié)成片(塊)狀灰渣和硬灰垢，在聲波的作用下，從受熱面斷裂、剝離,落入灰斗或被煙氣帶出煙道。同時(shí)由于低于20Hz的次聲波對(duì)人體有傷害,避免使用,高于3100Hz的聲波由于衰減過(guò)快而無(wú)法利用,故也應(yīng)避免使用。簡(jiǎn)而言之，聲波清灰的基本原理在于使用20Hz~3000Hz聲波對(duì)積灰結(jié)渣產(chǎn)生振蕩懸浮流化作用、此外對(duì)積灰還有剝離作用和振動(dòng)疲勞破碎作用。

3.2 第四代(DFQ)（圖1）聲波吹灰器的主要技術(shù)特性

（1）關(guān)鍵技術(shù)

優(yōu)化聲波吹灰技術(shù)中，聲波的頻譜、聲功率、聲波空間分布和傳播等，為關(guān)鍵技術(shù)。能量特性方面具有150分貝以上的特大聲功率型，頻譜特性方面形成了特寬頻帶雙主峰形。聲波清灰器在高溫環(huán)境下的腐蝕和磨損問(wèn)題也已通過(guò)特殊鋼材的使用較好地得到了的解決，如何減少聲波清灰的動(dòng)力氣流所引起的環(huán)保負(fù)面影響也得到了較好的改善。

（2）主要技術(shù)特性

聲學(xué)特性：聲波頻帶為30赫茲至2100赫茲的雙主峰寬頻帶。聲源聲壓級(jí)153分貝。聲源聲功率3150聲瓦。聲波方向性為前方橢球形。聲波有效空間為前小后大的半個(gè)橢球形體；在爐墻附近的球體徑向直徑4~6m；前方軸向長(zhǎng)度為8~12米；動(dòng)力介質(zhì)為壓縮空氣；耗氣量1.2~2.4m 3 /min；供氣壓力0.4~0.8Mpa；耐溫極限1100~1200℃。

（3）與傳統(tǒng)蒸汽吹灰技術(shù)相比，聲波清灰技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

1）在聲波有效范圍內(nèi)*除灰。該類型聲波清灰器的作用范圍取決于其發(fā)聲功率和強(qiáng)度，由于聲波具有反射、衍射、繞射的特性，無(wú)論受熱面管排如何布置，只要在聲波有效作用范圍內(nèi)，聲波總可以清除管排間及管排背后的積灰，除灰*，這是蒸汽吹灰器不能實(shí)現(xiàn)的。

2 ） 短 間 隔 巡 回 投 用 ， 連 續(xù) 保 持 受 熱 面清 潔 。 一 般 單 臺(tái) 聲 波 清 灰 器 1 次 工 作 時(shí) 間 為15~30s，停運(yùn)30~120min，如此循環(huán)反復(fù)，可連續(xù)保持受熱面清潔，有效保持甚至提高鍋爐熱效率、降低排煙溫度。而蒸汽吹灰，即便是三天吹一次灰，也間隔了72小時(shí)。

3）無(wú)受熱面機(jī)械損傷。聲波依托高溫?zé)煔鉃榻橘|(zhì)來(lái)傳播，使煙氣中的灰粒在聲波能量作用下發(fā)生質(zhì)點(diǎn)位移，從而使灰粒難于附著在管壁上，達(dá)到除灰的目的。這不同于蒸汽吹灰的直接沖刷，不存在對(duì)受熱面管壁的機(jī)械損傷。

4）聲波清灰裝置體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，操作便利，設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)復(fù)雜的伸縮、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；因此，它故障率極低，基本屬于免維修。

5）無(wú)潮濕介質(zhì)進(jìn)入爐內(nèi)，不會(huì)加劇低溫受熱面腐蝕及空氣預(yù)熱器堵灰。

6）發(fā)聲介質(zhì)為壓縮空氣，節(jié)約了蒸汽資源，運(yùn)行成本低。

7）不受鍋爐啟、停限制,啟爐即可投入運(yùn)行，停爐后仍可繼續(xù)運(yùn)行。

4 DFQ系列聲波吹灰器的應(yīng)用

為了*解決遼陽(yáng)熱電廠多年來(lái)鍋爐尾部受熱面區(qū)域因吹灰蒸汽吹損減薄受熱面管的生產(chǎn)難題，經(jīng)過(guò)充分調(diào)研、考察、論證，遼陽(yáng)熱電廠決定在吹損減薄嚴(yán)重的尾部煙道受熱面區(qū)域加裝聲波吹灰器。并于2013年10月2號(hào)機(jī)組*擴(kuò)大性檢修期間，在鍋爐水平、尾部煙道區(qū)域加裝了50臺(tái)由遼陽(yáng)佳譽(yù)儀器儀表有限公司公司提供的DFQ型聲波吹灰器。

