范國(guó)強(qiáng)，孫衛(wèi)國(guó)，朱君舉

（1.內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 豐鎮(zhèn) 012100；2.南京常榮聲學(xué)股份有限公司，南京 210008）

1 鍋爐概況

內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)京隆發(fā)電公司）2×600MW空冷機(jī)組＃1，＃2鍋爐為亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐。鍋爐采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫，四角布置，切向燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛，∏型緊身封閉布置，固態(tài)排渣，全鋼架結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為準(zhǔn)格爾礦煤，校核煤種為晉北代表煤。

每臺(tái)鍋爐配備 2臺(tái) 32VI（50）-1930（2083）SMRC型三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)空預(yù)器），旋轉(zhuǎn)方向?yàn)闊煔狻物L(fēng)→一次風(fēng)。轉(zhuǎn)子直徑為13492mm，受熱面高度為2 083mm，一次風(fēng)倉(cāng)角度為50°。采用3層換熱元件，其高度、厚度、波型自上而下分別為1 000mm／0.5mm／DU，775mm／0.5mm／DU，305mm／1.0mm／NF6。高溫段傳熱元件面積為46917m2，中溫段傳熱面積為36501m2，低溫段傳熱面積為13 092m2，轉(zhuǎn)子高度為2 680mm。燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)熱耗率驗(yàn)收（THA）工況和鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況一次風(fēng)溫分別為305℃，308℃，二次風(fēng)溫分別為315℃，320℃。每臺(tái)空預(yù)器上配備2臺(tái)克萊德貝爾格曼伸縮式吹灰器。＃1鍋爐空預(yù)器于2014年4月7日安裝了4臺(tái)ENSGG-Ⅲ型可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器，在近1年的時(shí)間里，通過(guò)不斷測(cè)試、分析和對(duì)吹灰模式的優(yōu)化，配合蒸汽吹灰器使用，吹灰效果良好。

2 空預(yù)器設(shè)備簡(jiǎn)介

空預(yù)器是利用鍋爐尾部煙氣熱量來(lái)加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置，回收了煙氣熱量，降低了排煙溫度，因而提高了鍋爐效率（據(jù)計(jì)算，鍋爐排煙溫度每降低4.4℃，鍋爐效率可提高1百分點(diǎn)）；由于空氣的預(yù)熱強(qiáng)化了燃料的著火和燃燒過(guò)程，減少了燃料的不完全燃燒熱損失，空預(yù)器已成為現(xiàn)代鍋爐的一個(gè)重要組成部分。

空預(yù)器按傳熱方式可分為表面式和再生式2大類(lèi)，再生式空預(yù)器由于具有回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所以又稱(chēng)為回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，回轉(zhuǎn)式空預(yù)器又可分為受熱面旋轉(zhuǎn)和風(fēng)罩旋轉(zhuǎn)2類(lèi)，受熱面旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器又稱(chēng)為容克式空預(yù)器。

容克式空預(yù)器的工作原理為：轉(zhuǎn)子的受熱元件在煙氣側(cè)從煙氣中吸收熱量，通過(guò)空氣側(cè)時(shí)再將熱量傳遞給空氣。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)緩慢，傳熱元件交替地通過(guò)煙氣側(cè)和空氣側(cè)通道，當(dāng)傳熱元件與煙氣接觸時(shí)吸收熱量并積蓄起來(lái)，與空氣接觸時(shí)釋放貯存的熱量來(lái)加熱空氣，如此周而復(fù)始。

3 空預(yù)器設(shè)備及堵塞情況

京隆發(fā)電公司＃1鍋爐安裝2臺(tái)容克式2-32VI（50°）-2083型三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器。預(yù)熱器采用反轉(zhuǎn)方式，即一次風(fēng)溫低，二次風(fēng)溫高。每臺(tái)空預(yù)器煙氣側(cè)冷、熱端各安裝1臺(tái)克萊德貝爾格曼伸縮式吹灰器。吹灰時(shí)上、下吹灰器依次運(yùn)行?？疹A(yù)器設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表1，蒸汽吹灰器設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 空預(yù)器主要參數(shù) mm

