截至目前,火力發(fā)電仍然是生產(chǎn)電能的主要方式。大型火力發(fā)電廠(chǎng)的鍋爐是煤炭的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為高溫高壓蒸汽熱能的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換效率,煤粉要在很短的時(shí)間里完成燃燒過(guò)程,煤炭被專(zhuān)門(mén)的設(shè)備磨制成極細(xì)的煤粉,燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒產(chǎn)物的熱量通過(guò)一系列的熱交換設(shè)備的受熱面?zhèn)鬟f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(jī)械網(wǎng)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(duì)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(tǒng)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(guò)熱蒸汽,在吹灰的同時(shí)正氣夾帶著灰塵顆粒對(duì)受熱面管道產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損,導(dǎo)致鍋爐爆管停爐事故。在電廠(chǎng)事故分類(lèi)中,鍋爐設(shè)備事故占70,而在鍋爐事故中,因磨損而發(fā)生爆管的事故占70,另外,吹灰所使用的過(guò)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(dǎo)致尾部受熱面發(fā)生低溫腐蝕。

由于蒸汽吹灰存在的缺陷,人們開(kāi)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(diào)制成一定頻率、振幅、聲壓級(jí)的聲波,聲波在傳播過(guò)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(duì)管道背面的、側(cè)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(duì)受熱面吹損,可以根據(jù)清灰需要設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間和間隔時(shí)間,隨時(shí)保持受熱面的清潔;與同時(shí)存在的旋笛式、膜片式聲波吹灰器相比,更因?yàn)闆](méi)有機(jī)械傳動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng),沒(méi)有油潤(rùn)滑系統(tǒng),不存在機(jī)械故障、潤(rùn)滑故障和漏油等,無(wú)需經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng),提高了裝置的可靠性;爐內(nèi)安裝,聲音泄漏小,對(duì)操作環(huán)境無(wú)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(tǒng)稱(chēng)為灰分,在鍋爐燃燒過(guò)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(tài),即積灰和結(jié)渣。所謂積灰,指的是溫度低于灰熔點(diǎn)時(shí)灰沉積物在受熱面上的聚積,一般多發(fā)生在鍋爐爐膛出口至空氣預(yù)熱器段的對(duì)流受熱面上。所謂結(jié)渣,指的是熔化了的灰粘附在受熱面上,一般多發(fā)生在爐膛、屏式過(guò)熱器、爐膛出口等高溫受熱面。積灰、結(jié)渣受物理因素和化學(xué)因素的交替相互作用,生成過(guò)程十分復(fù)雜,按積灰、結(jié)渣的特性來(lái)分類(lèi)的方法繁多。現(xiàn)僅按積灰強(qiáng)度來(lái)劃分,可分為松散性的積灰和粘結(jié)性的積灰,積灰結(jié)渣部位多數(shù)發(fā)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(duì)單根受熱面管而言,松散性積灰發(fā)生在兩個(gè)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(xì)時(shí)飛灰才會(huì)形成松散的沉積層,并且為顆粒較大的灰所破壞而減薄。當(dāng)煤粉細(xì)度和鍋爐負(fù)荷不變,運(yùn)行穩(wěn)定的條件下,這一薄層將在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡;另一個(gè)積灰部位是在受熱面管的背面,也是積灰最為嚴(yán)重的地方。由于受熱面管的背面處于煙氣渦流區(qū),形成松散的楔形積灰,并與受熱面管一起構(gòu)成流線(xiàn)型,因此,不會(huì)增加煙氣的流動(dòng)阻力。

2).粘結(jié)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(zhǎng),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(zhǎng),而是隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng)。積灰嚴(yán)重時(shí)在受熱面管間搭橋,堵塞煙氣通道,增加煙氣流動(dòng)阻力,鍋爐不得不被迫減負(fù)荷或停爐清灰。

鍋爐受熱面積灰是不可避免得普遍現(xiàn)象。受熱面積灰后使傳熱熱阻增加,管內(nèi)工質(zhì)的吸熱量減少,排煙溫度升高。據(jù)計(jì)算,鍋爐排煙溫度每升高10℃,鍋爐熱效率約降低0.5個(gè)百分點(diǎn),相當(dāng)于一臺(tái)300MW機(jī)組鍋爐損失標(biāo)準(zhǔn)煤若干噸(要計(jì)算一下)。同時(shí),因受熱面積灰使管壁金屬超溫,對(duì)鍋爐安全運(yùn)行造成威脅,因此,鍋爐吹灰勢(shì)在必行。

