李世軍

（戴蒙德電力機(jī)械（湖北）有限公司，湖北 武漢，430056）

0 概 述

在燃煤鍋爐運行中，鍋爐的各受熱面不可避免地會出現(xiàn)不同程度的積灰和結(jié)渣現(xiàn)象，輕則降低受熱面的傳熱能力，使排煙溫度升高，降低了鍋爐效率；重則導(dǎo)致鍋爐出力下降、誘發(fā)過熱器爆管等現(xiàn)象的發(fā)生，甚至?xí)斐蔂t膛大渣塊的掉落，砸壞水冷壁和冷灰斗等惡性事故。

長久以來，吹灰器是解決鍋爐積灰和結(jié)渣問題的常用設(shè)備，在提高鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面起著重要作用。

1 吹灰器的選型

1.1 吹灰器的類型及工作原理

國內(nèi)外鍋爐吹灰器的種類繁多，目前，在大型電站機(jī)組中，應(yīng)用比較廣泛的有蒸汽吹灰器、水力吹灰器、聲波吹灰器、燃?xì)饷}沖吹灰器等。

1.1.1 蒸汽吹灰器

蒸汽吹灰器是利用高壓蒸汽的射流沖擊力清除受熱面上的積灰結(jié)焦，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種吹灰器，常用的有4類結(jié)構(gòu)型式。

（1）短伸縮式吹灰器

短伸縮式吹灰器主要用于吹掃鍋爐的水冷壁管，因此，也被稱為爐室吹灰器。這種類型吹灰器的吹灰槍行程較短，通常的行程＜300mm，吹掃半徑約1.5m。

（2）長伸縮式吹灰器

長伸縮式吹灰器平時停置于爐外。投運時，吹灰槍旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，到達(dá)所需吹掃的管束位置，再打開吹灰介質(zhì)，吹灰槍管端部的2個或數(shù)個噴嘴噴出蒸汽沖擊清洗受熱面，吹掃半徑約2m。吹灰器的吹灰軌跡呈螺旋形，并且一般設(shè)有軌跡錯開機(jī)構(gòu)，使吹灰器前行和退回的吹灰軌跡錯開，以保持吹掃均勻，節(jié)省汽耗，同時減輕對管壁的磨損。

長伸縮式吹灰器主要用于清理鍋爐過熱器、再熱器、凝渣管、省煤器等部位受熱面上的積灰和結(jié)渣，也可清除位于鍋爐爐頂和管式空氣預(yù)熱器的結(jié)灰。針對不同形式的管束，選用不同的運行速度、螺旋線導(dǎo)程、吹灰壓力和噴嘴排列等參數(shù)，以獲得最佳的吹灰效果。

（3）加長槍型長伸縮式吹灰器

加長槍型長伸縮式吹灰器，是為了適應(yīng)大容量機(jī)組的大截面爐膛和節(jié)約安裝空間而開發(fā)的一種吹灰器，也是長伸縮式吹灰器的派生產(chǎn)品。該型吹灰器的吹灰槍被加長，槍管的腰部設(shè)有數(shù)組噴嘴，并增設(shè)了吹灰槍管托板，其結(jié)構(gòu)及動作原理等均與長伸縮式吹灰器相同。半伸縮式吹灰槍有一部分槍管始終置于爐內(nèi)，在運行中，不同部位的噴嘴分別吹掃不同的區(qū)域，其吹灰區(qū)域是行程的兩倍以上。

布置加長槍型長伸縮式吹灰器所需要的平臺較小，可顯著節(jié)省平臺造價和空間，但只可用于鍋爐內(nèi)煙溫較低的區(qū)域，如省煤器、再熱器等受熱面，煙溫一般低于600℃，以確保部分吹灰槍長期置于爐內(nèi)而不被燒壞。

（4）固定回轉(zhuǎn)式吹灰器

固定回轉(zhuǎn)式吹灰器平時停置于爐內(nèi)。這種類型的吹灰槍帶有多個噴嘴，工作時作旋轉(zhuǎn)運動。固定回轉(zhuǎn)式吹灰器主要有兩種吹灰方式，即管間吹灰和管群吹灰方式［2］。由于熱位移和吹灰槍撓度的影響，進(jìn)行管間吹掃時，往往難以做到噴嘴射流恰好位于兩管排之間，將導(dǎo)致受熱面管的吹蝕。