表2 蒸汽吹灰器設(shè)計(jì)參數(shù)

＃1鍋爐2臺(tái)空預(yù)器自2008年6月投運(yùn)以來(lái)已經(jīng)運(yùn)行了近7年，在長(zhǎng)周期運(yùn)行期間，由于入爐煤偏離設(shè)計(jì)煤種，灰分、硫分增加，空預(yù)器冷端腐蝕加劇，換熱元件積灰、結(jié)垢逐漸嚴(yán)重，換熱效率較低，空預(yù)器通風(fēng)阻力增大，不僅增加了送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)電耗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使引風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振，使機(jī)組出力受限，影響了機(jī)組長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

在＃1機(jī)組脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，由于不可避免地整體或局部噴氨過(guò)量，導(dǎo)致空預(yù)器冷端硫酸氫銨結(jié)垢腐蝕情況愈發(fā)嚴(yán)重，空預(yù)器壓差居高不下，嚴(yán)重影響機(jī)組帶負(fù)荷能力，增加了風(fēng)機(jī)電耗。2013年，京隆發(fā)電公司＃1機(jī)組因乙側(cè)空預(yù)器壓差太大而被迫停爐并進(jìn)行低壓水沖洗，在沖洗過(guò)程中發(fā)現(xiàn)換熱元件吹損嚴(yán)重，同時(shí)積灰已經(jīng)堵住了8塊隔倉(cāng)。由此可見(jiàn)，單純的蒸汽吹灰器已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前機(jī)組正常運(yùn)行的需求。圖1為＃1空預(yù)器在只使用蒸汽吹灰時(shí)的壓差（負(fù)荷為600MW）。

圖1 使用蒸汽吹灰器時(shí)空預(yù)器的壓差

從圖1可以看出，＃1機(jī)組空預(yù)器運(yùn)行7個(gè)月后壓差增長(zhǎng)速度極快，甲側(cè)空預(yù)器壓差從1.0 kPa（2014-02-01）上升至1.3 kPa（2014-03-04），在1個(gè)月內(nèi)累計(jì)增長(zhǎng)0.3 kPa；乙側(cè)空預(yù)器壓差從1.1 kPa（2014-02-01）上升至 1.8 kPa（2014-03-04），1個(gè)月內(nèi)累計(jì)增長(zhǎng)0.8 kPa，直接影響了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

4 可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器簡(jiǎn)介

可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器有別于傳統(tǒng)的膜片式、板哨式及旋笛式吹灰器，其發(fā)聲設(shè)備采用新型的電動(dòng)調(diào)制氣流揚(yáng)聲器［1］，氣流揚(yáng)聲器氣聲轉(zhuǎn)化效率高于90%，聲功率達(dá)到30 kW，聲壓級(jí)突破160 dB，實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻調(diào)幅，聲波頻率可在20～8 000 Hz任意調(diào)節(jié)，通過(guò)測(cè)量分析，可以針對(duì)不同積灰環(huán)境調(diào)整吹灰頻率。且高聲強(qiáng)聲波吹灰器只針對(duì)積灰和積垢的頻率發(fā)聲，不會(huì)引發(fā)受熱面本身及其支撐的振動(dòng)，有效作用距離可達(dá)15m。其主要性能參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 可調(diào)頻聲波吹灰器主要性能參數(shù)

5 可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器的安裝

項(xiàng)目實(shí)施之前，南京常榮聲學(xué)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)常榮公司）技術(shù)人員與京隆發(fā)電公司專(zhuān)工進(jìn)行多次交流。根據(jù)分析，該空預(yù)器積灰堵塞的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）燃煤特性與設(shè)計(jì)煤種不符，灰分、硫分大大超過(guò)設(shè)計(jì)值；（2）省煤器灰斗輸灰不暢；（3）空預(yù)器低溫腐蝕。