1.2傳統(tǒng)清灰方式及存在的問(wèn)題

1.2.1蒸汽吹灰

國(guó)內(nèi)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(jiàn)影”的效果,特別是粘結(jié)強(qiáng)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(dòng)能,直接作用于灰渣的表面,沖擊動(dòng)壓可達(dá)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(zhuǎn)式長(zhǎng)短干蒸汽吹灰器在吹灰領(lǐng)域仍然占著統(tǒng)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(zhì)壓力一般1.5MPa、>150℃,耗汽量30~100kg/min。例如,省煤器一般安裝4臺(tái)吹灰器,每臺(tái)運(yùn)行6分鐘,每臺(tái)耗汽量73kg/min,總耗汽量為1752kg。一臺(tái)300MW機(jī)組鍋爐安裝100多臺(tái)蒸汽吹灰器,按吹灰程序順序執(zhí)行吹灰,全面吹灰一次約需3小時(shí),總耗汽量約60~100t,要增加鍋爐昂貴的補(bǔ)給水量約1,使水處理設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)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(jí)的空氣預(yù)熱器受熱面更容易積灰堵塞,有時(shí)不得不停爐清灰;

3).旋轉(zhuǎn)伸縮式吹灰器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工作條件差,易磨易損件多,所以維修費(fèi)用高,據(jù)統(tǒng)計(jì),以10年為一周期,蒸汽吹灰維修費(fèi)用比壓縮空氣吹灰高約70;

4).蒸汽射流速度高,不斷卷吸周?chē)瑝m高溫?zé)煔?直接沖刷到金屬受熱面上,致使受熱面磨損很?chē)?yán)重而爆管,

5).特別是過(guò)熱器部位的長(zhǎng)伸縮式吹灰器容易卡澀,退不出來(lái),吹損受熱面管道。

6).吹灰時(shí)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(guān)。因沿被吹掃管子長(zhǎng)度和周界的不均勻吹掃,殘留的部分積灰是進(jìn)一步積灰的基礎(chǔ),同時(shí)蒸汽也使灰粒容易粘到管子上,吹灰后一般3小時(shí)左右又恢復(fù)到吹灰前的積灰狀態(tài),排煙溫度也逐漸恢復(fù)到吹灰前的水平,所以具有“短期效應(yīng)”的特點(diǎn)。有的鍋爐燃燒易積灰結(jié)渣煤時(shí),每天吹灰兩三次也難以保證過(guò)熱蒸汽不超溫、管壁金屬溫度低于報(bào)警值,因此,給鍋爐運(yùn)行帶來(lái)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(mǎn)足連續(xù)運(yùn)行的要求,一臺(tái)300MW機(jī)組的鍋爐需要布置100多臺(tái)長(zhǎng)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(zhì)為壓縮空氣,吹灰器的結(jié)構(gòu)差不多,但優(yōu)點(diǎn)較多。不消耗鍋爐補(bǔ)給水,壓縮空氣也容易獲得;因空氣中水分極少,不會(huì)造成空氣預(yù)熱器冷端堵灰;壓縮空氣系統(tǒng)為低溫低壓,維修方便;但初投資較大,必需配備專(zhuān)用空氣壓縮機(jī)。

例如,一臺(tái)862t/h的蒸汽鍋爐,安裝了長(zhǎng)短桿旋轉(zhuǎn)伸縮式壓縮空氣吹灰器,若每24小時(shí)吹灰3次,共9小時(shí)18分鐘,耗壓縮空氣40900m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前用壓縮空氣作為吹灰介質(zhì)的鍋爐約占40。對(duì)大容量鍋爐吹灰的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表明,采用壓縮空氣吹灰比蒸汽吹灰更為有利。在美國(guó)500MW機(jī)組以上鍋爐采用壓縮空氣吹灰約占60,我國(guó)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(yù)熱器的局部區(qū)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(duì)強(qiáng)粘結(jié)的硬灰特別有效,但對(duì)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(lái),鋼珠與受熱面管相互碰撞,將積灰從受熱面上打擊下來(lái),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(xiàn)在已很少使用。

1.2.5振動(dòng)吹灰

用機(jī)械振動(dòng)(打擊)的方法使受熱面管振動(dòng),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(jī)械部分容易磨損失效。

1.3脈沖波清灰

利用可燃?xì)怏w,如甲烷、氫氣、乙炔等高反應(yīng)性能的燃料在特制容器中點(diǎn)火爆燃,產(chǎn)生的超音速脈沖波從出口高速?lài)姵?清除受熱面上的積灰。我國(guó)在10年前發(fā)現(xiàn)隨國(guó)外進(jìn)口鍋爐帶有燃?xì)饷}沖波清灰裝置,經(jīng)消化吸收,現(xiàn)在已有十多家公司在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)這種清灰裝置,有一定的清灰效果。但要特別小心可燃?xì)怏w在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中的安全及在使用中失控爆炸;要控制脈沖波的強(qiáng)度,否則設(shè)備受損、連接部件松動(dòng)、保溫材料脫落,噪音大,有的在1000米以外還能聽(tīng)到爆炸聲。

