截至目前,火力發電仍然是生產電能的主要方式。大型火力發電廠的鍋爐是煤炭的化學能轉換為高溫高壓蒸汽熱能的能量轉換設備。為了實現能量轉換效率,煤粉要在很短的時間里完成燃燒過程,煤炭被專門的設備磨制成極細的煤粉,燃燒產生的高溫燃燒產物的熱量通過一系列的熱交換設備的受熱面傳遞給在管道里的水或者水蒸汽。在煙氣里灰粒的直徑大多在10~30μm,這樣微小的灰塵顆粒由于灰塵與管壁之間的分子吸引力、機械網羅作用力、熱泳作用力及靜電吸引力等使其黏附在受熱面管壁上,1mm的積灰對于傳熱的阻力大約是鋼鐵材料的50倍,大大降低了傳熱效率。

為了清潔受熱面,傳統使用的蒸汽吹灰裝置,由于蒸汽清灰需要可以用于做功的過熱蒸汽,在吹灰的同時正氣夾帶著灰塵顆粒對受熱面管道產生強烈的磨損,導致鍋爐爆管停爐事故。在電廠事故分類中,鍋爐設備事故占70,而在鍋爐事故中,因磨損而發生爆管的事故占70,另外,吹灰所使用的過熱蒸汽,在鍋爐尾部受熱面中由于煙氣溫度逐步降低而使煙氣濕度增加,導致尾部受熱面發生低溫腐蝕。

由于蒸汽吹灰存在的缺陷,人們開始尋求一種新的清灰裝置。

聲波吹灰與NP聲波吹灰器。

NP聲波吹灰器利用壓縮空氣在調制成一定頻率、振幅、聲壓級的聲波,聲波在傳播過程中具有繞射、衍射的作用,不但能夠清除管道正面的積灰,對管道背面的、側面的積灰也能有效地清除,清灰不存死角;由于使用壓縮空氣,不影響煙氣濕度,可以有效地防止管道的酸腐蝕;不考慮對受熱面吹損,可以根據清灰需要設置啟動時間和間隔時間,隨時保持受熱面的清潔;與同時存在的旋笛式、膜片式聲波吹灰器相比,更因為沒有機械傳動、轉動,沒有油潤滑系統,不存在機械故障、潤滑故障和漏油等,無需經常維護保養,提高了裝置的可靠性;爐內安裝,聲音泄漏小,對操作環境無噪聲污染。

1積灰與清灰

1.1鍋爐受熱面積灰及影響

由于燃料中含有不可燃成分,統稱為灰分,在鍋爐燃燒過程中,灰分被析出,一部分沉積在受熱面上,另一部分隨煙氣帶出鍋爐。沉積在鍋爐受熱面上的灰,有兩種形態,即積灰和結渣。所謂積灰,指的是溫度低于灰熔點時灰沉積物在受熱面上的聚積,一般多發生在鍋爐爐膛出口至空氣預熱器段的對流受熱面上。所謂結渣,指的是熔化了的灰粘附在受熱面上,一般多發生在爐膛、屏式過熱器、爐膛出口等高溫受熱面。積灰、結渣受物理因素和化學因素的交替相互作用,生成過程十分復雜,按積灰、結渣的特性來分類的方法繁多。現僅按積灰強度來劃分,可分為松散性的積灰和粘結性的積灰,積灰結渣部位多數發生在鍋爐出口水平煙道及尾部豎井煙道的受熱面管壁上。

1).松散性積灰

對單根受熱面管而言,松散性積灰發生在兩個部位,一是迎向煙氣流的正面上,在煙氣速度很小、飛灰顆粒很細時飛灰才會形成松散的沉積層,并且為顆粒較大的灰所破壞而減薄。當煤粉細度和鍋爐負荷不變,運行穩定的條件下,這一薄層將在一定的時間內達到動態平衡;另一個積灰部位是在受熱面管的背面,也是積灰最為嚴重的地方。由于受熱面管的背面處于煙氣渦流區,形成松散的楔形積灰,并與受熱面管一起構成流線型,因此,不會增加煙氣的流動阻力。

2).粘結性積灰

它主要是在受熱面管子的正面形成,并迎著煙氣流成梳形狀生長,它不像松散性積灰那樣到了一定的積灰程度就停止了生長,而是隨時間的增加而增長。積灰嚴重時在受熱面管間搭橋,堵塞煙氣通道,增加煙氣流動阻力,鍋爐不得不被迫減負荷或停爐清灰。

