摘要：為解決DG260-9.81/540-1型循環(huán)流化床鍋爐尾部受熱面積灰嚴(yán)重，原有聲波吹灰器不能有效清除積灰，造成排煙溫度升高，鍋爐熱效率降低的問題。本公司將原有的聲波吹灰器改造成脈沖吹灰器，改造后，鍋爐尾部受熱面積灰情況明顯改觀，鍋爐排煙溫度接近設(shè)計(jì)值，對(duì)同類型循環(huán)流化床鍋爐吹灰器的選用有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；受熱面；積灰；聲波吹灰器；脈沖吹灰器

  1 引言

對(duì)燃用無煙煤鍋爐而言，尾部受熱面積灰是不可避免的。沉積在鍋爐受熱面上的積灰層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0581—0.116W/㎡·℃,而鍋爐受熱面金屬管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為46.5—58.1W/㎡·℃，積灰層的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬管壁的導(dǎo)熱系數(shù)低500—800倍。因此，在鍋爐受熱面積灰的情況下，積灰層帶來的附加熱阻也會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐受熱面內(nèi)外熱量的傳遞，使排煙溫度升高，鍋爐熱效率降低，同時(shí)鍋爐受熱面的積灰還會(huì)增加煙氣阻力，提高廠用電率。

該公司2×50MW抽凝式供熱機(jī)組，配DG260-9.81/540-1型高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，在尾部煙道依次布置有雙繞蛇形管束高溫過熱器、雙繞順列逆流布置的低溫過熱器、雙圈繞順列布置的三管組省煤器和臥式順列三回程管式空氣預(yù)熱器?？諝忸A(yù)熱器出口設(shè)計(jì)煙溫147℃。

      2 鍋爐聲波吹灰器運(yùn)行情況

在鍋爐投產(chǎn)時(shí)，其尾部煙道內(nèi)的各組受熱面共配備了A公司的18臺(tái)SCK-18A小聲波吹灰器。調(diào)試運(yùn)行一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)吹灰效果很差，雖然采取了增加吹灰的時(shí)間與頻次，但是兩臺(tái)鍋爐排煙溫度還是居高不下，在夏季溫度較高的環(huán)境，鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，排煙溫度最高超過230℃，嚴(yán)重降低了鍋爐的熱效率。

2007-2008年對(duì)鍋爐吹灰系統(tǒng)進(jìn)行技改，每臺(tái)鍋爐各加裝了6臺(tái)大功率BS-201旋笛式聲波吹灰器后，尾部受熱面積灰的狀況雖有所緩解，但鍋爐的排煙溫度依然偏高，最高達(dá)174℃，仍超過設(shè)計(jì)值約27℃。

鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，旋風(fēng)分離器出口煙溫均接近或稍高于設(shè)計(jì)值，而尾部煙道內(nèi)的過熱器、省煤器及空預(yù)器的出口煙溫則明顯高于設(shè)計(jì)值。綜合各方面的影響因素，初步斷定受熱面積灰嚴(yán)重是造成排煙溫度高的主要原因。

  3 鍋爐尾部受熱面積灰產(chǎn)生的原理及措施

循環(huán)流化床鍋爐灰濃度的比較大，如果使用傳統(tǒng)的蒸汽吹灰器,會(huì)增加煙氣的濕度,在低負(fù)荷時(shí)易造成受熱面積灰板結(jié),并加劇空預(yù)器的低溫腐蝕。

從鍋爐尾部受熱面的狀況來看，所有尾部受熱面均有不同程度的積灰，尤其是省煤器和空氣預(yù)熱器積灰較為嚴(yán)重，上下管排間幾乎堵滿積灰，顯然原有的聲波吹灰器沒有起到應(yīng)有的作用。

通過反復(fù)觀察，我們發(fā)現(xiàn)在省煤器和空預(yù)器管排的背風(fēng)面存在大量的積灰，即使是比較靠近吹灰器的部位也同樣存在不同程度的積灰。如下圖所示，最上面2～3排管表面比較干凈，而下面的管排在上下管間存有大量的積灰，絕大部分上下管排間隙中已堵滿積灰。