1.4聲波清灰

綜上所述,由于傳統(tǒng)清灰器存在不同程度的問(wèn)題,如何找到更好的吹灰器,節(jié)約有限的能源,一直是這一領(lǐng)域內(nèi)廣大工程技術(shù)人員為之奮斗的目標(biāo)。利用壓縮空氣位能在特殊設(shè)備中調(diào)制成聲能,作用于受熱面上的積灰,達(dá)到了清灰的目的,正是這一奮斗目標(biāo)的體現(xiàn)。聲波清灰在我國(guó)近十年來(lái)得到迅速的發(fā)展,達(dá)波電力設(shè)備有限公司集眾家之長(zhǎng),在聲波清灰器的研制、應(yīng)用方面取得了重要的進(jìn)展,特別是在300MW級(jí)大容量鍋爐上的應(yīng)用更是取得了成功的經(jīng)驗(yàn),因此,不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),提高技術(shù)水平,是我們努力的方向。

2振動(dòng)與聲

2.1聲音

我們的周?chē)浅錆M(mǎn)聲音的世界。

街道上車(chē)聲隆隆,工廠(chǎng)里機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)的轟鳴聲,大自然中風(fēng)聲、雨聲,海洋里波濤的怒吼,總之,在我們地球上聲音是無(wú)處不在。那么,聲音究竟是甚么呢它是如何發(fā)生又是如何傳播的呢

2.2振動(dòng)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(diǎn)為中心的水波向周?chē)鷤鞑ラ_(kāi)去,如圖1所示。這是由于小石子打擊湖水,使其石子周?chē)乃l(fā)生了振動(dòng),水的振動(dòng)又牽連到臨近水的振動(dòng),于是水波就由近及遠(yuǎn)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(diǎn)叫波峰,凹下去的最低點(diǎn)叫波谷。表面上看起來(lái),好像水以石子為中心傳到遠(yuǎn)出去了,其實(shí)不然,水分子只是在原地上下振動(dòng),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(huì)一來(lái)一往地?cái)[動(dòng),人的眼睛是看不見(jiàn)這種擺動(dòng)的,只能聽(tīng)見(jiàn)清脆悅耳的聲音。這個(gè)有規(guī)律的擺動(dòng)叫振動(dòng)。音叉往返一次算作一次振動(dòng),每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)叫頻率,用f來(lái)表示,單位是赫(HZ)。人的耳朵能聽(tīng)見(jiàn)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(tīng)不見(jiàn)次聲波和超聲波。

如圖2所示,當(dāng)音叉向右邊振動(dòng)時(shí),右邊臨近處的空氣受到擠壓,形成一個(gè)密集A,這個(gè)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(dāng)音叉向左邊振動(dòng)時(shí),留給右邊一個(gè)空隙,A處的空氣就充滿(mǎn)這個(gè)空隙,突然變得稀了,形成一個(gè)稀疏。這時(shí)B處的空氣已經(jīng)成為一個(gè)密集,B處的空氣繼續(xù)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(dòng)以聲波的形式由近及遠(yuǎn)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(dòng)的物體是聲音的聲源,振動(dòng)在彈性介質(zhì)(氣體、固體和液體)中,以波的方式進(jìn)行傳播,這個(gè)彈性波就叫聲波。

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

(1)

在常溫和標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)聲波遇到障礙物時(shí),就像光照射在鏡子上一樣,會(huì)發(fā)生發(fā)射。實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)聲波波長(zhǎng)比障礙物表面尺寸小時(shí),很容易地就被反射回去,并且在障礙物后面形成一個(gè)聲影區(qū)。高頻聲波的波長(zhǎng)短,比低頻聲波更容易反射。由于反射聲的存在,會(huì)使原來(lái)的聲音加強(qiáng);當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)山谷中大喊一聲后立即停止,短時(shí)間內(nèi)我們還能聽(tīng)到自已的喊聲,這種現(xiàn)象通常叫回音,在聲學(xué)里叫混響聲。

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

聲波在傳播過(guò)程中,遇到障礙物或小孔,當(dāng)波長(zhǎng)比障礙物或小孔的尺寸大得多時(shí),會(huì)發(fā)生繞射現(xiàn)象。如34.5~345赫的低頻聲波,波長(zhǎng)約為1~10米,所以很容易繞射過(guò)去。墻上若有小孔洞,小心低頻“漏聲”。

聲波在傳播時(shí),還可以互相疊加,這叫做聲波的干涉。當(dāng)兩列頻率相同的聲波以相同的相位達(dá)到空間某點(diǎn)時(shí),兩個(gè)聲波被加強(qiáng),合成振幅為兩個(gè)聲波振幅之和;當(dāng)兩波相位相反時(shí),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(dāng)聲源的尺寸與波長(zhǎng)比較起來(lái)很小的時(shí)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(méi)有確定的方向,這種聲源叫做點(diǎn)聲源。當(dāng)聲源的尺寸大于聲波的波長(zhǎng)時(shí),輻射出的聲波以略微發(fā)散的聲束傳播。