吹灰槍上的多個噴嘴位置需根據(jù)管束間距和排列形式而定，吹灰角度由機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)定的凸輪決定。為防止吹灰槍燒壞，固定回轉(zhuǎn)式吹灰器也只用于煙溫較低區(qū)域，煙溫一般低于600℃。此外，因受吹灰槍剛度的限制，且吹灰噴嘴出口的壓力不能過大，所以，吹灰槍長度一般不超過4.5m。對大型電站鍋爐，由于冷態(tài)與熱態(tài)時吹灰槍在爐內(nèi)外的位移大，所需吹灰槍較長、噴嘴多，常使固定回轉(zhuǎn)式吹灰器難以正常運行，吹灰效果也不佳，故在大型機(jī)組上很少采用固定回轉(zhuǎn)式吹灰器。但在小型電站鍋爐的省煤器、管式預(yù)熱器，工業(yè)鍋爐、余熱鍋爐的對流管束等設(shè)備上，常采用固定回轉(zhuǎn)式吹灰器常作為主要吹灰設(shè)備。

1.1.2 水力吹灰器

水力吹灰器以水為工作介質(zhì)，主要用于清掃鍋爐水冷壁上的積灰與結(jié)渣。水力吹灰器工作時，當(dāng)水流沖擊爐壁的焦塊上時，會使積附的灰渣產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，引起灰渣的破碎。此外，水流可滲入灰渣的縫隙中，水會迅速受熱蒸發(fā)并膨脹，使積附的灰渣松動脫落［3－5］。水流和熱灰渣之間的熱效應(yīng)，再加上水流本身具有較大的沖擊力，使得水力吹灰器具備優(yōu)良的除灰渣能力，特別適合于清除黏度高、質(zhì)地堅硬的結(jié)渣。因此，水力吹灰器一般用于燃燒褐煤或結(jié)焦性強等煤種的機(jī)組中。

水力吹灰器主要有兩種型式。一種是旋轉(zhuǎn)伸縮式，射流噴嘴帶有一定后傾角，以螺旋線軌跡對水冷壁面進(jìn)行吹掃，行程約為1m，有效吹掃半徑為2～4 m。另一種是遠(yuǎn)程水力吹灰器，射流噴射距離可達(dá)30m，用于清掃噴嘴正面及兩側(cè)墻的水冷壁面。根據(jù)鍋爐水冷壁型式和吹灰要求，控制吹灰器在水平與豎直方向上的擺動，可形成多種吹灰軌跡。相對而言，遠(yuǎn)程水力吹灰器的清灰效果更佳，覆蓋面積更廣（單機(jī)每次可吹掃400m2的區(qū)域）。因此，水力吹灰器的應(yīng)用較為廣泛。

1.1.3 聲波吹灰器

聲波吹灰器是以壓縮空氣或高壓蒸汽為動力源，運行時產(chǎn)生低頻高強度聲波，在積灰空間內(nèi)形成聲波振蕩，使灰粉細(xì)顆粒難以在管道表面沉積，并可使已經(jīng)形成的積灰產(chǎn)生聲致疲勞而剝落［7］，達(dá)到清灰作用。聲波吹灰器發(fā)聲頻率一般在20～250Hz，聲強約120～150dB，有效作用半徑約6～10m［8］。

常見的聲波吹灰器有旋笛式、膜片式等［9］。旋笛式聲波吹灰器利用高壓氣流通過一個旋轉(zhuǎn)閥門，經(jīng)閥門的反復(fù)開閉阻斷，氣流呈脈沖形式從噴口高速流出，從而發(fā)出聲波清灰。旋轉(zhuǎn)閥門的動作頻率決定了聲波能量在基頻與各高次諧波頻率上的分布。旋笛式聲波吹灰器的頻率可調(diào)，發(fā)聲效率高。膜片式聲波吹灰器利用高壓氣流使高強度膜片振動發(fā)聲，膜片的固有頻率決定了聲波的主頻率。膜片式聲波吹灰器的膜片為核心部件，對膜片材料和加工工藝的要求較高。運行時，吹灰器的發(fā)聲頻率不能更改。目前，國外的聲波吹灰器大多為膜片式。

