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参赛作品一空预器堵塞技术措施
参赛作品二锅炉管式空气预热器现状分析与解决策略
参赛作品三拥环保之识塑天下之美
参赛作品四常规材质下空预器存在的问题
参赛作品五空预器热解技术在空预器防堵治理方面的研究与应用
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作者
黄雪松1，冯美荣2，蒋华2，李容基3，冯泳翔4
（1.国家电力投资集团有限公司；2.中电神头发电有限责任公司；3.南京常荣声学股份有限公司；4.太原理工大学）
摘要：某电厂MW机组燃煤锅炉的空气预热器存在堵灰问题，对其进行改造时，在原有蒸汽吹灰器的基础上增加了一种可调频高声强声波吹灰系统，根据该锅炉空预器实际尺寸和设备情况，确定该系统由4个可调频高声强声波吹灰器组成。具体是在空预器的A/B侧各加装两台，分别安装于烟气侧热端和二次风侧冷端，顺气流方向安装，实现对MW火电机组锅炉空预器进行吹灰解垢。在高声强声波吹灰系统投运3个月后，对比分析了MW、MW负荷工况下，空预器投运前后运行数据。根据年DCS数据，负荷MW时，两台空预器出入口烟气压差，在未投用声波吹灰时平均为2.6kPa，投用声波吹灰后平均为2.1kPa，降低19.2%。负荷MW时，两台空预器烟气出入口压差，在未投用声波吹灰时平均为1.2kPa，投用声波吹灰时平均为0.9kPa，降低25.0%。负荷MW时，在声波吹灰系统投用前与投用后的数据对比中，1#空预器出入口烟气温降减少2.29℃，空气温升增加0.99℃；2#空预器出入口烟气温降减少1.29℃，空气温升增加0.45℃。负荷MW时，在声波吹灰系统投用前与投用后的数据对比中，1#空预器出入口烟气温降减少1.51℃，空气温升增加1.23℃；2#空预器出入口烟气温降减少0.81℃，空气温升增加0.31℃。运行效果表明，采用高声强声波吹灰系统明显降低了空预器进出口压差，保证了引、送风机正常出力，节能降耗作用显著。
关键词：声波吹灰；空预器；火电厂；堵塞
引言燃煤电站锅炉空气预热器SCR脱硝伴生硫酸氢铵（AmmoniumBisulfate，ABS），由此引起的空气预热器堵塞问题尤为严重，这与ABS和飞灰颗粒在空气预热器壁面的粘附情况密切相关［1］。经取样分析堵塞积灰的主要成分为三氧化二铁、氧化钙、碳酸钙、硫酸钙。硫酸盐、碳酸盐极易发生板结且黏附力强，易引起积灰在硫酸盐表面附着。当烟气或受热面壁温达到酸露点时，硫酸蒸汽在板壁发生凝结，促使灰粒在受热面形成低温黏结［2］，造成灰垢大规模聚集，导致空预器堵塞情况加重，进而造成空预器差压增大，换热效率下降［3］，影响机组安全运行。
本文以国内某电厂MW机组锅炉为研究对象，提出在其空预器部位的原有蒸汽吹灰器的基础上增加一种可调频高声强声波吹灰系统［4-6］的方案。本次改造于年完成，改造时加装了可调频高声强声波吹灰系投，通过对比分析改造完成并稳定运行3个月后的运行数据，与年改造前某段时间的运行数据，得知此方案的吹灰解垢解堵效果较好。该机组改造完成后，一直保持良好稳定运行，本次改造可为类似工程提供参考。
1高声强声波吹灰器工作原理高声强声波是一种机械波，声源发出的声波带动空气中的气体分子和灰垢颗粒振动，声波在边界层传播的过程中，声能的传导使相邻介质的颗粒振动，并产生两种效果：一种是声能透射到相邻的固体介质中，形成声波在该固体介质中的传播；另一种，由于气体分子与相邻介质颗粒之间、介质颗粒之间存在黏滞力，而声波相当于会给相邻的介质颗粒施加作用力，使得表面的介质颗粒被来回推拉。若吹灰频率与灰垢共振频率一致，会产生吻合效应，则这两种效果将更加明显［6-7］。
在高声强声波吹灰器除垢过程中，第一种效果是，固体中的声波产生于固体中微小质量的灰渣颗粒振动。在高强声压下，高强度声波能量将被灰渣颗粒吸收，使灰渣表面发生形变、疏松、破碎。这个逐渐变化的过程是灰垢积累吸收声能的过程，一旦灰垢表面产生微小裂隙，灰垢颗粒的振动会沿裂隙向内传播，同时声波沿着裂隙向内传播，进而发生结渣与受热面剥离的现象。第二种效果使附着在换热器表面的灰垢被来回地推拉，使其不断地压缩和伸张。因为声波对表面灰垢的反复作用，声波每秒钟达数十次到数百次，使其产生吻合效应而断裂，并逐步松动、脱落［8-9］。