鍋爐受熱面積灰是不可避免得普遍現象。受熱面積灰后使傳熱熱阻增加,管內工質的吸熱量減少,排煙溫度升高。據計算,鍋爐排煙溫度每升高10℃,鍋爐熱效率約降低0.5個百分點,相當于一臺300MW機組鍋爐損失標準煤若干噸(要計算一下)。同時,因受熱面積灰使管壁金屬超溫,對鍋爐安全運行造成威脅,因此,鍋爐吹灰勢在必行。

1.2傳統清灰方式及存在的問題

1.2.1蒸汽吹灰

國內外蒸汽鍋爐受熱面吹灰廣泛采用蒸汽吹灰的原因之一是由于低壓蒸汽的獲得比較容易,其二是,蒸汽吹灰能起到“立竿見影”的效果,特別是粘結強度高的灰渣、熔融灰渣都能有效地被清除。它是利用蒸汽射流的動能,直接作用于灰渣的表面,沖擊動壓可達到2000Pa,灰渣可迅速地被吹離受熱面,排煙溫度即吹即降,有非常“明顯”的吹灰效果,因此,旋轉式長短干蒸汽吹灰器在吹灰領域仍然占著統治地位。但是,蒸汽吹灰也有它不利的一面。

1).蒸汽耗量大

蒸汽吹灰介質壓力一般1.5MPa、>150℃,耗汽量30~100kg/min。例如,省煤器一般安裝4臺吹灰器,每臺運行6分鐘,每臺耗汽量73kg/min,總耗汽量為1752kg。一臺300MW機組鍋爐安裝100多臺蒸汽吹灰器,按吹灰程序順序執行吹灰,全面吹灰一次約需3小時,總耗汽量約60~100t,要增加鍋爐昂貴的補給水量約1,使水處理設備的運行費用提高;

2).增加排煙中水蒸氣含量,使尾部受熱面容易積灰和腐蝕,特別是處于末級的空氣預熱器受熱面更容易積灰堵塞,有時不得不停爐清灰;

3).旋轉伸縮式吹灰器的結構復雜,工作條件差,易磨易損件多,所以維修費用高,據統計,以10年為一周期,蒸汽吹灰維修費用比壓縮空氣吹灰高約70;

4).蒸汽射流速度高,不斷卷吸周圍含塵高溫煙氣,直接沖刷到金屬受熱面上,致使受熱面磨損很嚴重而爆管,

5).特別是過熱器部位的長伸縮式吹灰器容易卡澀,退不出來,吹損受熱面管道。

6).吹灰時效果很明顯,一旦停止吹灰,受熱面上又很快積灰,這與蒸汽吹灰留有死角和不徹底有關。因沿被吹掃管子長度和周界的不均勻吹掃,殘留的部分積灰是進一步積灰的基礎,同時蒸汽也使灰粒容易粘到管子上,吹灰后一般3小時左右又恢復到吹灰前的積灰狀態,排煙溫度也逐漸恢復到吹灰前的水平,所以具有“短期效應”的特點。有的鍋爐燃燒易積灰結渣煤時,每天吹灰兩三次也難以保證過熱蒸汽不超溫、管壁金屬溫度低于報警值,因此,給鍋爐運行帶來很多困難;

7).一般蒸汽吹灰的有效吹掃半徑約為1.5~2.0米,吹掃面積有限,留有吹掃不到的死角。為了滿足連續運行的要求,一臺300MW機組的鍋爐需要布置100多臺長短桿蒸汽吹灰器,投資較大。

1.2.2壓縮空氣吹灰

與蒸汽吹灰相比,吹灰介質為壓縮空氣,吹灰器的結構差不多,但優點較多。不消耗鍋爐補給水,壓縮空氣也容易獲得;因空氣中水分極少,不會造成空氣預熱器冷端堵灰;壓縮空氣系統為低溫低壓,維修方便;但初投資較大,必需配備專用空氣壓縮機。

例如,一臺862t/h的蒸汽鍋爐,安裝了長短桿旋轉伸縮式壓縮空氣吹灰器,若每24小時吹灰3次,共9小時18分鐘,耗壓縮空氣40900m3(標準狀態)。據統計,目前用壓縮空氣作為吹灰介質的鍋爐約占40。對大容量鍋爐吹灰的技術經濟比較表明,采用壓縮空氣吹灰比蒸汽吹灰更為有利。在美國500MW機組以上鍋爐采用壓縮空氣吹灰約占60,我國小容量鍋爐采用壓縮空氣吹灰的比例較大,或者在鍋爐尾部受熱面省煤器、空氣預熱器的局部區域才采用壓縮空氣吹灰。