聲波吹灰器的特點和聲波本身特性密切相關(guān)。由于聲波的繞射、衍射和散射特性，可使聲波能量到達(dá)被清掃空間的每個角落。因此，聲波吹灰器運行時不存在清灰死角，但聲波攜帶的能量有限，僅適用于清除干松灰，而不利于清除黏結(jié)灰和結(jié)渣，在高溫區(qū)和酸露點溫度下的吹灰效果不理想。

目前，在電站機(jī)組中，聲波吹灰器主要應(yīng)用于省煤器、再熱器、SCR反應(yīng)區(qū)、料倉、煙道等設(shè)備的清灰處理。

1.1.4 燃?xì)饷}沖吹灰器

燃?xì)饷}沖吹灰器是將可燃?xì)怏w（乙炔、天然氣、液化氣等）和空氣（或氧氣）以適當(dāng)?shù)谋壤旌虾?，爆燃生成一定強度的沖擊波，作用于積灰表面上，從而將積灰或灰垢擊落。燃?xì)饷}沖吹灰器由爆燃產(chǎn)生的沖擊波使氣流的壓力和速度產(chǎn)生突變，聲壓可達(dá)到160dB以上［10］，壓力通常在0.6～1.0MPa，速度可達(dá)300～350m／s，雖然作用時間極短（在毫秒級），但仍具有較強的機(jī)械沖擊作用，同時，伴隨形成強烈聲波振蕩作用于受熱面的積灰，且爆燃后產(chǎn)生高溫高壓氣流，對受熱面有較強的熱清洗作用。在這種多方面的綜合清掃作用下，對各類積灰的清除效果較好。

1.2 吹灰器技術(shù)性能的比較

分析各種吹灰器的工作原理及技術(shù)特點后，對于不同鍋爐區(qū)域的受熱面及灰渣特性，可選擇不同類型的吹灰器設(shè)備。

（1）對鍋爐爐膛和屏式受熱面，當(dāng)燃用的是褐煤或沾污、結(jié)焦性強的煤種（比如準(zhǔn)東煤），推薦采用水力吹灰器。燃用其他煤種時，蒸汽吹灰器仍是最佳選擇。

（2）對尾部受熱面，包括再熱器、低溫過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等，若積灰呈松散性，均可采用蒸汽吹灰器、聲波吹灰器和燃?xì)饷}沖吹灰器。如選擇蒸汽吹灰器，則優(yōu)先考慮半伸縮式吹灰器和固定回轉(zhuǎn)式吹灰器（小型鍋爐）。若積灰具有一定黏性，則可選用蒸汽吹灰器和燃?xì)饷}沖吹灰器。

2 吹灰器的布置

2.1 布置的基本原則

吹灰器的布置不但取決于燃煤的灰渣特性，還需考慮燃煤的灰含量、灰熔點等因素的影響，包括需考慮鍋爐的結(jié)構(gòu)形狀、吹灰器的技術(shù)特性等方面的問題。同時，還要綜合考慮日常運行維護(hù)、自動化控制等因素，但總體上存在一些普適性的基本原則。

（1）吹灰器應(yīng)布置在會發(fā)生積灰和結(jié)渣的受熱面附近，要與受熱面的布置相適應(yīng)，吹灰范圍應(yīng)盡可能完全覆蓋需吹灰的受熱面。另外，鍋爐受熱面的布置需考慮吹灰器的布置空間要求。比如在鍋爐上部的懸吊式管屏的布置上，當(dāng)吹灰槍行程不超過12 m時，布置點前后的屏間距取560mm左右，否則應(yīng)取700mm 左右［11］。

（2）吹灰器布置間距以及吹灰器與鍋爐壁面的距離，應(yīng)根據(jù)灰渣特性和吹灰器的有效吹掃距離進(jìn)行確定，并需要考慮最差的燃燒工況。一般吹灰器的布置間距，可取其有效吹掃半徑的2倍。