在大多數(shù)實(shí)際情況下,可以近似地認(rèn)為聲波在聲源附近具有球面波的形狀。球面波的強(qiáng)度與離開(kāi)聲源距離的平方成反比而降低。這是因?yàn)槁曉疵棵腌姲l(fā)出的能量是一個(gè)衡量,離開(kāi)聲源距離越大,能量的分布球形面積也越大,因此,通過(guò)單位面積的能量就越小,即是距聲源距離越近,聲音越強(qiáng),距聲源距離越遠(yuǎn),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(shù)

從以上的敘述可知,聲音有大小、強(qiáng)弱之分,那么用甚么方法來(lái)衡量聲音的大小呢

2.4.1聲壓與聲壓級(jí)

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

正常人能聽(tīng)到最弱的聲音的聲壓大約是2×10-5N/m2(稱(chēng)聽(tīng)閾聲壓),一般談話(huà)聲的聲壓是2×10-2~7×10-2N/m2,跑著的汽車(chē)的聲壓是0.2~1N/m2,電廠(chǎng)球磨機(jī)運(yùn)行時(shí)的聲壓是20N/m2,這種高聲壓使人耳朵聽(tīng)起來(lái)感到疼痛的感覺(jué)(稱(chēng)痛閾聲壓)。從聽(tīng)閾聲壓到痛閾聲壓相差1000000倍,作為一個(gè)計(jì)量單位,使用起來(lái)很不方便,人們便引用了一個(gè)成倍比關(guān)系的對(duì)數(shù)量,即用“級(jí)”來(lái)表示聲音的大小,稱(chēng)為聲壓級(jí)。

聲壓級(jí)的單位叫分貝(dB),其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(2)

式中Lp-----聲壓級(jí),dB;

p------聲壓,N/m2;

po------基準(zhǔn)聲壓,2×10-5N/m2(1000赫的聽(tīng)閾聲壓)。

將人能聽(tīng)到的最弱聲壓(聽(tīng)閾聲壓)、一般談話(huà)聲壓、跑著的汽車(chē)聲壓、運(yùn)行磨煤機(jī)的聲壓分別代入公式(2),可計(jì)算出它們的聲壓級(jí)分別是0、70、80~90及120dB。即將1000000倍的聲壓變化范圍,改寫(xiě)為0~120dB的變化范圍,僅僅是表示方式的不同,聲壓的本質(zhì)未變。

2.4.2聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級(jí)、聲功率、聲功率級(jí)

由于聲波是空氣中的機(jī)械振動(dòng)形成的,它具有一定的能量,所以常常也用能量的大小來(lái)表示聲波輻射的強(qiáng)弱,于是就引出了聲強(qiáng)和聲功率兩個(gè)物理量。

聲強(qiáng)是在聲音傳播的方向上,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能量,通常用字母I來(lái)表示聲強(qiáng),單位是瓦/m2(W/m2)。

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

聲強(qiáng)和聲功率與聲壓的表示方法一樣,也用“級(jí)”來(lái)表示,即聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí),其單位也是分貝(dB),它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式是

聲強(qiáng)級(jí)(3)

式中LI-------聲強(qiáng)級(jí),分貝(dB);

I--------聲強(qiáng),瓦/米2(W/m2);

I0-------基準(zhǔn)聲強(qiáng),10-12瓦/米2(W/m2)。

聲功率級(jí)(4)

式中LW-------聲功率級(jí),分貝(dB);

W--------聲功率,瓦/米2(W/m2);

W0-------基準(zhǔn)聲功率,10-12瓦(W)。

為了對(duì)聲功率和聲功率級(jí)有比較直觀的理解,有下面幾個(gè)例子。小電鬧鐘的聲功率級(jí)是40dB,聲功率為10-8瓦;一般談話(huà)的聲功率級(jí)是70dB,聲功率為10-5瓦;汽錘的聲功率級(jí)是120dB,聲功率為1瓦;噴氣式飛機(jī)的聲功率級(jí)是160dB,聲功率為10000瓦。

2.5聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí)的區(qū)別

雖然聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲功率級(jí)都是描述聲音強(qiáng)弱的物理量,但也是有區(qū)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(lái)描述聲音的大小。聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)它們說(shuō)明的是確定的聲源在聲場(chǎng)空間中距離聲源某一定距離的點(diǎn)上聲波作用的大小的度量,距離聲源的距離不同,則數(shù)值不同;聲功率級(jí)是聲源在單位時(shí)間內(nèi)向聲場(chǎng)空間輻射的總聲能量的度量,與距聲源的距離無(wú)關(guān)。

2.6聲場(chǎng)的慨念

2.6.1直達(dá)聲場(chǎng)

