【摘要】在电厂运行过程中，锅炉尾部受热面会由于蒸汽吹灰而厚度变薄，引发锅炉泄漏事故。某发电公司针对这一事故将电厂原蒸汽吹灰器改造为声波吹灰器。本文通过对该发电公司声波吹灰器改造前后吹灰效果的对比，提出电厂安装声波吹灰器的合理台数，并依据工程实际经验提出了进一步提高吹灰效果，改善吹灰时的压缩空气压力。对发电企业的技术改造与效率提升具有重要的指导意义。
【关键词】锅炉尾部受热面；蒸汽吹灰器；声波吹灰器；排烟温度
1. 前言
在电厂的燃气除灰装置中，由于蒸汽吹灰器的结构和工作介质的特点，再加上高温环境的影响，吹灰器枪管常常发生卡涩、失灵的现象，设备故障率较高，投入率低且维修工作量大[1]。此外，由于蒸汽吹灰器会导致锅炉尾部受热面厚度变薄，引发锅炉泄漏事故。目前，许多电厂采用声波吹灰器代替蒸汽吹灰器，对设备进行改造。
声波吹灰技术是利用声波发声器，把高压气流调制而产生一定频率和强度的声波[2]。该强声波使附着在管壁上的灰粉“振动”,脱离其附着面或分裂成更小的灰粒,之后被烟气带走；而当灰粉聚结成更大的颗粒是,在重力作用下被收集。对疏散的、半熔融的灰粉,如能及时采用声波清除,可延缓结渣过程，对于提高电力生产效率具有重要的作用[3-4]。此外，由于声波仅对质量小、体积小的灰粉颗粒起作用，而刚性物体对声波有反射和折射等作用, 所以,炉墙、管壁等设备部件不会因声波的作用而受到损害[5]。
但实际生产运行中发现，如声波吹灰器设计能量与机组锅炉的飞灰特性不相匹配，会出现吹灰效果差，电机易烧坏的问题，甚至造成锅炉受热面积灰严重，导致排烟温度升高，从而造成了锅炉热效率的降低。因此，通过实际工况分析，合理安排吹灰器，达到理想的工程效果是电力生产环节中亟待解决的问题。
2.吹灰器改造技术分析
2.1实际工况描述
该发电公司1号锅炉为WGZ1112/17.5-3型。系武汉锅炉厂生产的亚临界一次中间再热自然循环汽包炉。冷一次风正压中速磨直吹系统，双通道轴向旋流喷燃器，前后墙对冲布置，布置方式前墙三排燃烧器，后墙二排燃烧器。尾部双烟道，平衡通风，烟气挡板调节再热汽温，喷水减温调节主汽温，尾部烟道布置两台三分仓容克式空预器，每台炉配置两台轴流式动叶可调送风机，两台轴流式静叶可调引风机，两台离心式一次风机。炉底设有一台刮板式捞渣机连续固态排渣，全钢构架悬吊结构，每台锅炉配一台上海汽轮机有限公司生产的N330MW-16.7/537/537型汽轮机。
为防止受热面结焦，改善炉内传热效果，公司1号炉尾部竖直烟道预计首次安装32台PS-SL蒸汽吹灰器，每日5：00、17:00对锅炉进行全面吹灰，吹灰前对吹灰蒸汽管道疏水10min，以防止吹灰蒸汽带水吹损锅炉受热面。经过近2年的运行，大修时对锅炉尾部受热面检查发现吹灰器区域范围内受热面管排有吹灰磨损减薄现象，尤其是16号～20号吹灰器处受热面管排节距一侧沿吹灰枪长度7.8m冲刷减薄现象比较严重，已严重威胁到机组的安全运行。本文通过两种不同工况的数据比较，得到不同吹灰器投运方案后的效果比较。具体工况条件如表1所示:
表1 工况条件
测试时段负荷水平（MW）燃煤量（t/h）
工况一7:00-9:00308150
工况二10:48-12:48330160
2.2吹灰设备改造方案
为延长受热面的使用寿命，降低锅炉受热面因吹灰减薄的几率，控制锅炉“四管”泄漏，在保证锅炉经济性不受影响的前提下提高锅炉的安全性[6]。公司经过调研决定在1号炉大修过程中对锅炉尾部烟道原安装的32台PS—SL蒸汽吹灰器改装为32台声波吹灰器，利用声波吹灰代替蒸汽吹灰。
在自动发电量控制系统AGC (Automatic Generation control.AGC)投入情况下，将声波吹灰器分为9组。第1组、第2组各为2台，第3组至第9组各为4台，将声波吹灰器每组工作时间调整为50s，每组间隔5 s，吹灰周期时间50min。声波吹灰器投入自动运行方式，按照以上设置时间对受热面进行吹灰。
3.吹灰效果分析
本文通过对该发电公司1号炉的改造前后的吹灰效果进行了分析。吹灰效果的热态评价主要依据空预器入口烟温和排烟温度的变化，同时参照了低温过热器和省煤器的温升[7]。
3.1首次改造效果
当机组负荷330 MW时，通过表盘参数记录和运行报表查询，得到的首次吹灰器改造效果如表2所示。
表2 首次吹灰器改造前后参数对比
项目空预器入口烟温A/℃空预器入口烟温B/℃排烟温度A/℃排烟温度B/℃
工况一改造前381.71385.44124126
改造后412395.55140139
工况二改造前386.87391.73125.02123.39