1.2.3水力吹灰

鍋爐排污水或高壓水具有較高的沖擊力,對強粘結的硬灰特別有效,但對鍋爐燃燒影響大,煙氣含水蒸汽量增加,管壁受熱沖擊,容易龜裂爆管。

1.2.4鋼珠除灰

用于小容量鍋爐尾部受熱面吹灰。小鋼珠從尾部煙道頂部播撒下來,鋼珠與受熱面管相互碰撞,將積灰從受熱面上打擊下來,并隨煙氣帶走。需要安裝一套鋼珠搜集裝置,而且鋼珠的損耗量很大,現在已很少使用。

1.2.5振動吹灰

用機械振動(打擊)的方法使受熱面管振動,積灰脫離管壁后被煙氣流帶走。一般在電除塵器上使用,也可用鍋爐尾部受熱面,但機械部分容易磨損失效。

1.3脈沖波清灰

利用可燃氣體,如甲烷、氫氣、乙炔等高反應性能的燃料在特制容器中點火爆燃,產生的超音速脈沖波從出口高速噴出,清除受熱面上的積灰。我國在10年前發現隨國外進口鍋爐帶有燃氣脈沖波清灰裝置,經消化吸收,現在已有十多家公司在生產經營這種清灰裝置,有一定的清灰效果。但要特別小心可燃氣體在運輸、儲存中的安全及在使用中失控爆炸;要控制脈沖波的強度,否則設備受損、連接部件松動、保溫材料脫落,噪音大,有的在1000米以外還能聽到爆炸聲。

1.4聲波清灰

綜上所述,由于傳統清灰器存在不同程度的問題,如何找到更好的吹灰器,節約有限的能源,一直是這一領域內廣大工程技術人員為之奮斗的目標。利用壓縮空氣位能在特殊設備中調制成聲能,作用于受熱面上的積灰,達到了清灰的目的,正是這一奮斗目標的體現。聲波清灰在我國近十年來得到迅速的發展,達波電力設備有限公司集眾家之長,在聲波清灰器的研制、應用方面取得了重要的進展,特別是在300MW級大容量鍋爐上的應用更是取得了成功的經驗,因此,不斷總結經驗,提高技術水平,是我們努力的方向。

2振動與聲

2.1聲音

我們的周圍是充滿聲音的世界。

街道上車聲隆隆,工廠里機器轉動的轟鳴聲,大自然中風聲、雨聲,海洋里波濤的怒吼,總之,在我們地球上聲音是無處不在。那么,聲音究竟是甚么呢它是如何發生又是如何傳播的呢

2.2振動與聲

我們向平靜的湖水水面投下一顆小石子,可以看到以石子投入點為中心的水波向周圍傳播開去,如圖1所示。這是由于小石子打擊湖水,使其石子周圍的水發生了振動,水的振動又牽連到臨近水的振動,于是水波就由近及遠的傳播出去了。以石子為中心高出水面的近似同心圓的部分最高點叫波峰,凹下去的最低點叫波谷。表面上看起來,好像水以石子為中心傳到遠出去了,其實不然,水分子只是在原地上下振動,與波的傳播方向垂直,這種波叫橫波。

我們敲擊一下圖2中的音叉,它就會一來一往地擺動,人的眼睛是看不見這種擺動的,只能聽見清脆悅耳的聲音。這個有規律的擺動叫振動。音叉往返一次算作一次振動,每秒鐘振動的次數叫頻率,用f來表示,單位是赫(HZ)。人的耳朵能聽見的聲音頻率是20~20000赫,低于20赫德聲波叫次聲波,高于20000赫的聲波叫超聲波,人的耳朵聽不見次聲波和超聲波。

如圖2所示,當音叉向右邊振動時,右邊臨近處的空氣受到擠壓,形成一個密集A,這個密集A的空氣又去擠壓右邊臨近B處的空氣,使B處的空氣又趨向于密集。

當音叉向左邊振動時,留給右邊一個空隙,A處的空氣就充滿這個空隙,突然變得稀了,形成一個稀疏。這時B處的空氣已經成為一個密集,B處的空氣繼續向右擠壓,使C處的空氣趨向密集。如此疏、密相間,將音叉的振動以聲波的形式由近及遠地傳播。疏密相間的變化方向與波的傳播方向一致,我們把這種波叫做縱波。

總之,振動的物體是聲音的聲源,振動在彈性介質(氣體、固體和液體)中,以波的方式進行傳播,這個彈性波就叫聲波。

在聲波中,兩個相鄰的密集或兩個稀疏之間相同位置的距離叫波長,用λ表示,單位是米(m)。聲波波長λ,聲速c,頻率f是聲波的三個基本量,它們之間的關系為

(1)