當(dāng)聲源尺寸與聲波波長(zhǎng)比較起來(lái)很小時(shí),并且聲源處于四周空曠的中心,聲波向四周輻射,不存在周?chē)系K物的反射,這種聲場(chǎng)叫直達(dá)聲場(chǎng)。

2.6.2混響聲場(chǎng)

聲源在密閉的空間發(fā)聲時(shí),聲波不斷地從聲源發(fā)出,在被四周壁面和空氣介質(zhì)吸收,同時(shí)也被壁面經(jīng)過(guò)一次或多次反射,通常把這種經(jīng)反射形成的聲場(chǎng)叫做混響聲場(chǎng)。

2.6.3總聲場(chǎng)

3聲波清灰

3.1歷史回顧

二十世紀(jì)初,瑞典人和英格蘭人就知道用槍聲清除家庭煙囪內(nèi)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(fā)展,在歐、美、日等工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的鍋爐清灰中首先得到推廣應(yīng)用,獲得了不錯(cuò)的清灰效果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。八十年代末,由中科院聲學(xué)所的專(zhuān)家們將聲波清灰技術(shù)引入我國(guó),并在電站及石化系統(tǒng)的鍋爐上進(jìn)行應(yīng)用性試驗(yàn),取得了很好的效果。目前我國(guó)從事聲波清灰技術(shù)的研制、銷(xiāo)售的公司約有10多家,聲波清灰器的型式也多種多樣,用戶(hù)已達(dá)100多家。

達(dá)波公司的技術(shù)人員與中科院聲學(xué)所鐘高琦教授于1995年開(kāi)始聲波清灰器的研制和應(yīng)用試驗(yàn),將研制的成果應(yīng)用于電站及石化系統(tǒng)的不同容量鍋爐上,取得了成功的經(jīng)驗(yàn),也有失敗的教訓(xùn)。

3.2聲波清灰原理及特點(diǎn)

聲波清灰是利用聲場(chǎng)能量的作用,以清除鍋爐受熱面上的積灰。聲場(chǎng)能量由壓縮空氣在特制的發(fā)聲器中轉(zhuǎn)換為聲波而獲得。鍋爐煙氣中含有極細(xì)的灰粒,在沒(méi)有聲波作用的情況下,它們很容易粘積在受熱面上,當(dāng)聲波以煙氣作為傳播媒質(zhì)時(shí),這種粘積現(xiàn)象被減弱或者不可能存在,這是因?yàn)?/p>

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(tài),灰粒沒(méi)有機(jī)會(huì)粘附到受熱面上。有一個(gè)類(lèi)似的例子,我們?cè)诤＿吇蚝舆吽梢钥匆?jiàn)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(jī)會(huì),很難沉積下來(lái);

2).由于聲波具有直達(dá)、反射、繞射的特性,使聲波充滿(mǎn)整個(gè)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(duì)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(zhǎng)效”清灰作用。根據(jù)鍋爐不同的積灰特點(diǎn),聲波清灰器可全自動(dòng)周期性投入運(yùn)行,需要吹灰時(shí)即吹灰,不需要吹灰時(shí)即停,使鍋爐在整個(gè)連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間內(nèi),均能得到很好地清灰,與長(zhǎng)短桿旋轉(zhuǎn)式蒸汽吹灰“立竿見(jiàn)影”的“短效”作用不同;

5).因聲波清灰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)伸縮旋轉(zhuǎn)部件,設(shè)備不易損壞,所以具有免維護(hù)的特點(diǎn);

6).在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)即可投入聲波清灰器自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行,可伴隨鍋爐連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行而無(wú)人值守。

4NP聲波清灰器

4.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

NP系列聲波吹灰裝置是公司近幾年研制開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。基于德國(guó)HardemanChirpSoundWaveClear聲音清潔裝置,公司組織人力、物力,結(jié)合我國(guó)電站鍋爐的具體情況,不斷地進(jìn)行研究、創(chuàng)新和改進(jìn),研制了NP系列聲波發(fā)生器,見(jiàn)圖3所示。成功地應(yīng)用在25MW-350MW的電站鍋爐的爐膛、高過(guò)、省煤器、空氣預(yù)熱器等部位的清除積灰和防止結(jié)焦。公司在聲波吹灰裝置的應(yīng)用研究過(guò)程中,不惜投入大量的資金,不斷調(diào)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(jìn)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(shù)難題,生產(chǎn)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(chǎn)品。為適應(yīng)用戶(hù)各種運(yùn)行工況,公司產(chǎn)品中關(guān)鍵的配套零部件采用了進(jìn)口的Worcester/ASCO電磁閥、全套日本原裝OMRON器件配置的電控系統(tǒng),提高了該裝置運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。

4.2NP系列聲波清灰系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)

4.2.1良好的可靠性

1).聲波清灰系統(tǒng)所研制的聲波發(fā)聲器,聲波頻率范圍選用32.5~425Hz

2).聲強(qiáng)級(jí)135~145dB,爐外聲強(qiáng)級(jí)≤85dB,符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),對(duì)人體絕對(duì)無(wú)害;

