邢军，何超，舒忠平

(1.神华国能哈密花园电厂，新疆 哈密 839000； 2.南京常荣声学股份有限公司，南京 210000)

0 引言

省煤器是安装于锅炉尾部烟道下部，用于回收排烟余热的一种装置，由省煤器管屏、换热管排、进口集箱和出口集箱组成。它可以吸收高温烟气的热量，降低锅炉的排烟温度，达到节省能源、提高锅炉效率的作用[1]。某电厂660 MW机组锅炉用煤量超过设计标准且掺烧其他煤种，造成灰分增多。省煤器受热面位于锅炉上部第一烟道出口处，大量飞灰在省煤器上部堆积，并和吹灰蒸汽结合形成近200 mm的灰片，堵塞了屏间距，降低了换热效率[2]，并且容易造成后续的选择性催化还原(SCR)脱硝流场紊乱、炉膛阻力增大等情况[3]。

1 传统的吹灰方法

省煤器常用的吹灰设备包括蒸汽吹灰器、燃气脉冲吹灰器、旋笛吹灰器。然而在大型机组的实际运用中，这几种吹灰器都有明显的不足[4]。

蒸汽吹灰器是该电厂省煤器原先采用的吹灰设备。蒸汽吹灰器采用高压蒸汽作为介质进行动能型吹灰，高压蒸汽直接作用于对换热元件，使换热管受到不同程度的吹损[5]。并且吹灰器机头阀门和吹灰枪管频繁发生卡涩，使吹灰蒸汽泄漏入炉内，对固定位置的换热元件长期吹灰，进一步增加了换热管的吹损风险，影响锅炉的安全稳定运行[6]。

燃气脉冲吹灰器由于工作介质为可燃气体，存在一定的安全隐患。如果设计结构不合理或者操作不当，易引起可燃气体泄漏[7]。

传统旋笛吹灰器利用声场能量的作用，阻止并破坏粉尘与热交换面的结合。声波能量在传播中会随着波束的发散、吸收、反射、散射等而衰减，导致该种吹灰器效能难以应对大型机组锅炉省煤器大范围的积灰问题[8]。

本文针对大型机组的省煤器积灰问题，探索出一种全新的移动式声波吹灰器，有效地解决了该问题。

2 移动式声波吹灰器介绍

2.1 概述

移动式声波吹灰器是以压缩空气为吹扫介质的声波除灰设备。发声装置依靠驱动机构的带动在炉膛内以直线轨迹运动，并发出强声波。强声波利用振动疲劳高速破碎、剥离积灰，压缩空气可以将松动脱落的积灰带走[9]。传统声波吹灰器都采用固定式安装方案，发声点不能移动，声波到达较远换热元件会有不可避免的衰减。移动式声波吹灰器行程6 m，增加了传统声波吹灰器的作用范围。

2.2 设计参数

吹灰管前端的发声装置采用哈特曼哨发声器，从声波发生器喷口喷出压缩空气，当喷嘴的射流与谐振腔发生共振时，会产生频率等于谐振腔本征频率的声波作用于换热元件[10]。声波与压缩空气作用方向为360°，减速电机作为行进机构带动吹灰枪管前后移动，吹灰器的运行速度和吹灰压力等可根据积灰情况调节。根据经验，换热元件附近声场达140 dB，换热元件表面的积灰可以被有效地清除[11]。移动声波吹灰器性能参数见表1。

2.3 设备的安装

该电厂省煤器主体长宽为21 m×21 m，前后各伸出10 m的平台，上下两层。移动声波吹灰器的布置点位设置在两层管排之间。为保证吹灰器与现场其他设备无相互干扰和声场的全覆盖，在每层平台各设置5台移动声波吹灰器，前后两侧平台吹灰器对称布置，吹灰管之间间隔约3 m，如图1所示。

移动式声波吹灰器框架由方管焊接完成。H型钢焊接在框架顶部，作为行进轨道。行进小车悬挂在轨道上，通过滚轮前后移动。H型钢底部焊接齿条，齿条与小车上减速电机输出轴上的齿轮相互啮合，当减速电机输出轴转动时，会带动小车前后移动。

小车前端通过法兰与吹灰管连接，吹灰管会带着前端的哈特曼哨发声装置随着小车行进或者后退。

框架与炉墙是通过炉墙吊耳连接。该连接方式可以保证在炉体冷态/热态变化时，框架前端会随炉壁的膨胀同步移动，从而防止由吹灰管与炉壁上开孔错位导致的吹灰枪卡涩。

表1 移动声波吹灰器基本性能参数Tab.1 Basic performance parameters of the mobile sonic soot blower