在常溫和標準大氣壓下,空氣中的聲速是344m/s。

2.3聲波的傳播特性

2.3.1聲波的反射、折射、繞射和干涉

當聲波遇到障礙物時,就像光照射在鏡子上一樣,會發生發射。實驗證明,當聲波波長比障礙物表面尺寸小時,很容易地就被反射回去,并且在障礙物后面形成一個聲影區。高頻聲波的波長短,比低頻聲波更容易反射。由于反射聲的存在,會使原來的聲音加強;當我們在一個山谷中大喊一聲后立即停止,短時間內我們還能聽到自已的喊聲,這種現象通常叫回音,在聲學里叫混響聲。

聲波在傳播過程中,遇到不同物資的界面時,如從空氣入射到鋼板上,除了反射外,還將有聲波進入鋼板里,這種現象叫折射。就是同一種物資在存在溫差時聲波也將發生折射現象。

聲波在傳播過程中,遇到障礙物或小孔,當波長比障礙物或小孔的尺寸大得多時,會發生繞射現象。如34.5~345赫的低頻聲波,波長約為1~10米,所以很容易繞射過去。墻上若有小孔洞,小心低頻“漏聲”。

聲波在傳播時,還可以互相疊加,這叫做聲波的干涉。當兩列頻率相同的聲波以相同的相位達到空間某點時,兩個聲波被加強,合成振幅為兩個聲波振幅之和;當兩波相位相反時,則相互減弱或完全抵消,合成振幅為兩列聲波振幅之差。

2.3.2聲波的輻射和衰減

當聲源的尺寸與波長比較起來很小的時候,聲波成球面波的形狀從聲源較均勻地向四面八方輻射,沒有確定的方向,這種聲源叫做點聲源。當聲源的尺寸大于聲波的波長時,輻射出的聲波以略微發散的聲束傳播。

在大多數實際情況下,可以近似地認為聲波在聲源附近具有球面波的形狀。球面波的強度與離開聲源距離的平方成反比而降低。這是因為聲源每秒鐘發出的能量是一個衡量,離開聲源距離越大,能量的分布球形面積也越大,因此,通過單位面積的能量就越小,即是距聲源距離越近,聲音越強,距聲源距離越遠,聲音越弱的原因。這叫做聲波的距離衰減。

2.4聲波的物理參數

從以上的敘述可知,聲音有大小、強弱之分,那么用甚么方法來衡量聲音的大小呢

2.4.1聲壓與聲壓級

聲波是由于空氣受振動而產生的,它使某一空間空氣時而密度變大,時而密度變小。空氣密度增加,壓強就升高;空氣密度變小,壓強就降低,因此,聲波使大氣壓發生了迅速起伏變化。這個使大氣壓發生變化的部分叫做聲壓。聲壓越大,聲音越強,聲壓越小,聲音越弱。聲學家們就用聲壓來衡量聲音的大小,常用字母p來表示,單位是牛頓/米2(N/m2)。

正常人能聽到最弱的聲音的聲壓大約是2×10-5N/m2(稱聽閾聲壓),一般談話聲的聲壓是2×10-2~7×10-2N/m2,跑著的汽車的聲壓是0.2~1N/m2,電廠球磨機運行時的聲壓是20N/m2,這種高聲壓使人耳朵聽起來感到疼痛的感覺(稱痛閾聲壓)。從聽閾聲壓到痛閾聲壓相差1000000倍,作為一個計量單位,使用起來很不方便,人們便引用了一個成倍比關系的對數量,即用“級”來表示聲音的大小,稱為聲壓級。

聲壓級的單位叫分貝(dB),其數學表達式為

(2)

式中Lp-----聲壓級,dB;

p------聲壓,N/m2;

po------基準聲壓,2×10-5N/m2(1000赫的聽閾聲壓)。

將人能聽到的最弱聲壓(聽閾聲壓)、一般談話聲壓、跑著的汽車聲壓、運行磨煤機的聲壓分別代入公式(2),可計算出它們的聲壓級分別是0、70、80~90及120dB。即將1000000倍的聲壓變化范圍,改寫為0~120dB的變化范圍,僅僅是表示方式的不同,聲壓的本質未變。

2.4.2聲強、聲強級、聲功率、聲功率級

由于聲波是空氣中的機械振動形成的,它具有一定的能量,所以常常也用能量的大小來表示聲波輻射的強弱,于是就引出了聲強和聲功率兩個物理量。

聲強是在聲音傳播的方向上,單位時間內通過單位面積的聲能量,通常用字母I來表示聲強,單位是瓦/m2(W/m2)。

聲功率是聲源在單位時間內輻射出的總聲能量,通常用字母W來表示,單位是瓦(W)。

聲強和聲功率與聲壓的表示方法一樣,也用“級”來表示,即聲強級和聲功率級,其單位也是分貝(dB),它們的數學表達式是

聲強級(3)