3).動(dòng)力介質(zhì):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(biāo)準(zhǔn)立方米/次;

4).間歇式運(yùn)行,一般間隔2小時(shí),最佳運(yùn)行周期根據(jù)運(yùn)行工況試驗(yàn)確定;

5).聲波發(fā)聲器采用鉬鎳合金并采用了熱涂鈷基合金的先進(jìn)工藝,具有在高溫下耐腐蝕、耐磨損的優(yōu)良工藝特點(diǎn),比鉻鎳合金在同等條件下耐磨性能提高二十五倍,長(zhǎng)期頻繁使用可保證金屬機(jī)械、化學(xué)性能穩(wěn)定;

6).控制系統(tǒng)選用日本OMRON器件配置的電控系統(tǒng);

7).電磁閥采用了進(jìn)口的Worcester/ASCO電磁閥;

8).控制電源:交流電220V,50Hz;

9).壓縮空氣系統(tǒng)采用鍍鋅鋼管;

10).每個(gè)電磁閥前裝設(shè)濾網(wǎng)空氣凈化裝置,確保空氣介質(zhì)潔凈,有效地避免了閥體和聲波清灰器的堵塞現(xiàn)象。

11).氣體的動(dòng)能已轉(zhuǎn)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(kāi)了鍋爐本體設(shè)備的本征頻率,所以?xún)H對(duì)灰垢產(chǎn)生強(qiáng)烈的作用而無(wú)損于鍋爐本體設(shè)備。

13).聲波清灰器沒(méi)有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),不存在爐內(nèi)運(yùn)行機(jī)械故障,基本達(dá)到免維護(hù)。

14).NP系列聲波清灰裝置功率范圍:1500-2000W/套,可滿(mǎn)足不同煤種對(duì)吹灰功率的要求(經(jīng)試驗(yàn),粘結(jié)在鍋爐受熱免的積灰、結(jié)焦在小于600W吹灰功率時(shí)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(jī)制,但是聲波清灰作用的能量來(lái)自聲波。聲波是一種以能量形式存在的機(jī)械波,它表現(xiàn)為振動(dòng)、擾動(dòng)和波動(dòng)。聲波的激烈而快速變化的振動(dòng)會(huì)對(duì)積灰結(jié)垢在受熱面的附著狀態(tài)產(chǎn)生分離,并使結(jié)垢疲勞斷裂和破碎,積灰和結(jié)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(fā)生器對(duì)于大而深的爐膛、屏式過(guò)熱器以及尾部受熱面和密集錯(cuò)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(duì)于氣流不能正面沖刷的管道背面、邊緣死角,都具有令人滿(mǎn)意的效果。

17).設(shè)備運(yùn)行周期可隨時(shí)根據(jù)積灰情況進(jìn)行調(diào)整,隨時(shí)保持受熱面清潔,防止結(jié)焦。

4.2.2NP系列聲波清灰器主要技術(shù)參數(shù)

表1.NP系列聲波清灰器主要技術(shù)參數(shù)

序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)

1聲波頻率范圍32.5-325Hz

2輻射功率1500~2000/每臺(tái)

3輻射方向圓球形圓錐形

4動(dòng)力介質(zhì)壓縮空氣

5介質(zhì)流量(氣耗量)0.8-1.4標(biāo)準(zhǔn)立方米/分鐘

6聲強(qiáng)級(jí)135-145dB

7吹掃角度3600、1300

8有效吹掃半徑10米

9吹掃時(shí)間一般30-50秒

10間歇時(shí)間一般2小時(shí)

11吹灰器管座口徑DN133mm

12爐墻外聲壓級(jí)<85dB

13電磁閥耐受溫度<85℃

14電磁閥絕緣等級(jí)F

15電磁閥電壓220V50Hz

16空氣過(guò)濾裝置耐受溫度<80℃

17空氣過(guò)濾裝置25μ

18空氣過(guò)濾裝置排水方式自動(dòng)

19電控柜OMRON/Shneider型號(hào):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(shí)踐證明,在聲波的聲級(jí)和工作頻率確定之后,合理的聲場(chǎng)布置,即發(fā)聲器的布置臺(tái)數(shù)和布置位置,連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和停止時(shí)間取決于受熱面的結(jié)構(gòu)尺寸和積灰結(jié)渣特性。如果布置臺(tái)數(shù)和安裝位置不合適,將不能充分發(fā)揮聲波清灰器的作用,這不但造成人力物力的浪費(fèi),而且對(duì)聲波清灰器這一新技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生疑惑。

