蒸汽声波吹灰器与伸缩式蒸汽吹灰器原理、效果及经济型对比分析

褚帅

摘 要：我厂8号机组A修将尾部受热面由传统的伸缩式蒸汽吹灰变为了新型蒸汽声波吹灰，运行半年观察在安全运行、吹灰效果方面均良好。本文首先对传统的伸缩式蒸汽吹灰与新型的蒸汽声波吹灰原理进行了论述，对两种吹灰方式在安全运行、吹灰效果、节能等方面进行了对比分析，并将两种吹灰器耗汽量进行统计折合成标煤以及安全维护成本等节能效益方面进行了专题分析，论证了新型蒸汽声波吹灰器在这几方面具有的优势。

关键词：蒸汽声波吹灰;吹灰原理;尾部受热面差压;耗汽量分析;折标标煤

0前言

托电公司8号机组锅炉由东方锅炉（集团）股份有限公司制造，型号为DG2070/17.5-Ⅱ4。该炉为亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、紧身封闭、全钢构架的型汽包炉，最大连续蒸发量为2070 t/h。锅炉保证效率（BMCR）：93.44%。锅炉（BMCR）燃煤量：316.27 t/h（设计煤种）。

8 号锅炉于2019年底利用A修机会在尾部烟道新增24 组内置阵列式高声强蒸汽声波吹灰器，替代相应的长伸缩式蒸汽吹灰器，原长伸缩式蒸汽吹灰器留作备用，不拆除。新增蒸汽声波吹灰器布置在尾部烟道换热器管排上方，由专用支架固定，每组由16 台高声强声波吹灰器组成。新增尾部烟道声波吹灰系统由汽源系统、吹灰系统、控制系统、管道系统组成，吹灰介质为蒸汽，汽源取自再热蒸汽冷端，设置手动一次门1 台、手动二次门1 台，电动三次门1 台。

1.两种吹灰器吹灰原理论述

1.1传统蒸汽吹灰器基本原理

8号锅炉尾部烟道原吹灰方式为传统的长伸缩式蒸汽吹灰器和半长伸缩式蒸汽吹灰器，利用水蒸气的自由射流冲击力消除受热面积灰，吹灰汽原取自主蒸汽管道，吹灰压力1.8MPa。吹灰时长达6-9米的中空伸缩螺旋杆深入锅炉中，伸缩管头部分布有两个φ27的喷嘴，伸缩管深入炉膛的同时吹灰枪提升阀打开，蒸汽出口开始喷出蒸汽，对受热面进行吹扫，伸长到最大限度后开始返回，如此反复，完成对受热面积灰的吹扫过程。

1.2内置阵列式高频高声强声波吹灰器的基本原理

蒸汽声波吹灰是针对燃煤锅炉吹灰领域而研究开发的一种非接触式声波吹灰技术，是国内能够布置在锅炉换热器内部的声波吹灰器。该技术利用能量转换原理，将一定压力的蒸汽通过无机械转动结构的声波发生器，通过阵列方式布置的声波吹灰器组，利用瞬间的高声强声场能量的作用，声波的折射、反射、绕射，迫使积灰受到每秒数千次的持续声波能量作用，这种每秒数千次冲击与振动的作用使积灰产生声致疲劳、断裂效应，迫使积灰与换热器管道剥离、脱落，随烟气流走。内置阵列式高声强蒸汽声波吹灰器安装图如图1所示。

2、两种吹灰器优缺点对比

2.1传统的伸缩式蒸汽吹灰优缺点

传统的伸缩式蒸汽可以布置在锅炉的各个部位，能对炉膛、水平烟道和尾部竖井受热面进行吹灰，对积渣性强，灰熔点低和较粘的灰有较好的效果。

实际应用中，吹灰器经常发生吹灰枪进退卡涩、漏汽、受热面吹损等问题，严重时可能会导致受热面爆管机组被迫停机事故，另外由于蒸汽吹灰枪存在吹灰死角，在蒸汽吹不到的部位积灰严重，另一方面，吹灰器高故障率维护的成本和人力投入较大，为较少吹灰过程中的故障率，我厂要求厂家维护人员在吹灰过程中全程跟踪，每年为此多付出几十万元的维护费用。在能耗方面蒸汽吹灰过程消耗了大量的高温高压蒸汽，运行成本较高

2.2内置阵列式高声强声波吹灰器产品优缺点

2.2.1安全—内置阵列式高声强声波吹灰器组属于非接触式的清灰方式，布置在换热器管排上固定不动，不会冲刷、磨损管束，更不会导致爆管现象的发生;结构简单，吹灰器本体不用电，没有机械运动旋转机构，没有易损部件，不会产生机构运动旋转故障。

2.2.2经济—内置阵列式高声强声波吹灰装置系统工作压力仅为 0.3MPa ～ 0.7Mpa，吹灰介质为干饱。单一吹灰器流量为0.5～1kg/min，运行时蒸汽耗量仅为传統机械式吹灰器的5%，节能效果非常明显，运行成本低。另外内置阵列式高声强声波吹灰器没有机械运动部分，结构简单可靠，启停操作方便，运行安全，几乎免维护，维护工作量和维护成本大大降低，论文后半部分针对经济性进行了专题分析。

2.2.3高效—声波效能高，频带宽，清灰效果显著。吹灰器声源声强150dB以上，为高声强声波;声波为360℃椭圆形球面波，无死角;声波频带800～2000赫兹，单台声波吹灰器最大有效作用范围：径向为6～8m ，横向为4～6m利用声波的折射，叠加绕射在炉内的声扬混响特性，以及波长、频宽不会形成阴影区，增加了吹灰效果。