式中LI-------聲強級,分貝(dB);

I--------聲強,瓦/米2(W/m2);

I0-------基準聲強,10-12瓦/米2(W/m2)。

聲功率級(4)

式中LW-------聲功率級,分貝(dB);

W--------聲功率,瓦/米2(W/m2);

W0-------基準聲功率,10-12瓦(W)。

為了對聲功率和聲功率級有比較直觀的理解,有下面幾個例子。小電鬧鐘的聲功率級是40dB,聲功率為10-8瓦;一般談話的聲功率級是70dB,聲功率為10-5瓦;汽錘的聲功率級是120dB,聲功率為1瓦;噴氣式飛機的聲功率級是160dB,聲功率為10000瓦。

2.5聲壓級、聲強級、聲功率級的區別

雖然聲壓級、聲強級和聲功率級都是描述聲音強弱的物理量,但也是有區別的。從上述Lp、LI、LW的定義可知,三者的物理意義完全不同,它們是從不同的角度來描述聲音的大小。聲壓級和聲強級它們說明的是確定的聲源在聲場空間中距離聲源某一定距離的點上聲波作用的大小的度量,距離聲源的距離不同,則數值不同;聲功率級是聲源在單位時間內向聲場空間輻射的總聲能量的度量,與距聲源的距離無關。

2.6聲場的慨念

2.6.1直達聲場

當聲源尺寸與聲波波長比較起來很小時,并且聲源處于四周空曠的中心,聲波向四周輻射,不存在周圍障礙物的反射,這種聲場叫直達聲場。

2.6.2混響聲場

聲源在密閉的空間發聲時,聲波不斷地從聲源發出,在被四周壁面和空氣介質吸收,同時也被壁面經過一次或多次反射,通常把這種經反射形成的聲場叫做混響聲場。

2.6.3總聲場

3聲波清灰

3.1歷史回顧

二十世紀初,瑞典人和英格蘭人就知道用槍聲清除家庭煙囪內的積灰,七十年代瑞典人MatsOlsson博士成功研制了聲波清灰器,并得到迅速的發展,在歐、美、日等工業先進國家的鍋爐清灰中首先得到推廣應用,獲得了不錯的清灰效果和社會經濟效益。八十年代末,由中科院聲學所的專家們將聲波清灰技術引入我國,并在電站及石化系統的鍋爐上進行應用性試驗,取得了很好的效果。目前我國從事聲波清灰技術的研制、銷售的公司約有10多家,聲波清灰器的型式也多種多樣,用戶已達100多家。

達波公司的技術人員與中科院聲學所鐘高琦教授于1995年開始聲波清灰器的研制和應用試驗,將研制的成果應用于電站及石化系統的不同容量鍋爐上,取得了成功的經驗,也有失敗的教訓。

3.2聲波清灰原理及特點

聲波清灰是利用聲場能量的作用,以清除鍋爐受熱面上的積灰。聲場能量由壓縮空氣在特制的發聲器中轉換為聲波而獲得。鍋爐煙氣中含有極細的灰粒,在沒有聲波作用的情況下,它們很容易粘積在受熱面上,當聲波以煙氣作為傳播媒質時,這種粘積現象被減弱或者不可能存在,這是因為

1).煙氣與受熱面接觸的近壁面邊界層中灰粒在聲波的高頻率、周期性的“推拉”作用下始終處于懸浮狀態,灰粒沒有機會粘附到受熱面上。有一個類似的例子,我們在海邊或河邊水可以看見水與沙灘的分界面上,水波周期性地將沙粒推上傾斜的沙灘,然后又迅速地把它們拉回水中,沙粒得不到瞬間“安靜”的機會,很難沉積下來;

2).由于聲波具有直達、反射、繞射的特性,使聲波充滿整個清灰空間,因此,在受熱面管的四周均有聲波存在,清灰不留“死角”;

3).對于受熱面已粘積的灰,在聲波周期作用下,可使積灰附著層疲勞而破裂。

4).“長效”清灰作用。根據鍋爐不同的積灰特點,聲波清灰器可全自動周期性投入運行,需要吹灰時即吹灰,不需要吹灰時即停,使鍋爐在整個連續運行的時間內,均能得到很好地清灰,與長短桿旋轉式蒸汽吹灰“立竿見影”的“短效”作用不同;

5).因聲波清灰系統結構簡單,無伸縮旋轉部件,設備不易損壞,所以具有免維護的特點;

