可调频高声强声波吹灰器在600MW机组空气预热器的应用

范国强，孙卫国，朱君举

（1.内蒙古京隆发电有限公司，内蒙古 丰镇 012100；2.南京常荣声学股份有限公司，南京 210008）

1 锅炉概况

内蒙古京隆发电有限责任公司（以下简称京隆发电公司）2×600MW空冷机组＃1，＃2锅炉为亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉。锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角布置，切向燃烧，正压直吹式制粉系统，单炉膛，∏型紧身封闭布置，固态排渣，全钢架结构，平衡通风。锅炉设计煤种为准格尔矿煤，校核煤种为晋北代表煤。

每台锅炉配备 2台 32VI（50）-1930（2083）SMRC型三分仓回转式空气预热器（以下简称空预器），旋转方向为烟气→二次风→一次风。转子直径为13492mm，受热面高度为2 083mm，一次风仓角度为50°。采用3层换热元件，其高度、厚度、波型自上而下分别为1 000mm／0.5mm／DU，775mm／0.5mm／DU，305mm／1.0mm／NF6。高温段传热元件面积为46917m2，中温段传热面积为36501m2，低温段传热面积为13 092m2，转子高度为2 680mm。燃用设计煤种时热耗率验收（THA）工况和锅炉最大连续蒸发量（BMCR）工况一次风温分别为305℃，308℃，二次风温分别为315℃，320℃。每台空预器上配备2台克莱德贝尔格曼伸缩式吹灰器。＃1锅炉空预器于2014年4月7日安装了4台ENSGG-Ⅲ型可调频高声强声波吹灰器，在近1年的时间里，通过不断测试、分析和对吹灰模式的优化，配合蒸汽吹灰器使用，吹灰效果良好。

2 空预器设备简介

空预器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置，回收了烟气热量，降低了排烟温度，因而提高了锅炉效率（据计算，锅炉排烟温度每降低4.4℃，锅炉效率可提高1百分点）；由于空气的预热强化了燃料的着火和燃烧过程，减少了燃料的不完全燃烧热损失，空预器已成为现代锅炉的一个重要组成部分。

空预器按传热方式可分为表面式和再生式2大类，再生式空预器由于具有回转结构，所以又称为回转式空预器，回转式空预器又可分为受热面旋转和风罩旋转2类，受热面旋转的回转式空预器又称为容克式空预器。

容克式空预器的工作原理为：转子的受热元件在烟气侧从烟气中吸收热量，通过空气侧时再将热量传递给空气。转子旋转缓慢，传热元件交替地通过烟气侧和空气侧通道，当传热元件与烟气接触时吸收热量并积蓄起来，与空气接触时释放贮存的热量来加热空气，如此周而复始。

3 空预器设备及堵塞情况

京隆发电公司＃1锅炉安装2台容克式2-32VI（50°）-2083型三分仓回转式空预器。预热器采用反转方式，即一次风温低，二次风温高。每台空预器烟气侧冷、热端各安装1台克莱德贝尔格曼伸缩式吹灰器。吹灰时上、下吹灰器依次运行。空预器设备主要参数见表1，蒸汽吹灰器设计参数见表2。

表1 空预器主要参数 mm

表2 蒸汽吹灰器设计参数

＃1锅炉2台空预器自2008年6月投运以来已经运行了近7年，在长周期运行期间，由于入炉煤偏离设计煤种，灰分、硫分增加，空预器冷端腐蚀加剧，换热元件积灰、结垢逐渐严重，换热效率较低，空预器通风阻力增大，不仅增加了送风机、引风机、一次风机电耗，严重时还会使引风机发生喘振，使机组出力受限，影响了机组长期安全、稳定、经济运行。