由于該型鍋爐受熱面大部分采用順列管排，而且管排橫向間距大于縱向間距，因此在縱向的兩列管排間存在一個(gè)順暢的氣流通道。這樣的設(shè)計(jì)可以有效減少煙氣的流通阻力，降低機(jī)組能耗。但這樣的結(jié)構(gòu)卻不利于聲波吹灰。因?yàn)楦咚倭鲃?dòng)的煙氣會(huì)在上下兩管間形成回流區(qū)吸引飛灰向此處積聚，而聲波吹灰因能量較低且順于煙氣流向，作用于管排表面的能量已十分有限，雖然可以抑制飛灰的聚集，但卻無法完全阻止，下面管排迎風(fēng)和背風(fēng)面的積灰不能及時(shí)清除從而形成如圖所示的管間積灰。此類積灰掩埋了管排近1/3的表面積，并阻擋煙氣的橫向流動(dòng)，將管排隔成了一個(gè)個(gè)縱向煙氣走廊，由于熱阻增加，換熱效率大大降低。這是鍋爐排煙溫度居高不下的主要問題所在，見圖1聲波吹灰器吹灰示意圖。

圖1  聲波吹灰器吹灰示意圖

       4 采用新型節(jié)能高效脈沖裝置及安裝使用

通過調(diào)研，采用JD智能單元脈沖吹灰器對(duì)受熱面積灰進(jìn)行吹掃可有效降低循環(huán)流化床鍋爐的排煙溫度。 2011年11月該廠結(jié)合#1鍋爐A級(jí)檢修，拆除了旋笛式聲波吹灰器，實(shí)施JD智能單元脈沖吹灰器的改造，旋笛式聲波吹灰器型號(hào)、JD智能單元脈沖吹灰器設(shè)備技術(shù)規(guī)范，見表1。

表1  吹灰器設(shè)備技術(shù)規(guī)范

該脈沖吹灰器的顯著優(yōu)點(diǎn)，其產(chǎn)生的沖擊波攜帶有較高的能量，并伴有高速膨脹氣流。沖擊波的物理性狀屬球面波，嚴(yán)格意義上講本身無方向性。但沿沖擊波波振面上的能量分布密度卻是矢量值，受爆振源所處狀態(tài)和空間等物理?xiàng)l件的影響而不同。但通過脈沖發(fā)生器及發(fā)射噴口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使所產(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)度及能流方向完全受控。

圖2  脈沖吹灰器吹灰器示意圖

在脈沖噴口的控制下，沖擊波的主要能量被集中在朝向受熱面管排的波陣面半球上，見圖2。 沖擊波同樣具有波動(dòng)的一切特性，與普通聲波吹灰器不同的是，沖擊波能量集中，強(qiáng)度衰減較慢。沖擊波經(jīng)過管排時(shí)其波動(dòng)強(qiáng)度不會(huì)明顯減小，幾乎對(duì)管排周向的整個(gè)表面發(fā)生同樣強(qiáng)度的作用，因此對(duì)管排間各方向的積灰都具有很好的清理作用。由此分析，對(duì)于順列管排的受熱面采用智能單元式燃?xì)饷}沖吹灰系統(tǒng)可產(chǎn)生良好的脈沖吹灰效果，安裝位置及數(shù)量見表2。

表2  #1鍋爐脈沖發(fā)生器及噴口的位置布置

空氣使用壓縮空氣，可從現(xiàn)場現(xiàn)有的壓縮空氣母管中引出。燃?xì)鈿庠词褂靡胰蹭撈?，乙炔瓶定置?m層。 

混合氣管路為Ф60×5或Ф57×3.5無縫管；空氣管路為Ф32×3無縫管，乙炔管路為Ф20×2.5無縫管，脈沖吹灰裝備配置及管線工藝見圖3。

圖3  脈沖吹灰裝備配置及管線工藝

脈沖吹灰器噴口與爐墻的連接結(jié)構(gòu)見圖4，在過熱器處采用密封盒加套管的結(jié)構(gòu)，即在吹灰口周圍包墻管上加裝矩形密封盒，中間裝套管，套管和密封盒間的空腔內(nèi)填充保溫材料。在省煤器和空氣預(yù)熱器區(qū)直接加裝穿墻套管，套管焊接在爐墻護(hù)板上。發(fā)射管由專用的內(nèi)外格蘭夾持固定，外格蘭直接焊接在密封盒上或護(hù)板上，內(nèi)外格蘭之間填充足夠的石棉繩等密封材料并壓緊，保證密封，并使發(fā)射管與爐墻保持柔性連接，以避免振動(dòng)對(duì)設(shè)備及鍋爐爐墻的影響。