6).在鍋爐點火啟動時即可投入聲波清灰器自動控制系統的運行,可伴隨鍋爐連續長期運行而無人值守。

4NP聲波清灰器

4.1結構特點

NP系列聲波吹灰裝置是公司近幾年研制開發的產品。基于德國HardemanChirpSoundWaveClear聲音清潔裝置,公司組織人力、物力,結合我國電站鍋爐的具體情況,不斷地進行研究、創新和改進,研制了NP系列聲波發生器,見圖3所示。成功地應用在25MW-350MW的電站鍋爐的爐膛、高過、省煤器、空氣預熱器等部位的清除積灰和防止結焦。公司在聲波吹灰裝置的應用研究過程中,不惜投入大量的資金,不斷調查研究、從吹灰器本體材料、加工工藝、特殊處理工藝等方面進行了大量地研究工作,解決了高溫條件下抗變形、耐腐蝕、耐磨損等技術難題,生產出了新一代耐高溫、大功率、耐腐蝕、耐磨損的NP系列聲波吹灰產品。為適應用戶各種運行工況,公司產品中關鍵的配套零部件采用了進口的Worcester/ASCO電磁閥、全套日本原裝OMRON器件配置的電控系統,提高了該裝置運行的可靠性、穩定性。

4.2NP系列聲波清灰系統主要技術特點

4.2.1良好的可靠性

1).聲波清灰系統所研制的聲波發聲器,聲波頻率范圍選用32.5~425Hz

2).聲強級135~145dB,爐外聲強級≤85dB,符合國家環保標準,對人體絕對無害;

3).動力介質:壓縮空氣,常溫,壓力范圍:0.3~0.8MPa,用氣量每組聲波清灰器為3標準立方米/次;

4).間歇式運行,一般間隔2小時,最佳運行周期根據運行工況試驗確定;

5).聲波發聲器采用鉬鎳合金并采用了熱涂鈷基合金的先進工藝,具有在高溫下耐腐蝕、耐磨損的優良工藝特點,比鉻鎳合金在同等條件下耐磨性能提高二十五倍,長期頻繁使用可保證金屬機械、化學性能穩定;

6).控制系統選用日本OMRON器件配置的電控系統;

7).電磁閥采用了進口的Worcester/ASCO電磁閥;

8).控制電源:交流電220V,50Hz;

9).壓縮空氣系統采用鍍鋅鋼管;

10).每個電磁閥前裝設濾網空氣凈化裝置,確保空氣介質潔凈,有效地避免了閥體和聲波清灰器的堵塞現象。

11).氣體的動能已轉換為輻射聲波,從而大大地減少了氣體的沖刷和磨損;

12).聲波清灰所采用的聲波避開了鍋爐本體設備的本征頻率,所以僅對灰垢產生強烈的作用而無損于鍋爐本體設備。

13).聲波清灰器沒有運動機構,不存在爐內運行機械故障,基本達到免維護。

14).NP系列聲波清灰裝置功率范圍:1500-2000W/套,可滿足不同煤種對吹灰功率的要求(經試驗,粘結在鍋爐受熱免的積灰、結焦在小于600W吹灰功率時即可剝落和疏松并自由下落);

15).聲波清灰與蒸汽、水力、振打以及鋼珠等清灰方法,雖屬同一于物理機制,但是聲波清灰作用的能量來自聲波。聲波是一種以能量形式存在的機械波,它表現為振動、擾動和波動。聲波的激烈而快速變化的振動會對積灰結垢在受熱面的附著狀態產生分離,并使結垢疲勞斷裂和破碎,積灰和結垢在聲波的作用下,從受熱面剝離而被帶出煙道。

16).NP系列聲波吹灰裝置采用的聲波發生器對于大而深的爐膛、屏式過熱器以及尾部受熱面和密集錯排受熱面管道上的積灰,由于聲波本身所具有的衍射、繞射的特性,對于氣流不能正面沖刷的管道背面、邊緣死角,都具有令人滿意的效果。