在＃1机组脱硝系统投运后，由于不可避免地整体或局部喷氨过量，导致空预器冷端硫酸氢铵结垢腐蚀情况愈发严重，空预器压差居高不下，严重影响机组带负荷能力，增加了风机电耗。2013年，京隆发电公司＃1机组因乙侧空预器压差太大而被迫停炉并进行低压水冲洗，在冲洗过程中发现换热元件吹损严重，同时积灰已经堵住了8块隔仓。由此可见，单纯的蒸汽吹灰器已经不能满足当前机组正常运行的需求。图1为＃1空预器在只使用蒸汽吹灰时的压差（负荷为600MW）。

图1 使用蒸汽吹灰器时空预器的压差

从图1可以看出，＃1机组空预器运行7个月后压差增长速度极快，甲侧空预器压差从1.0 kPa（2014-02-01）上升至1.3 kPa（2014-03-04），在1个月内累计增长0.3 kPa；乙侧空预器压差从1.1 kPa（2014-02-01）上升至 1.8 kPa（2014-03-04），1个月内累计增长0.8 kPa，直接影响了机组的安全性和经济性。

4 可调频高声强声波吹灰器简介

可调频高声强声波吹灰器有别于传统的膜片式、板哨式及旋笛式吹灰器，其发声设备采用新型的电动调制气流扬声器［1］，气流扬声器气声转化效率高于90%，声功率达到30 kW，声压级突破160 dB，实现了调频调幅，声波频率可在20～8 000 Hz任意调节，通过测量分析，可以针对不同积灰环境调整吹灰频率。且高声强声波吹灰器只针对积灰和积垢的频率发声，不会引发受热面本身及其支撑的振动，有效作用距离可达15m。其主要性能参数见表3。

表3 可调频声波吹灰器主要性能参数

5 可调频高声强声波吹灰器的安装

项目实施之前，南京常荣声学股份有限公司（以下简称常荣公司）技术人员与京隆发电公司专工进行多次交流。根据分析，该空预器积灰堵塞的原因主要有以下几点：（1）燃煤特性与设计煤种不符，灰分、硫分大大超过设计值；（2）省煤器灰斗输灰不畅；（3）空预器低温腐蚀。

常荣公司根据上述原因设计具有针对性的吹灰方案，其中，考虑到空预器低温腐蚀发生在换热元件冷端，此段工作温度较低，设计采用低频声波吹扫；而燃煤灰分增加、省煤器输灰不畅等原因则直接对换热元件热端产生影响，此段工作温度高，设计采用高频声波吹扫。因此，在烟气侧、二次风侧各安装1台奥笛牌可调频高声强声波吹灰器。

＃1机组空预器甲、乙烟气侧入口各安装高、低频高声强声波吹灰器。设备安装如图2所示。

6 安装后的运行情况

在＃1机组空预器安装、运行可调频高声强声波吹灰器后，于2014年5月7日重新启动机组且进行并网，同时＃1机组蒸汽吹灰器每天运行1次。至2015年1月23日声波吹灰器已运行8个多月，甲、乙压差满负荷时控制在1.2 kPa以内。

图2 吹灰器内部安装

2014年5月20日，＃2机组启炉后，由于未安装可调频高声强声波吹灰器，蒸汽吹灰器每天运行2次，至2015年1月23日已运行8个月，甲、乙两侧压差满负荷时达到1.2 kPa。

图3为＃1机组安装可调频高声强声波吹灰器前、后8个月满负荷运行时空预器烟气侧压差变化，图4为安装了可调频高声强声波吹灰器的＃1机组和未安装可调频高声强声波吹灰器的＃2机组近8个月的空预器压差变化对比。

图3 ＃1空预器压差变化

图4 ＃1，＃2机组空预器压差变化对比

从图3可以看出，未安装可调频高声强声波吹灰器时，＃1机组空预器烟气侧的压差波动较大，最大时达到了1.7 kPa，容易造成锅炉总风量和炉膛负压大幅度摆动，影响机组安全运行。安装可调频高声强声波吹灰器后，可以看出压差明显降低，且在满负荷时能保持稳定，保证了机组运行的安全性，同时也减少了引、送风机的电耗，降低了热损，提高了锅炉的热效率。