图1 移动声波吹灰器布置

Fig.1 Layout of mobile sonic soot blower

框架后部采用的是吊耳螺栓悬吊，如图2所示，吊耳螺栓根据实际安装的需求，可对设备进行高度上的调整，调整范围为200 mm。

2.4 移动声波吹灰器的控制系统

基于可编程逻辑控制器(PLC)的移动式声波吹灰器控制系统控制20台移动式声波吹灰器的工作。20台移动声波吹灰器编号分别为#1，#2，#3，…，#20，以前/后侧平台对称布置的2个吹灰器为1组，分为#1/#11，#2/#12，…，#10/#20，共计10组。系统通过4台变频器调整20台移动式声波吹灰器的行走速度。在正常运行时，系统分为串行和并行2种运行方式：在串行运行时，每组移动式声波吹灰器同步行走，所有移动式声波吹灰器的运行顺序任意可调，每组吹灰器的运行速度及运行时间可调；并行运行时，系统可以控制2组移动式声波吹灰器同步行走，所有吹灰器的组合方式可以任意搭配，组合后的吹灰器的运行顺序任意可调，每组吹灰器的运行速度及运行时间可调。

图2 移动式声波吹灰器

Fig.2 Mobile sonic soot blower

不论串行还是并行运行，移动式声波吹灰器都有步进运动和连续运动2种工作模式。在步进运动模式下，吹灰器的行走速度、行走时间和间隔时间均可调。在连续运动模式下，吹灰器的行走速度可调，前进和后退之间的切换时间可调。

每台吹灰器上设置2个限位开关，一个是指示前进到位的前端限位开关，一个是指示后退到位的后端限位开关。无论吹灰器处在串行或是并行运行模式，吹灰器吹灰管往前运行至前端限位开关后，停止前进，反向后退行走。吹灰器后退运行至后端限位开关后就停止后退，同时准备前进行走，如此循环往复。

20台移动式声波吹灰器可以全部都参与运行，也可以部分参与运行。若一组中有1台吹灰器不参与运行，不影响该组另一台吹灰器的运行；一组中的2台吹灰器均不参与运行，不会影响其余组吹灰器的运行。移动式声波吹灰器系统电气控制示意图如图3所示。

图3 系统电气示意

Fig.3 System electrical schematic

3 设备作用与效果

该电厂660 MW机组原采用蒸汽吹灰器。蒸汽吹灰器在运行期间曾发生过可靠性的问题，如吹灰枪管卡涩、吹损换热管排、吹灰管严重变形等。因此，蒸汽吹灰器一直没有被电厂充分的使用。同时，蒸汽吹灰器的作用受到管排的阻挡，作用范围只停留在靠近吹灰枪管的一层管排。最后造成锅炉省煤器部位积灰非常严重，如图4所示。

图4 省煤器换热管积灰

Fig.4 Economizer heat transfer tube ash plot

移动式声波吹灰器自2016年安装后一直稳定运行至今，通过移动式声波吹灰器的吹扫，省煤器部位换热管排上的积灰明显减少，如图5所示。

图5 设备运行后管排积灰情况

Fig.5 Accumulate grime after theoperation of device

同时，通过监测，省煤器的前管排流阻由改造前的239 Pa降低到了183 Pa，省煤器流动阻力降低了56 Pa，不仅减小了引风机的负荷，还降低了引风机耗电量，同时管排的换热效率有了一定的提升，增加了锅炉的热效率[12]。

另外，移动声波吹灰器投入运行后，管排的换热效率随着排烟温度的下降而升高，锅炉热效率也得到提升。经计算，一般排烟温度每降低10 ℃，锅炉热效率提升0.52%[12-13]。该电厂移动声波吹灰器投运后，排烟温度下降了7～10 ℃，锅炉热效率上升了0.35%～0.52%(即平均提高了0.44%)。

4 结论

从上述分析可以得出以下结论。

(1)因为大型机组锅炉省煤器部位的特殊性，易导致换热管积聚干灰，需安装既能满足大面积吹灰需求又能避免对锅炉换热组件造成吹损的吹灰器。传统蒸汽吹灰器、燃气脉冲吹灰器，旋笛吹灰器都有一定的弊端，不能满足大型机组吹灰的需求。

(2)移动声波吹灰器能够较好的结合声波作用无吹损和移动机构减少声波远距离衰减的特点。通过监测证明，移动声波吹灰器定期运行能够有效去除大型机组中省煤器管排上的积灰。

(3)移动声波吹灰器投运后，降低了管排间气流的流动阻力，提高了锅炉的热效率。移动声波吹灰器在某电厂660 MW机组锅炉省煤器部位应用1年后，监测结果表明，移动式声波吹灰器能够有效清除大型机组省煤器部位积灰，提高了换热元件的清洁度，降低了风烟系统电耗，提高了换热效率，降低排烟温度，从而提高了机组的可靠性、经济性。