改造后400392130.4127
通过表1工况一数据可以看出：空预器入口烟温最高在412℃，高出设计温度30℃，比大修前高出30～40℃；排烟温度最高140℃，高出设计温度15.4℃，比大修前高出10℃左右。初步分析为锅炉受热面吹扫不干净，吸热量减少，烟道有积灰现象。首次改造后，停炉检查低温再热器，其受热面上有大量积灰。从以上现象和数据分析，声波吹灰器吹灰效果差。
在首次改装的试运行中，笔者观察到，在1号锅炉启动后，声波吹灰器吹灰时压缩空气压力下降过快，声波吹灰器吹灰压缩空气压力瞬间由0.7MPa降为0.46MPa，声波吹灰器停止吹灰时压缩空气压力瞬间升至0.7MPa。初步判断，该状况是由于声波吹灰器供气管道管径小，供气量不足，声波吹灰器吹灰功率没有达到工作要求所造成的。
3.2二次改造效果
根据以上分析，针对声波吹灰器供气量不足，对供气管道进行改造，并增加吹灰器台数。表1为改造后设备运行参数比较。由表1可知：吹灰器改造后的空预器入口烟温和排烟温度都有所升高，说明改成声波吹灰器后的吹扫效果比原先采用蒸汽吹灰器差。这是因为，如果声波吹灰器吹灰效果好，则将竖直烟道内的对流受热面吹扫的干净，因此烟气通过对流受热面传热就多，故空预器入口烟温和排烟温度就会下降。
由表3可以看出，机组启动后再没有出现1号机组空预器入口烟温比改造前高的现象，吹灰效果良好。且改造后经过现场观察，声波吹灰器吹灰时由0.7MPa降为0.58Mpa，相对首次改造，情况已有所改善。此外在二次改造之后的长时间运行过程中，再没发生过因吹灰原因造成的管壁减薄而引起的泄漏停炉事故，锅炉的可靠性和安全运行的水平均得到了提高，吹灰后温度有了明显下降。
表3 二次改造后空预器入口烟温、排烟温度变化
项目空预器入口烟温A/℃空预器入口烟温B/℃排烟温度A/℃排烟温度B/℃
工况一改造前381.71385.44124126
改造后379.95383.55121.2123
工况二改造前386.87391.73125.02123.39
改造后382.6387121.44120
4.原理分析
4.1 声波叠加效应
众所周知，声波传播速度快，约为340m/s,因此，声波清灰的工作时间可以很短，随着灰质和灰量的不同，声波清灰的时间可以从几s 到10多s。当多个声源同时发生时，由于声压的叠加效应，叠加后的总声压可表示为式（1）：P2=P12+P22+L（1）
其中，P1、P2为来自多个声波吹灰器的声源声波压力。由此可以知道，在超出声波有效作用范围的时候，通过增加清灰器的数量，能够有效增强声波叠加作用效果，进而提高清灰效果。
4.2 声波衰减效应
考虑声波叠加的同时，其衰减特性也需进一步综合分析。
在声波清灰器工作时，声波同时受到清灰空间、烟气的吸声效应以及墙面的反射作用。在距声源r处的声压级可表示为下式（2）：Lp=Lw+10lg(Qf/4πr2+4/R)（2）
其中Lw和Qf分别为声源处的声压级和声波指向性指数。R为房间系数。但在实际计算中，将声源按照点声源声波在空气中的传播的特性进行近似考虑。此时的声压级在衰减后可表示为：L2=L1·20lg(r2/r1)（3）
其中L2和L1分别为衰减后点声源的声压级和测量处的声压级。和 分别为计算位置和标准测量位置距声源间的距离。由此可以得出，通过增加一定量的清灰器，可确保清灰空间内，各个部位的衰减后的声压级达到清灰声波的临界声压级，从而达到预期的清灰效果。
同时，通过实际工况分析，可以判断在吹灰器工作时，大量烟尘短时聚集在空预器上，造成空预器入口烟温升高，排烟温度升高，吹灰循环结束后，空预器入口烟温、排烟温度均有所下降。
5.结论
本文通过某发电公司在蒸汽吹灰器改造成声波吹灰器的吹灰效果比较，提出了在吹灰效果不佳的情况下，根据机组容量适量加装声波吹灰器，并同时对供气管道进行改造的解决方案。结果表明，进一步增加声波吹灰器后，吹灰效果明显改善，从而提高了锅炉的可靠性和安全性。为实际电力安全生产提供了重要的参考依据。
参考文献
[1]郑永强.经济型弧焊机器人集成系统的应用[J].机器人技术与应用,2005,(1):16-19.
[2]陈华斌,陈善本,林涛等.弧焊机器人焊缝成形智能控制技术及系统研究[C].//第七届中国机器人焊接学术与技术交流会议论文集.2008:20-24,28.
[3]陈善本,陈华斌,林涛等.弧焊机器人智能化技术及系统研究[J].上海电机学院学报,2008,11(4):243-248,259.
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