常榮公司根據(jù)上述原因設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的吹灰方案，其中，考慮到空預(yù)器低溫腐蝕發(fā)生在換熱元件冷端，此段工作溫度較低，設(shè)計(jì)采用低頻聲波吹掃；而燃煤灰分增加、省煤器輸灰不暢等原因則直接對(duì)換熱元件熱端產(chǎn)生影響，此段工作溫度高，設(shè)計(jì)采用高頻聲波吹掃。因此，在煙氣側(cè)、二次風(fēng)側(cè)各安裝1臺(tái)奧笛牌可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器。

＃1機(jī)組空預(yù)器甲、乙煙氣側(cè)入口各安裝高、低頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器。設(shè)備安裝如圖2所示。

6 安裝后的運(yùn)行情況

在＃1機(jī)組空預(yù)器安裝、運(yùn)行可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器后，于2014年5月7日重新啟動(dòng)機(jī)組且進(jìn)行并網(wǎng)，同時(shí)＃1機(jī)組蒸汽吹灰器每天運(yùn)行1次。至2015年1月23日聲波吹灰器已運(yùn)行8個(gè)多月，甲、乙壓差滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)控制在1.2 kPa以?xún)?nèi)。

圖2 吹灰器內(nèi)部安裝

2014年5月20日，＃2機(jī)組啟爐后，由于未安裝可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器，蒸汽吹灰器每天運(yùn)行2次，至2015年1月23日已運(yùn)行8個(gè)月，甲、乙兩側(cè)壓差滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)達(dá)到1.2 kPa。

圖3為＃1機(jī)組安裝可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器前、后8個(gè)月滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)空預(yù)器煙氣側(cè)壓差變化，圖4為安裝了可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器的＃1機(jī)組和未安裝可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器的＃2機(jī)組近8個(gè)月的空預(yù)器壓差變化對(duì)比。

圖3 ＃1空預(yù)器壓差變化

圖4 ＃1，＃2機(jī)組空預(yù)器壓差變化對(duì)比

從圖3可以看出，未安裝可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器時(shí)，＃1機(jī)組空預(yù)器煙氣側(cè)的壓差波動(dòng)較大，最大時(shí)達(dá)到了1.7 kPa，容易造成鍋爐總風(fēng)量和爐膛負(fù)壓大幅度擺動(dòng)，影響機(jī)組安全運(yùn)行。安裝可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器后，可以看出壓差明顯降低，且在滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)能保持穩(wěn)定，保證了機(jī)組運(yùn)行的安全性，同時(shí)也減少了引、送風(fēng)機(jī)的電耗，降低了熱損，提高了鍋爐的熱效率。

從圖4可以看出，未安裝可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器的＃2機(jī)組空預(yù)器壓差近8個(gè)月上升速度高于安裝了可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器的＃1機(jī)組，證明可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器的吹灰效果明顯優(yōu)于蒸汽吹灰器。

實(shí)際應(yīng)用表明，可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器不僅能對(duì)空預(yù)器起到正常的吹灰作用，且能逐步振落換熱元件上原先形成的結(jié)垢，吹灰效果較蒸汽吹灰器具有明顯改善。

7 2種吹灰器對(duì)比

7.1 吹灰原理

7.1.1 可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器吹灰原理

高聲強(qiáng)聲波是一種機(jī)械波，空氣中的聲波使空氣分子產(chǎn)生振動(dòng)，在邊界層振動(dòng)的空氣分子帶動(dòng)相鄰的介質(zhì)分子振動(dòng)，并產(chǎn)生2種效果，一種是聲能透射到相鄰介質(zhì)中，在介質(zhì)中形成固體聲波，另一種由于空氣分子與相鄰介質(zhì)分子之間的黏滯力，聲波相當(dāng)于施加給相鄰介質(zhì)一個(gè)作用力，使表面介質(zhì)分子被聲波來(lái)回推拉。若吹灰頻率與灰垢共振頻率一致，將會(huì)產(chǎn)生吻合效應(yīng)，這2種效果將更加明顯。