（3）為減輕對受熱面沖蝕，吹灰器噴嘴和受熱面需保證一個最小距離。若布置條件受限，不能滿足最小距離的要求，則應(yīng)在靠近吹灰槍的管排上安裝防護(hù)瓦［6］。對伸縮型吹灰器，此距離需考慮受熱面和吹灰槍本身的熱位移、吹灰槍自重和噴嘴不平衡引起的撓度的影響。比如某公司的行程為16m的吹灰器，要求兩組受熱面之間的間距為712mm。

（4）對180°相對布置的伸縮型吹灰器，布置時，要保證運行中相鄰的吹灰器槍不干涉或路徑無重疊現(xiàn)象。但在燃用褐煤等嚴(yán)重積灰的煤種時，允許吹掃路徑有150～180mm的交錯重疊［12］，但運行時應(yīng)有時間差，以免碰撞。

（5）為適應(yīng)其他燃料及工況的變化，需預(yù)留一定的備用吹灰器安裝位置。比如在爐膛懸吊受熱面之間，應(yīng)預(yù)留伸縮式吹灰器的安裝位置，折焰角下方需留有開吹灰孔的位置。

2.2 參考布置

按燃煤的積灰特性，以伸縮式蒸汽吹灰器為例，在鍋爐爐膛上部及尾部的吹灰器參考布置位置，如圖1、圖2所示。圖1的吹灰器布置位置，適用于積灰嚴(yán)重的燃煤機(jī)組。圖2的吹灰器布置位置，適用于中等積灰燃煤機(jī)組。

在2種煤質(zhì)條件下，折焰角下方均應(yīng)預(yù)留伸縮式吹灰器安裝位置，距后墻水冷壁的距離為1 050 mm，距折焰角水冷壁的最小距離900mm［11］；在水平煙道上的吹灰器布置上，吹灰器至折焰角上方傾斜煙道和爐頂?shù)淖钚【嚯x均為1 200mm。

圖1 燃用嚴(yán)重積灰煤種時吹灰器的布置位置

圖2 燃用中等積灰煤種時吹灰器的布置位置

對于嚴(yán)重積灰的煤質(zhì)，在屏式過熱器區(qū)域內(nèi)，吹灰器應(yīng)布置在前后屏中間，以及在后屏與末級過熱器之間，且均應(yīng)布置在屏式過熱器屏底的上方位置，至屏底的距離分別為1 800～2 400mm、900mm；在水平煙道區(qū)域吹灰器的垂直間距約1 800～2 400mm。

對于中等積灰的煤質(zhì)，在屏式過熱器區(qū)域，吹灰器僅布置在后屏與末級過熱器中間，且在屏式過熱器下方，至屏底的距離為600mm。在前后屏中間、屏底上方預(yù)留吹灰器安裝位置。在水平煙道區(qū)域內(nèi)，吹灰器的垂直間距約3 000～3 600mm。在尾部煙道區(qū)域內(nèi)，吹灰器布置于煙道前1／3和后1／3區(qū)域，在煙道正中區(qū)域預(yù)留吹灰器的安裝位置。

3 結(jié) 語

目前，應(yīng)用比較廣泛是蒸汽吹灰器、水力吹灰器、聲波吹灰器、燃?xì)饷}沖吹灰器，其工作原理和技術(shù)性能各不相同。蒸汽吹灰器具有有多種結(jié)構(gòu)型式，適用性最廣，可用于鍋爐各類受熱面的清掃。水力吹灰器特別適用于燃用褐煤等沾污結(jié)焦性強的機(jī)組，主要用于鍋爐水冷壁的清掃。聲波吹灰器和燃?xì)饷}沖吹灰器可用于尾部受熱面的吹掃，但聲波吹灰器僅對吹掃松散性的積灰有效。吹灰器的布置主要取決于燃煤的灰渣特性和所選吹灰器的技術(shù)特性，同時，還受運行控制方式及燃煤煤種變化等因素的影響。