圖4 脈沖吹灰器噴口與爐墻的連接結(jié)構(gòu)

除了對(duì)脈沖噴口安裝位置的爐墻及包覆墻做相應(yīng)的改造外，無需對(duì)原設(shè)備系統(tǒng)做任何改動(dòng)。

  5 脈沖吹灰器改造應(yīng)用后的效果

5.1  降低排煙溫度

自改造后脈沖吹灰器運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐排煙溫度夏季平均為146.1℃，比設(shè)計(jì)的排煙溫度147℃降低0.9℃，比改造前的排煙溫度174℃低26.9℃， 隨著排煙溫度的降低，鍋爐煤耗也明顯減少，有效提高了鍋爐的整體效率，見圖5。

圖5  #1鍋爐脈沖吹灰器改造前后排煙溫度（℃）

5.2 節(jié)能減排效果明顯。

(1)排煙溫度年平均降低26℃。可提高鍋爐效率1.38%，供電煤耗降低約4.32g/kWh，年滿負(fù)荷運(yùn)行按300天計(jì)算（標(biāo)煤不含稅價(jià)格770元/噸進(jìn)行測(cè)算），年節(jié)約標(biāo)煤約1555.2t、年可節(jié)約154萬元燃料成本。 

(2)燃?xì)饷}沖吹灰器吹灰每天運(yùn)行3次，單路投入5個(gè)脈沖/次，每天消耗乙炔氣量約2瓶（壓縮空氣<15Nm³、電耗0.3kW忽略不計(jì)），乙炔氣價(jià)格按90元/瓶,則年平均運(yùn)行費(fèi)用為：

90元/瓶×2瓶/天×300天=5.4萬元/年

(3) 年增加經(jīng)濟(jì)效益

154萬元-5.4萬元=148.96萬元

5.3 降低員工勞動(dòng)工作強(qiáng)度。

脈沖吹灰器自動(dòng)化程度較高，通過PLC控制可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，且運(yùn)行平穩(wěn)，故障率低于，基本達(dá)到免維護(hù)，有效提高設(shè)備的可靠性。

5.4系統(tǒng)簡化。

脈沖吹灰設(shè)備自成系統(tǒng)，獨(dú)立工作，僅與現(xiàn)場壓縮空氣系統(tǒng)相連，與機(jī)組本體設(shè)備無任何硬件關(guān)聯(lián)，其有效吹灰強(qiáng)度也被設(shè)計(jì)在限定的安全范圍內(nèi)，因此，脈沖吹灰系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場其它設(shè)備無任何影響。

5.5環(huán)保降噪。

脈沖吹灰系統(tǒng)運(yùn)行中無有毒有害物質(zhì)排放，脈沖爆燃所產(chǎn)生的噪聲，比聲波吹灰器降低5dB,未超出國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍，因而對(duì)環(huán)境無影響，有效降低作業(yè)環(huán)境職業(yè)病危害因素。

該公司#1鍋爐吹灰系統(tǒng)改造22臺(tái)JD智能單元式脈沖吹灰器后，運(yùn)行穩(wěn)定，基本達(dá)到免維護(hù)，設(shè)備可靠性得到了保證，排煙溫度、節(jié)能減排達(dá)到預(yù)期效果，投資回報(bào)率高，做到當(dāng)年投資，當(dāng)年就可以收回。

參考文獻(xiàn)：

     [1] JD-單元式智能型說明書

     [2] 50MW機(jī)組鍋爐運(yùn)行規(guī)程