7.1.2 蒸汽吹灰器吹灰原理

蒸汽吹灰器依靠蒸汽動(dòng)能對(duì)積灰進(jìn)行吹掃，一旦換熱元件內(nèi)積灰較多就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能加速衰減，因此，對(duì)卡澀在換熱片通道中的塊狀灰垢吹灰效果較差。

7.2 對(duì)換熱元件的吹損

可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器為能量型吹灰，不會(huì)對(duì)換熱元件造成吹損，蒸汽吹灰器為動(dòng)能型吹灰，吹灰時(shí)蒸汽對(duì)換熱元件的沖擊力使換熱元件受到吹損。

圖5、圖6為聲波吹灰后與蒸汽吹灰后換熱元件實(shí)景。

7.3 可靠性對(duì)比

聲波吹灰器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝便捷，配備自動(dòng)程序控制系統(tǒng)，操控簡(jiǎn)便，運(yùn)行安全、可靠。而蒸汽吹灰器故障率高，經(jīng)常出現(xiàn)卡死、失靈及漏汽現(xiàn)象，設(shè)備經(jīng)常停運(yùn)，可靠性差，容易出現(xiàn)下列問(wèn)題。

（1）疏水管線(xiàn)腐蝕、泄漏嚴(yán)重。

（2）限位開(kāi)關(guān)頻繁失靈。

（3）吹灰蒸汽總閥由于動(dòng)作頻繁，出現(xiàn)開(kāi)、關(guān)困難及內(nèi)漏。

（4）疏水不暢容易加劇空預(yù)器中間層蓄熱元件堵塞。

圖5 聲波吹灰后

圖6 蒸汽吹灰后

7.4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

聲波吹灰器采用壓縮空氣作為工質(zhì)來(lái)源，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸汽吹灰器所需蒸汽的運(yùn)行成本，且在安裝、日常維護(hù)管理等費(fèi)用上，聲波吹灰器遠(yuǎn)低于蒸汽吹灰器，具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié)論

近8個(gè)月的運(yùn)行試驗(yàn)實(shí)踐表明，可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器能夠有效發(fā)揮對(duì)空預(yù)器的吹灰作用，并且能逐步清除原有的結(jié)垢，提高空預(yù)器換熱元件的清潔度，降低排煙溫度，降低風(fēng)煙系統(tǒng)電耗，從而提高機(jī)組的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。

對(duì)比蒸汽吹灰器，可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰器具有不受熱交換器布置空間影響、聲波傳播均勻、衰減小、能夠有效清除鍋爐內(nèi)各受熱面及除塵板積灰結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，可調(diào)頻高聲強(qiáng)聲波吹灰設(shè)備安裝便捷，采用自動(dòng)程序控制操作，維護(hù)量小，不但運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸汽吹灰器，而且運(yùn)行安全性、可靠性大大提高。隨著性能的進(jìn)一步提高和吹灰模式的不斷優(yōu)化，可調(diào)頻聲波吹灰器將逐漸取代蒸汽吹灰器。

［1］馬大猷.調(diào)制氣流聲源的原理［J］.物理學(xué)報(bào)，1974，23（1）：17-26.

［2］田靜，閏貴富.聲波吹灰技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.聲學(xué)學(xué)報(bào)，1997（5）：469-473.

［3］姜根山，辛?xí)詵|，田靜.聲波除灰的能量傳播優(yōu)勢(shì)［J］.中國(guó)電力，1999，32（9）：32-33.

［4］鐘毅，高翔，霍旺，等.濕法煙氣脫硫系統(tǒng)氣-氣換熱器的結(jié)垢分析［J］.動(dòng)力工程，2008（2）：275-278.