2.2.5另外蒸汽声波吹灰器较传统的蒸汽吹起器还有噪音小、吹灰器进汽管与炉墙密封好、自动化程度高、维护量小、作用范围广等优点。

2.2.6蒸汽声波吹灰器目前仅能布置在尾部低温受热面区域，比如脱硝、低再、低过、省煤器、空预器区域，对屏式过热器、高温过热器、高再过热器等高温区域暂处于研发阶段。

3.实际应用中效果

8号炉自2019年1月16日启动并网，尾部受热面吹灰变为蒸汽声波吹灰，每班执行一次单吹和对吹，原来的蒸汽吹灰改为定期工作，每月23日白天执行。表1、表2为受热面改为蒸汽声波吹灰器6个月内，两种不同负荷下的尾部各受热面差压及排烟温度变化。

从8号机组1-6月份300MW、450MW负荷典型工况数据进行分析，锅炉后竖井低温过热器、低温再热器、省煤器差压未有上升趋势，引风机入口压力降低与空预器差压上升有关，通过开启人孔门观察尾部受热面未发现有积灰情况，且每月23号的传统蒸汽吹灰投运后，尾部各受热面差压未有变化。从排烟温度方面分析，排烟温度上升趋势与环境温度上升基本一致（个别月份排烟温度降低与该月暖风器退出有关），说明尾部各受热面换热未有大变化，也可以证明蒸汽声波吹灰器除灰效果显著。

4.改造前后能耗对比

4.1经济效益

蒸汽声波吹灰器工作压力较低，且汽源取自低温再热蒸汽，相比传统的机械吹灰取自高质量过热蒸汽，具有明显的节能效果。我厂锅炉后竖井长吹及省煤器半长吹规定每天一次，改造后蒸汽声波吹灰每班单吹和对吹各一次，公式1、公式2为蒸汽声波吹灰器与传统的机械吹灰器耗气量进行对比。

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

其中s为单台长吹耗气量=122 kg/min

n为吹灰器个数=34个

t为单个吹灰器吹扫时间=10min

m=每天1次，每年按运行8000小时计算。

折标成标准煤M1=L*H1/折标系数=1382666.7kg*3138.409 kJ/kg/29302=1480913.8kg=1480.9t.

其中H1为17.482MPa，450℃对应的蒸汽焓（查表）=3138.409 kJ/kg

蒸汽声波吹灰器年耗汽量：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为单组声波吹灰器耗气量=16 kg/min

t1为每班吹灰时长/单吹=48min

t2为每班吹灰时长/单吹=24min

m=每班一次，每天3班，每年机组按8000小时运算。

折标成标准  M2=L*H2/折标系数=1536000kg*3072.363 kJ/kg/29302=161052kg

=161t.

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

两种吹灰方式计算全年节能量标煤=M1-M2=1480.9t.- 161t=1319.9t.

按每吨标煤750元计算，折合人民币每年节约98.99万元。

4.2 安全效益

传统的伸缩式吹灰器依靠蒸汽直接冲刷换热器管排表面来清除积灰，蒸汽射流速度高，不断卷吸周围含尘高温烟气，直接冲刷到金属受热面上，致使受热面磨损很严重，降低金属受热面的使用寿命;长时间直接冲刷同一位置，易造成换热器管道减薄、甚至爆管事故的发生，导致停炉检修，存在很大的安全隐患。若发生爆管事故，抢修人工及材料费用约10万元，启停机费用约40万元。

改造为声波吹灰器后，锅炉可避免因蒸汽吹灰吹损受热面管排而发生的泄漏、爆管等造成的非计划停运事故，可避免直接经济损失至少50万元。

4.3.维护成本

声波吹灰器本体为固定安装方式，无机械转动部件，运行中基本免于维护，只有吹灰控制阀为转动部件，基本无维护成本。

伸缩式蒸汽吹灰器结构复杂，易磨易损件多，所以维修费用高，按照单只吹灰器年运行维护费用2000元计，34只伸缩式蒸汽吹灰器年运行维护费用为6.8万元。

另外吹灰器投运时的日常检查是我单位与吹灰厂家签订的全厂所有机组年合同，所以单台机组改造成蒸汽声波吹灰减少的日常维护的费用无具体数值，故本次不同统计。

综上所述，将伸缩式蒸汽吹灰器改造为内置阵列式高声强蒸汽吹灰器后，首先提高了锅炉运行安全性，杜绝了因蒸汽吹灰器长期吹灰造成锅炉换热器管壁减薄、爆管事故的发生，降低了检修维护工作量;其次改造后实现了按需吹灰，节约90%以上的吹灰蒸汽，年综合收益率大于100万元（由于锅炉因蒸汽吹灰器吹损受热面管排而发生的泄漏、爆管等造成的非计划停运事故，只是偶然发生，所以安全性经济效益暂时不计入经济收入），达到了安全、经济、高效、稳定运行的目的。从实际应用及理论计算可以得出结论：蒸汽声波吹灰较传统的伸缩式吹灰，具有安全、经济、高效、节能优势，是一个新型高效的吹灰方式。

参考文献：

[1]托克托电厂8号炉尾部声波吹灰操作说明书

[2]内蒙古大唐国际托克托发电公司三、四单元集控运行规程Q/ITKTPC 1003-2018`