17).設備運行周期可隨時根據積灰情況進行調整,隨時保持受熱面清潔,防止結焦。

4.2.2NP系列聲波清灰器主要技術參數

表1.NP系列聲波清灰器主要技術參數

序號項目技術指標

1聲波頻率范圍32.5-325Hz

2輻射功率1500~2000/每臺

3輻射方向圓球形圓錐形

4動力介質壓縮空氣

5介質流量(氣耗量)0.8-1.4標準立方米/分鐘

6聲強級135-145dB

7吹掃角度3600、1300

8有效吹掃半徑10米

9吹掃時間一般30-50秒

10間歇時間一般2小時

11吹灰器管座口徑DN133mm

12爐墻外聲壓級<85dB

13電磁閥耐受溫度<85℃

14電磁閥絕緣等級F

15電磁閥電壓220V50Hz

16空氣過濾裝置耐受溫度<80℃

17空氣過濾裝置25μ

18空氣過濾裝置排水方式自動

19電控柜OMRON/Shneider型號:HRC-Ⅱ

4.3NP系列聲波清灰器的布置與安裝

4.3.1聲波清灰器的布置

聲波清灰的實踐證明,在聲波的聲級和工作頻率確定之后,合理的聲場布置,即發聲器的布置臺數和布置位置,連續運行時間和停止時間取決于受熱面的結構尺寸和積灰結渣特性。如果布置臺數和安裝位置不合適,將不能充分發揮聲波清灰器的作用,這不但造成人力物力的浪費,而且對聲波清灰器這一新技術的應用產生疑惑。

曾經在一臺300MW機組鍋爐的爐膛受熱面布置了幾十臺用一定壓力的蒸汽作

動力介質的共振腔式聲波清灰器,雖然采用了當時最好的耐高溫、防磨材料,但終因爐膛火焰溫度太高而失敗,因此,目前將聲波清灰器一般都布置在鍋爐出口水平煙道及豎井煙道的墻上,根據受熱面的不同結構及積灰特性,布置不同數量的聲波清灰器。達波公司將NP型聲波清灰器布置在煙道的左右墻或前后墻上,在同一標高相對安裝,即對沖安裝;運行時,相對應的一組兩臺或多臺聲波發聲器同時啟動,在受熱面區域形成較高的聲場強度,取得了顯著的效果。

原始的哨聲聲波吹灰器,在國產1025T/h鍋爐尾部煙道現場試驗條件下,發現聲波吹灰器的聲場作用范圍比較小,僅能在4~6m范圍內有效,超過此范圍效果不明顯。對于大型電站鍋爐,由于受熱面尺寸大、結構更復雜,所以需要聲波有較大的作用范圍,否則使用效果將減弱,或者說,只能應用在小型鍋爐上,大大限制了聲波吹灰的應用場所。介于這些情況,達波電力設備有限公司根據聲學原理,考慮在原哨聲聲波吹灰器的基礎上加裝了聲波耦合體,即喇叭。經過試驗,發現作用距離明顯加大。其最佳耦合體尺寸,在大量試驗數據的基礎之上,利用幾何相似原理,通過改變耦合體尺寸,用精密聲級計在不同的距離下進行檢測。測量結果表明:在相同距離,測到不同聲壓;在不同距離,用相同的耦合體尺寸,又得到一組不同距離下的聲壓級,由此確定了耦合體的最佳幾何尺寸。

在聲波吹灰器耦合體的最佳幾何尺寸下,通過應用試驗,聲波吹灰器的有效作用距離可達到10米左右,完全滿足了大型電站鍋爐吹灰對作用距離的要求。

NP聲波吹灰器自研制以來,根據大型鍋爐清灰需要,不斷地改進,已經在國內大型火力發電機組上成功應用,以大功率、高效率、長壽命、免維護的技術優勢成功地在國電燃煤示范電廠和一大批大型機組上使用,近期又在馬蓮臺發電有限公司、石嘴山電廠、大壩電廠等項目招標中連續中標,還有一批電廠正在進行蒸汽吹灰尾部受熱面改造項目,NP聲波吹灰器以其耐高溫、耐腐蝕、耐磨損性能贏得了更多的用戶,不斷受到業界的認可。

篇2:循環流化床鍋爐受熱面磨損采用防磨措施

循環流化床鍋爐以綜合利用和燃燒技術的優勢發展迅速,但在實際運行中也暴露出了一些問題,其中最主要是磨損問題,直接影響了鍋爐長期穩定的安全運行。我們經過幾年的不斷探討和實踐,并借鑒循環流化床鍋爐使用的先進經驗,采用了一些解決實際磨損問題的措施。

公司現有二臺75T/H次高壓、次高溫、中溫分離循環流化床鍋爐,一臺75T/H次高壓、次高溫、高溫分離循環流化床鍋爐。1#鍋爐是96年北京鍋爐廠生產中溫分離鍋爐,于2000年5月18日投入運行。2#鍋爐是2000年唐山鍋爐廠生產中溫分離鍋爐,于2000年7月投入運行。3#鍋爐是20**年濟南鍋爐廠生產的高溫分離鍋爐,于20**年12月投入運行。