曾經(jīng)在一臺(tái)300MW機(jī)組鍋爐的爐膛受熱面布置了幾十臺(tái)用一定壓力的蒸汽作

動(dòng)力介質(zhì)的共振腔式聲波清灰器,雖然采用了當(dāng)時(shí)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(jù)受熱面的不同結(jié)構(gòu)及積灰特性,布置不同數(shù)量的聲波清灰器。達(dá)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(biāo)高相對(duì)安裝,即對(duì)沖安裝;運(yùn)行時(shí),相對(duì)應(yīng)的一組兩臺(tái)或多臺(tái)聲波發(fā)聲器同時(shí)啟動(dòng),在受熱面區(qū)域形成較高的聲場(chǎng)強(qiáng)度,取得了顯著的效果。

原始的哨聲聲波吹灰器,在國(guó)產(chǎn)1025T/h鍋爐尾部煙道現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件下,發(fā)現(xiàn)聲波吹灰器的聲場(chǎng)作用范圍比較小,僅能在4~6m范圍內(nèi)有效,超過(guò)此范圍效果不明顯。對(duì)于大型電站鍋爐,由于受熱面尺寸大、結(jié)構(gòu)更復(fù)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(shuō),只能應(yīng)用在小型鍋爐上,大大限制了聲波吹灰的應(yīng)用場(chǎng)所。介于這些情況,達(dá)波電力設(shè)備有限公司根據(jù)聲學(xué)原理,考慮在原哨聲聲波吹灰器的基礎(chǔ)上加裝了聲波耦合體,即喇叭。經(jīng)過(guò)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)作用距離明顯加大。其最佳耦合體尺寸,在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上,利用幾何相似原理,通過(guò)改變耦合體尺寸,用精密聲級(jí)計(jì)在不同的距離下進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量結(jié)果表明:在相同距離,測(cè)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(jí),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(guò)應(yīng)用試驗(yàn),聲波吹灰器的有效作用距離可達(dá)到10米左右,完全滿(mǎn)足了大型電站鍋爐吹灰對(duì)作用距離的要求。

NP聲波吹灰器自研制以來(lái),根據(jù)大型鍋爐清灰需要,不斷地改進(jìn),已經(jīng)在國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電機(jī)組上成功應(yīng)用,以大功率、高效率、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)成功地在國(guó)電燃煤示范電廠(chǎng)和一大批大型機(jī)組上使用,近期又在馬蓮臺(tái)發(fā)電有限公司、石嘴山電廠(chǎng)、大壩電廠(chǎng)等項(xiàng)目招標(biāo)中連續(xù)中標(biāo),還有一批電廠(chǎng)正在進(jìn)行蒸汽吹灰尾部受熱面改造項(xiàng)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(hù),不斷受到業(yè)界的認(rèn)可。

篇2:循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損采用防磨措施

循環(huán)流化床鍋爐以綜合利用和燃燒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)展迅速,但在實(shí)際運(yùn)行中也暴露出了一些問(wèn)題,其中最主要是磨損問(wèn)題,直接影響了鍋爐長(zhǎng)期穩(wěn)定的安全運(yùn)行。我們經(jīng)過(guò)幾年的不斷探討和實(shí)踐,并借鑒循環(huán)流化床鍋爐使用的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),采用了一些解決實(shí)際磨損問(wèn)題的措施。

公司現(xiàn)有二臺(tái)75T/H次高壓、次高溫、中溫分離循環(huán)流化床鍋爐,一臺(tái)75T/H次高壓、次高溫、高溫分離循環(huán)流化床鍋爐。1#鍋爐是96年北京鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)中溫分離鍋爐,于2000年5月18日投入運(yùn)行。2#鍋爐是2000年唐山鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)中溫分離鍋爐,于2000年7月投入運(yùn)行。3#鍋爐是20**年濟(jì)南鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的高溫分離鍋爐,于20**年12月投入運(yùn)行。

因1#、2#爐爐型屬中溫分離,該爐型的優(yōu)點(diǎn)是煤種適應(yīng)性廣,熱效率高,負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大,運(yùn)行易于控制穩(wěn)定等特點(diǎn),但是這種爐型的磨損問(wèn)題是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。磨損的問(wèn)題主要在爐內(nèi)受熱面。該爐在爐膛內(nèi)由下而上交叉緊密布置了蒸發(fā)管層、高溫過(guò)熱器層,低溫過(guò)熱器層、高溫省煤器層等受熱面,直接受到高溫?zé)熁覛饬鞯母咚贈(zèng)_刷,管系磨損較快,這已是這種爐型存在及發(fā)展的弱點(diǎn),且燒煤矸石量越大,磨損程度越快。從國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的該爐型來(lái)看,爐內(nèi)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(shù)彎頭、迎風(fēng)面等未考慮有效的整體防磨措施。另外蒸發(fā)管管壁厚度僅3毫米,再加上安裝質(zhì)量如控制不嚴(yán)格,就會(huì)大大減少該爐型的使用壽命。我們就有關(guān)問(wèn)題考察和了解同類(lèi)型的鍋爐在運(yùn)行的廠(chǎng)家,大多都存在上述問(wèn)題。鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)率在80%以上,一般兩年左右就要更換一套蒸發(fā)管,四年左右就要更換一套高、低過(guò)熱器。每次工期在15天左右。