声波吹灰器工作原理，见图1所示。
2锅炉基本情况本次改造对象为某电厂MW机组锅炉，该锅炉为巴威公司生产的超临界参数变压直流炉，采用对冲燃烧方式、轻型悬吊结构的Π型锅炉。工艺为中间再热、干态排渣，包含6台磨煤机36根粉管，锅炉前后墙各有18个燃烧器分三层布置。锅炉设计煤种为平朔东露天矿洗中煤，两台外拉式三分仓回转式空气预热器设置在催化剂布置区下方，内置蒸汽吹灰器清灰，空预器设计参数见表1。
机组在年投运一个月后开始出现积灰，空气预热器积灰造成两侧差压逐渐增大，阻力增加，换热能力降低，经过几次清灰和检修，空预器堵灰的问题依然严重。年由于空预器出口与引风机入口长期压差过大，导致引风机时常有跳弹现象，停运风险增高，所以于年4月对1#机组两台空预器进行了加装可调频高声强声波吹灰系统的改造。改造前，对空气预热器的出、入口烟气压差进行检测，在MW负荷运行时，1#机组1#空预器此压差约为1.13kPa，2#空预器此压差约为1.03kPa；MW负荷运行时，1#机组1#空预器此压差约为2.29kPa；2#空预器此压差约为2.26kPa。空预器出入口烟气压差过大，易造成后端引风机抢风，进而造成引风机跳弹，非计划停运风险增加。
3改造方案及效果3.1单个声波吹灰器结构
单个声波吹灰器结构本次改造使用了可调频高声强声波吹灰器，其采用气流扬声器［3］，频率可在20Hz~20kHz范围内精准调节，声功率可达到30kW，炉内最大声压级可达到dB，可针对回转式空预器的积灰、结垢发出特定频率的高强声波作用于换热元件表面、换热通道、灰垢，通过共振、声疲劳等效应去除换热元件表面和通道内黏结的灰垢，从而解决空预器换热元件积灰堵塞的问题，确保空预器清洁高效运行，维持空预器排烟温度。可调频高声强声波吹灰器由压缩空气管路（含各种控制阀门）、能够变频的强声波发生器、喇叭型号筒三部分组成，单个空预器的可调频高声强声波吹灰器结构如图2所示，工作流程图见图3。
3.2空预器声波吹灰系统及其工作流程
本次改造于年4月完成的，改造时，在1#、2#空预器内各加装两台可调频高声强声波吹灰，分别安装于烟气侧上部和二次风侧下部，顺气流方向安装，来实现对空预器进行吹灰防堵。
根据空预器尺寸及空预器积灰结垢的部位，通过声场模拟确定具体的声波吹灰器的安装数量和位置，组成空预器声波吹灰系统。经过模拟测算，最终确定在空预器内加装4台可调频高声强声波吹灰器。其中，
A/B侧各加装两台，分别安装于烟气侧热端和二次风侧冷端，顺气流方向安装。空预器声波吹灰系统示意图见图4所示。
高声强声波吹灰系统由高声强发生系统及控制系统组成。当声波吹灰器工作时，驱动气体经过滤、减压后进入管道，控制系统内PLC接收到气路系统压力开关的信号后，打开电磁阀给高声强发生器供气，同时单片机发出已设定好的频率、幅值信号，经功率放大器放大后输入高声强发生器，并发出声波。
4改造前后运行效果对比4.1改造前后空预器运行效果对比
可调频高声强声波吹灰系统投入正常运行前，对空预器换热元件进行了清洁，并在保证运行工况一致的情况下，即机组满负荷运行时，运行启炉压差1.5kPa、空预器入口NOx含量（质量浓度）50mg/Nm3、氨逃逸量（质量浓度）3mg/L，改造前后锅炉燃用煤种均为平朔烟煤，对比了改造前（年大修改造前测得数据）与改造后（年大修改造声波吹灰3个月后测得数据）的数据，见表2—表5。
本次改造机组的空预器高声强声波吹灰系统自年4月投运以来，设备运行稳定可靠，高声强声波吹灰器没有引起换热元件及空预器本体的共振，对冷端镀搪瓷换热元件无损伤，对空预器没有造成其他负面影响。通过表2—表5的对比数据看到装设声波吹灰器后1#、2#空预器烟气侧压差明显变小，说明加装声波吹灰器的机组运行效果明显优于单独使用蒸汽吹灰器，压差参数对比效果见图5所示。
4.2改造后运行情况分析
改造后至今已稳定运行4年，年7月，经查DCS控制系统运行数据，得满负荷MW时，两台空预器烟气出入口压差，在未投用声波吹灰时平均为2.6kPa，投用声波吹灰系统时平均为2.1kPa，降低19.2%。负荷MW时，两台空预器烟气出入口压差，在未投用声波吹灰时平均为1.2kPa，投用声波吹灰时平均为0.9kPa，降低25.0%，节能效益明显。