因1#、2#爐爐型屬中溫分離,該爐型的優點是煤種適應性廣,熱效率高,負荷調節范圍大,運行易于控制穩定等特點,但是這種爐型的磨損問題是個薄弱環節。磨損的問題主要在爐內受熱面。該爐在爐膛內由下而上交叉緊密布置了蒸發管層、高溫過熱器層,低溫過熱器層、高溫省煤器層等受熱面,直接受到高溫煙灰氣流的高速沖刷,管系磨損較快,這已是這種爐型存在及發展的弱點,且燒煤矸石量越大,磨損程度越快。從國內已運行的該爐型來看,爐內受熱面的布置和固定裝置均存在不同的缺陷,管排中易形成煙氣走廊,受熱面大多數彎頭、迎風面等未考慮有效的整體防磨措施。另外蒸發管管壁厚度僅3毫米,再加上安裝質量如控制不嚴格,就會大大減少該爐型的使用壽命。我們就有關問題考察和了解同類型的鍋爐在運行的廠家,大多都存在上述問題。鍋爐運轉率在80%以上,一般兩年左右就要更換一套蒸發管,四年左右就要更換一套高、低過熱器。每次工期在15天左右。

由于我公司1#鍋爐屬早期產品,存在上述不利因素較多,該爐已運行3年6個月時間,2#鍋爐已運行3年4個月時間,在這期間暴露的磨損問題很多。根據我們的經驗出現磨損問題,要及時采取防磨措施,這樣才能得到較好的效果。

根據存在不同的磨損情況,我們利用計劃檢修和其它停爐機會設計加裝了各種類型的防磨護瓦、板件等6000多套,對于不容易實行防磨措施的部位,進行了技術改造。通過實施以上措施,對延長鍋爐受熱面使用壽命,提高運轉率,起到了很好的作用。

主要采用的防磨措施有以下幾點:

1、對于最容易受磨損蒸發管部位,所有直管迎風面增裝防磨護瓦,所有彎管表面全增裝防磨護瓦。

2、高溫過熱器下部彎管表面全增裝防磨護瓦,原來的有孔防磨導流板改為耐熱鋼無孔防磨導流板。

3、鍋爐原設計高、低過熱器之間是沒有空間的,沒有辦法檢查磨損情況和采取的有效防磨措施。為了解決上述問題,在不影響鍋爐出率的情況下,進行了高低過熱器之間增加檢修檢查空間改造,低溫過熱器每排去掉下部兩根管道,并壓縮列管排列空間整體上移380mm,高溫過熱器壓縮列管排列空間整體下移120mm,爐體單面增加三個人孔門。改造后高、低過熱器增加700mm高度的檢修檢查空間。

4、高溫省煤器下部彎管表面全增裝護瓦,原來的有孔防磨導流板改為耐熱鋼無孔防磨導流板。

5、爐膛出口水冷壁管也是容易受磨損的部位,下部彎管部位采用注料耐火澆注料保護,直管部分采用加裝防磨護瓦保護。

6、低溫省煤器彎頭部位存在磨損現象,采取能加到防磨護瓦加防磨護瓦,并將整個彎頭部分用鋼板遮擋防磨。

1#、2#鍋爐在蒸發管大面積增加防磨護瓦和高、低過熱器改造增加檢修空間條件下,出力出率正常,達到了改造預期的目的。所采用的防磨措施,特別是對蒸發管的防磨措施,將大大提高其使用壽命。

3#鍋爐爐型屬高溫分離,磨損問題主要在燃燒室衛燃帶上沿膜式壁管的磨損。灰沿膜式壁管由上向下流到衛燃帶上沿受到阻礙,轉向時灰粒撞擊膜式壁,造成膜式壁的磨損,磨損范圍在衛燃帶上沿300mm范圍內。

廠家根據該爐灰粒流動特點,對衛燃帶膜式壁管采用了耐磨合金噴焊措施,使灰粒的著力點不直接在膜式壁管上,從而減少了膜式壁的磨損,但是經實際運行證明,耐磨強度和使用壽命根本達不到要求。一般在半年左右就會出現磨穿問題,主要是衛燃帶的膜式壁管與膜板夾溝處磨損嚴重。

為解決上述問題,提高衛燃帶膜式壁管使用壽命,主要考慮采用以下兩項措施:

1、對衛燃帶膜式壁管的噴涂選擇高強度耐磨合金,以提高耐磨性能。

2、在衛燃帶膜式壁管上部加裝耐熱防磨導流板,減少回流灰的直接沖刷,目前已加裝部分試用。

我們使用循環流化床鍋爐雖然有三年多的時間,但是和早期使用循環流化床鍋爐的廠家經驗相比還有差距,以上只是根據我們的碰到實際問題而采用的措施。這些防磨措施的實施,可以減小和遏止其磨損速度,延長其使用壽命。我們認為最有效的措施是在剛開始安裝或大修更換部件時,就要落實切實可行的防磨措施,要比運行中或發現磨損問題再采取措施的效果要好。