从图4可以看出，未安装可调频高声强声波吹灰器的＃2机组空预器压差近8个月上升速度高于安装了可调频高声强声波吹灰器的＃1机组，证明可调频高声强声波吹灰器的吹灰效果明显优于蒸汽吹灰器。

实际应用表明，可调频高声强声波吹灰器不仅能对空预器起到正常的吹灰作用，且能逐步振落换热元件上原先形成的结垢，吹灰效果较蒸汽吹灰器具有明显改善。

7 2种吹灰器对比

7.1 吹灰原理

7.1.1 可调频高声强声波吹灰器吹灰原理

高声强声波是一种机械波，空气中的声波使空气分子产生振动，在边界层振动的空气分子带动相邻的介质分子振动，并产生2种效果，一种是声能透射到相邻介质中，在介质中形成固体声波，另一种由于空气分子与相邻介质分子之间的黏滞力，声波相当于施加给相邻介质一个作用力，使表面介质分子被声波来回推拉。若吹灰频率与灰垢共振频率一致，将会产生吻合效应，这2种效果将更加明显。

7.1.2 蒸汽吹灰器吹灰原理

蒸汽吹灰器依靠蒸汽动能对积灰进行吹扫，一旦换热元件内积灰较多就会导致动能加速衰减，因此，对卡涩在换热片通道中的块状灰垢吹灰效果较差。

7.2 对换热元件的吹损

可调频高声强声波吹灰器为能量型吹灰，不会对换热元件造成吹损，蒸汽吹灰器为动能型吹灰，吹灰时蒸汽对换热元件的冲击力使换热元件受到吹损。

图5、图6为声波吹灰后与蒸汽吹灰后换热元件实景。

7.3 可靠性对比

声波吹灰器结构简单，安装便捷，配备自动程序控制系统，操控简便，运行安全、可靠。而蒸汽吹灰器故障率高，经常出现卡死、失灵及漏汽现象，设备经常停运，可靠性差，容易出现下列问题。

（1）疏水管线腐蚀、泄漏严重。

（2）限位开关频繁失灵。

（3）吹灰蒸汽总阀由于动作频繁，出现开、关困难及内漏。

（4）疏水不畅容易加剧空预器中间层蓄热元件堵塞。

图5 声波吹灰后

图6 蒸汽吹灰后

7.4 经济性对比

声波吹灰器采用压缩空气作为工质来源，远远低于蒸汽吹灰器所需蒸汽的运行成本，且在安装、日常维护管理等费用上，声波吹灰器远低于蒸汽吹灰器，具有更好的经济效益。

8 结论

近8个月的运行试验实践表明，可调频高声强声波吹灰器能够有效发挥对空预器的吹灰作用，并且能逐步清除原有的结垢，提高空预器换热元件的清洁度，降低排烟温度，降低风烟系统电耗，从而提高机组的安全性、可靠性、经济性。

对比蒸汽吹灰器，可调频高声强声波吹灰器具有不受热交换器布置空间影响、声波传播均匀、衰减小、能够有效清除锅炉内各受热面及除尘板积灰结垢的优点；同时，可调频高声强声波吹灰设备安装便捷，采用自动程序控制操作，维护量小，不但运行成本远远低于蒸汽吹灰器，而且运行安全性、可靠性大大提高。随着性能的进一步提高和吹灰模式的不断优化，可调频声波吹灰器将逐渐取代蒸汽吹灰器。

［1］马大猷.调制气流声源的原理［J］.物理学报，1974，23（1）：17-26.

［2］田静，闰贵富.声波吹灰技术的应用研究［J］.声学学报，1997（5）：469-473.

［3］姜根山，辛晓东，田静.声波除灰的能量传播优势［J］.中国电力，1999，32（9）：32-33.

［4］钟毅，高翔，霍旺，等.湿法烟气脱硫系统气-气换热器的结垢分析［J］.动力工程，2008（2）：275-278.