4.1 加裝聲波清灰器后的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

從2014年5月7日起，要求運(yùn)行人員在空預(yù)器入口煙溫低于385℃的情況下，不投入尾部10~19號(hào)蒸汽吹灰器，逐步減少2號(hào)鍋爐尾部受熱面的蒸汽吹灰器投入次數(shù)。如表2。表3數(shù)據(jù)為4月28日與5月8日，在聲波吹灰器參數(shù)修改前后，鍋爐煙氣沿程溫度日平均值的對(duì)比情況（磨煤機(jī)運(yùn)行方式均A/B/C/D/E運(yùn)行）。

從上表（表2、表3）看出：在工況基本相同的情況下，聲波吹灰器參數(shù)修改后，在尾部煙道蒸汽吹灰次數(shù)減少的情況下，尾部煙道沿程煙溫有所下降，其中：低再出口煙溫平均下降10.5℃；省煤器出口煙溫平均下降11℃；脫硝入口煙溫平均下降10.5℃；空預(yù)器入口煙溫下降9.5℃；排煙溫度平均下降2℃。可見(jiàn)聲波吹灰器參數(shù)修改后，在減少尾部煙道蒸汽吹灰投入次數(shù)的情況下，仍然能夠較大程度的降低空預(yù)器入口的煙氣溫度。對(duì)減少蒸汽吹灰次數(shù)、降低排煙溫度，起到了積極的效果。

（1）蒸汽節(jié)約

尾部煙道區(qū)域24臺(tái)蒸汽吹灰器投入運(yùn)行，每對(duì)吹灰器吹灰蒸汽流量分別約為10.5T/h，吹灰周期為每對(duì)吹灰器運(yùn)行時(shí)間12min；吹灰前疏水約30min，疏水流量約20T/h。則24臺(tái)吹灰器全面吹灰一次，需耗過(guò)熱蒸汽約50.4T，以每天分三次吹灰為一周期，每年運(yùn)行300天計(jì)算，24臺(tái)蒸汽吹灰器年吹灰耗汽約45360T，按70元/噸計(jì)算，費(fèi)用約為31.75萬(wàn)元。

（2）空壓機(jī)多耗電

聲波吹灰器投入時(shí)耗氣量為2.4m 3 /min，設(shè)定每4分鐘投運(yùn)4min，即聲波清灰平均耗氣量為1.2m 3 /min。當(dāng)聲波吹灰投運(yùn)后，系統(tǒng)平均耗氣量為60m 3 /min，空壓機(jī)100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間增270min全年100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間增加1620小時(shí)。空 壓 機(jī) 1 0 0 % 負(fù) 荷 時(shí) 功 率 為 2 0 0 k W ，5 0 % 負(fù) 荷 時(shí) 功 率 約 1 2 0 k W ， 1 0 0 % 負(fù) 荷 時(shí) 功率 比 5 0 %負(fù) 荷 時(shí) 多 出 8 0 k W 。 以 每 年 1 6 2 0 小時(shí) 計(jì) ， 因 聲 波 清 灰 投 運(yùn) 空 壓 機(jī) 多 增 加 耗 電80×1620=129600kWh，約合人民幣69984元。

綜 合 考 慮 ， 不 考 慮 聲 波 清 灰 器 投 用 后鍋 爐 效 率 的 變 化 ： 不 考 慮 避 免 爆 管 的 潛 在 收益，每年投入聲波吹灰器的收益約為：31.75-6.9984=24.7516萬(wàn)元。

5 結(jié)論

從安全性及經(jīng)濟(jì)性考慮，遼陽(yáng)熱電廠鍋爐尾部煙道水平低溫過(guò)熱器區(qū)域加裝聲波清灰器是可行的，可達(dá)到有效清灰的目的。聲波吹灰器安裝便利，維護(hù)簡(jiǎn)單。能、大功率、寬頻帶、免維護(hù)聲波清灰裝置的應(yīng)用，將為解決鍋爐采用傳統(tǒng)吹灰技術(shù)所存在的、難以解決的弊端，提供一種安全、經(jīng)濟(jì)、可推廣的技術(shù)措施。