同期查DCS控制系统数据，得1#机组1#空预器在负荷MW时，声波吹灰系统未投用时，入口烟气温度为.01℃，出口烟气温度为.16℃，温降为.85℃；入口空气温度为46.9℃，出口空气温度为.46℃，温升为.56℃。在声波吹灰投用后，1#空预器入口烟气温度为.82℃，出口烟气温度为.26℃，温降为.56℃；入口空气温度为47.29℃，出口空气温度为.84℃，温升为.55℃。
同期查DCS控制系统数据，得1#机组2#空预器在负荷MW时，声波吹灰系统未投用时，入口烟气温度为.65℃，出口烟气温度为.34℃，温降为.31℃；入口空气温度为46.01℃，出口空气温度为.68℃，温升为.67℃。在声波吹灰投用后，2#空预器入口烟气温度为.22℃，出口烟气温度为.20℃，温降为.02℃；入口空气温度为46.25℃，出口空气温度为.37℃，温升为.12℃。
由上可知，在负荷MW时，由未投用与投用声波吹灰系统的对比可得，1#空预器出入口烟气温降减少2.29℃，空气温升增加0.99℃；2#空预器出入口烟气温降减少1.29℃，空气温升增加0.45℃。
同期查DCS控制系统数据，得1#机组1#空预器在负荷MW时，空预器烟气在声波吹灰投用前，入口烟气温度为.25℃，出口烟气温度为.22℃，温降为.03℃；入口空气温度为42.96℃，出口空气温度为.25℃，温升为.29℃。声波吹灰投用后，1#空预器入口烟气温度为.61℃，出口烟气温度为.09℃，温降为.52℃；入口空气温度为43.52℃，出口空气温度为.04℃，温升为.52℃。
同期查DCS控制系统数据，得1#机组2#空预器在负荷MW时，空预器烟气在声波吹灰投用前入口烟气温度为.30℃，出口烟气温度为.58℃，温降为.72℃；入口空气温度为43.65℃，出口空气温度为.43℃，温升为.78℃。在声波吹灰投用后，2#空预器入口烟气温度为.10℃，出口烟气温度为.19℃，温降为.91℃；入口空气温度为44.02℃，出口空气温度为.11℃，温升为.09℃。
由上可知，在负荷MW时，由未投用与投用声波吹灰的对比可得，1#空预器出入口烟气温降减少1.51℃，空气温升增加1.23℃；2#空预器出入口烟气温降减少0.81℃，空气温升增加0.31℃。
上述分析显示，加装此高声强声波吹灰系统能够有效降低排烟温度，提高热风温度，改造后运行至今，未发现其对设备产生不良影响，具有节能效果。与单独使用蒸汽吹灰相比，高声强声波吹灰可以贯穿清洁整个空预器以及蒸汽吹灰难以到达的位置，效果更佳，还能起到预防空预器受热面生成沉淀物的作用。与激波吹灰器相比，可调频高声强声波吹灰器可利用声振动达到除灰除垢的目的。与原蒸汽吹灰器相比，可调频高声强声波吹灰系统的结构更简单，运行可靠稳定、维护成本更低且方便，不存在高温、高压、疏水等维护工作，维修工作量少，总体费用低。
5结论（1）空气预热器在使用可调频高声强声波吹灰系统后，空预器堵塞得到有效缓解，空预器差压得到有效控制。1#机组1#空预器在负荷MW时，改造后的空预器烟气出入口压差比改造前降低了13.8%；在负荷MW时，改造后的空预器烟气出入口压差比改造前降低了30.2%。2#空预器在负荷MW时，改造后的空预器烟气出入口压差比改造前降低了3.31%；在负荷MW时，改造后的空预器烟气出入口压差比改造前降低了21.2%。
（2）从运行参数来看，可调频高声强波吹灰系统可以提高空气预热器的换热能力。负荷MW时，两台空预器烟气出入口压差，在未投用声波吹灰时平均为2.6kPa，投用声波吹灰时平均为2.1kPa，降低19.23%；负荷MW时，两台空预器烟气出入口压差，在未投用声波吹灰时平均为1.2kPa，投用声波吹灰时平均为0.9kPa，降低25.0%。
（3）MW机组空预器在加装声波吹灰改造后，保持了空预器洁净高效运行，降低了空预器进出口压差，提高了锅炉效率，投用此设备的节能降耗效果显著。
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