由于我公司1#鍋爐屬早期產(chǎn)品,存在上述不利因素較多,該爐已運(yùn)行3年6個(gè)月時(shí)間,2#鍋爐已運(yùn)行3年4個(gè)月時(shí)間,在這期間暴露的磨損問(wèn)題很多。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)出現(xiàn)磨損問(wèn)題,要及時(shí)采取防磨措施,這樣才能得到較好的效果。

根據(jù)存在不同的磨損情況,我們利用計(jì)劃?rùn)z修和其它停爐機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)加裝了各種類(lèi)型的防磨護(hù)瓦、板件等6000多套,對(duì)于不容易實(shí)行防磨措施的部位,進(jìn)行了技術(shù)改造。通過(guò)實(shí)施以上措施,對(duì)延長(zhǎng)鍋爐受熱面使用壽命,提高運(yùn)轉(zhuǎn)率,起到了很好的作用。

主要采用的防磨措施有以下幾點(diǎn):

1、對(duì)于最容易受磨損蒸發(fā)管部位,所有直管迎風(fēng)面增裝防磨護(hù)瓦,所有彎管表面全增裝防磨護(hù)瓦。

2、高溫過(guò)熱器下部彎管表面全增裝防磨護(hù)瓦,原來(lái)的有孔防磨導(dǎo)流板改為耐熱鋼無(wú)孔防磨導(dǎo)流板。

3、鍋爐原設(shè)計(jì)高、低過(guò)熱器之間是沒(méi)有空間的,沒(méi)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(wèn)題,在不影響鍋爐出率的情況下,進(jìn)行了高低過(guò)熱器之間增加檢修檢查空間改造,低溫過(guò)熱器每排去掉下部?jī)筛艿?并壓縮列管排列空間整體上移380mm,高溫過(guò)熱器壓縮列管排列空間整體下移120mm,爐體單面增加三個(gè)人孔門(mén)。改造后高、低過(guò)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(hù)瓦,原來(lái)的有孔防磨導(dǎo)流板改為耐熱鋼無(wú)孔防磨導(dǎo)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(hù),直管部分采用加裝防磨護(hù)瓦保護(hù)。

6、低溫省煤器彎頭部位存在磨損現(xiàn)象,采取能加到防磨護(hù)瓦加防磨護(hù)瓦,并將整個(gè)彎頭部分用鋼板遮擋防磨。

1#、2#鍋爐在蒸發(fā)管大面積增加防磨護(hù)瓦和高、低過(guò)熱器改造增加檢修空間條件下,出力出率正常,達(dá)到了改造預(yù)期的目的。所采用的防磨措施,特別是對(duì)蒸發(fā)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(wèn)題主要在燃燒室衛(wèi)燃帶上沿膜式壁管的磨損。灰沿膜式壁管由上向下流到衛(wèi)燃帶上沿受到阻礙,轉(zhuǎn)向時(shí)灰粒撞擊膜式壁,造成膜式壁的磨損,磨損范圍在衛(wèi)燃帶上沿300mm范圍內(nèi)。

廠(chǎng)家根據(jù)該爐灰粒流動(dòng)特點(diǎn),對(duì)衛(wèi)燃帶膜式壁管采用了耐磨合金噴焊措施,使灰粒的著力點(diǎn)不直接在膜式壁管上,從而減少了膜式壁的磨損,但是經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明,耐磨強(qiáng)度和使用壽命根本達(dá)不到要求。一般在半年左右就會(huì)出現(xiàn)磨穿問(wèn)題,主要是衛(wèi)燃帶的膜式壁管與膜板夾溝處磨損嚴(yán)重。

為解決上述問(wèn)題,提高衛(wèi)燃帶膜式壁管使用壽命,主要考慮采用以下兩項(xiàng)措施:

1、對(duì)衛(wèi)燃帶膜式壁管的噴涂選擇高強(qiáng)度耐磨合金,以提高耐磨性能。

2、在衛(wèi)燃帶膜式壁管上部加裝耐熱防磨導(dǎo)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(huán)流化床鍋爐雖然有三年多的時(shí)間,但是和早期使用循環(huán)流化床鍋爐的廠(chǎng)家經(jīng)驗(yàn)相比還有差距,以上只是根據(jù)我們的碰到實(shí)際問(wèn)題而采用的措施。這些防磨措施的實(shí)施,可以減小和遏止其磨損速度,延長(zhǎng)其使用壽命。我們認(rèn)為最有效的措施是在剛開(kāi)始安裝或大修更換部件時(shí),就要落實(shí)切實(shí)可行的防磨措施,要比運(yùn)行中或發(fā)現(xiàn)磨損問(wèn)題再采取措施的效果要好。