燃气脉冲激波吹灰技术运用
万茂，肖宏博，伍志
(宜宾发电总厂，四川宜宾644600)
摘要：为解决黄桷庄电厂末级空气预热器堆(积)灰问题，在生产运行中引进运用了燃气脉冲激波吹灰技术，取得了预期效果。
关键词：空气预热器；燃气脉冲激波吹灰；锅炉
黄桷庄电厂一期安装两台东方锅炉厂生产的DG670／13.7－11型微倾斜底液态排渣锅炉，于1994年投入生产运行。由于近几年电力需求发生变化，黄桷庄电厂的两台机组常作为调峰机组使用，锅炉末级空气预热器堆(积)灰十分严重。在运行3～4个月后检查，末级空气预热器堆(积)灰最严重时，堆灰高度达1 m以上，流通面积堵塞50％～60%(尤其是炉前方向)，排烟温度高达185～190 ℃。近几年来，经过尾部烟道改造、烟气均流等工作，末级空气预热器堆(积)灰情况得到一定缓解，但未能从根本上解决问题。
1 堆(积)灰原因分析
针对黄桷庄电厂实际生产情况，分析末级空气预热器堆(积)灰原因有以下几点。
1) 设计原因。因为锅炉燃用芙蓉无烟煤，灰粉较高，为保证空气预热器管磨损不过快，锅炉设计时选择了较低的烟气流速。
2) 锅炉燃煤含硫量高，高硫煤灰黏附性强，烟气露点温度高(理论计算值136 ℃)。
3) 锅炉调峰低负荷运行。因锅炉设计时选择了较低的烟气流速，低负荷运行时烟气流速就更低。过低的烟气流速导致烟气中的灰颗粒大量沉降在预热器管板上。当沉降在预热器表面管板上灰部分或全部堵住管口时，流过该管的烟气流量减少或中断，高温烟气加热管壁的热量下降，导致管壁温度下降，当该管子温度低于烟气露点温度(136 ℃)时，管内烟气会发生结露，烟气结露后，将引起沉降在管口的灰结块。结成块的灰处在较高的温度中，很快“变硬”，并会牢固地附着在管壁上，从而引起管口堵死。锅炉长期的低负荷运行，上述现象会加速发展。
4) 锅炉启动点火时使用燃油，燃烧产生的油垢在尾部空气预热器的表面黏结，造成管子表面积灰、积垢。
5) 锅炉停炉备用时，附着在管壁上的灰(这是不可避免的)会因结露而在管壁上结成很硬的灰块(垢)。锅炉的频繁启停，上述现象会重复发生，从而使灰块(垢)越积越厚，最终有可能导致将管口堵死。
6) 设计时没有考虑安装吹灰器。
7) 省煤器泄漏，大量的水(蒸汽)造成到达空气预热器低温段的烟气中灰水混合物与管壁发生黏结，最终将空气预热器管堵塞。
8) 设备停运时空气预热器清洗工作不彻底，这也是造成空气预热器堵塞的一个重要原因。
2 解决堆(积)灰的几种措施比较
针对上述原因分析，总结解决末级空气预热器堆(积)灰的措施有以下几种：① 降低
燃煤中的含硫量；②提高空气预热器的烟气流速；③尽量减少锅炉的启停；④运行中锅炉带
较高的负荷；⑤ 设计安装吹灰器。
上述措施中前第①～④项因电厂实际情况不可能实现，唯一可行的措施是“安装吹灰器”。
3 燃气脉冲激波吹灰技术原理论证
3.1技术原理
燃气脉冲激波吹灰器是通过燃气脉冲性爆燃生成冲击波。燃料(黄桷庄电厂使用燃料乙炔)与空气按一定比例混合，在一个特殊的装置中被高能点火器点燃，产生剧烈的爆燃使火焰烽后的燃烧气体瞬间升至高压，并在火焰烽面前形成压缩波；在经过火焰导管时，压缩波不断加强，形成一道稳定的激波；这道激波进入激波发生器后，一方面作为点火激波点燃紊流罐内的可燃气体，另一方面激波在特殊结构的紊流罐内被调制而加强生成3～4倍声速的爆燃冲击波，最终调制好的激波(压力约为10 MPa，速度为1 000～1 500 m/s)从冲击管中喷射到锅炉的换热设备上，当激波从冲击管中喷射出来以后，将在喷射口外的扇形空间中作球面的扩散，扩散的激波波面后由于不能维持高于常压的压力，在波面后形成一个反向压力峰，峰值低于空间中常压下的压力。扩散后的激波会在被吹物体表面上发生物理界面折射并能通过折射层层导入。激波剧烈的压力脉动纵波对积灰产生一种先压后拉的作用，使受热面上的积灰受激波的冲击而破碎、剥落脱离积灰基底；导入积灰中的折射波还会在灰体中产生横向波，这些横波在积灰基底上的反射和入射波的相互作用使积灰与积灰基底之间的结合面产生剪力，使积灰与基底发生分离。通过控制激波的能量，可以适应锅炉不同类型的换热设备积灰，迫使受热面的积灰在足够强度的激波冲击下脱落。
图1是MCCH激波吹灰器的原理示意图。吹灰器包含以下的主要部件：燃气供给系统、空气供给系统、气体混合罐、点火器、激波能量分配系统、激波发生器和冲击管等。可燃气体和空气混合成一定比例被引入一个特殊的混合罐中，成比例的混合气体在充满混合罐和它之后的管道和罐体以后，被一个高能点火装置点燃，爆燃火焰在火焰导管中，并在火焰的前烽面形成爆燃波。当爆燃波传至激波发生器时，引爆激波发生器中的混合气体产生强大的激波，激波受发生器的调制，最后调制成为强度适合的激波，通过冲击管喷射至被吹灰物体的表面。通过对激波发生器的罐体、冲击管的不同设计，再加上可调的可燃气体、空气流量，可以控制得到理想的激波强度。因而，可以使激波的强度最适合其对应被吹灰物体的积灰类型，达到最佳的吹灰效果。
3.2激波的性质
在空气动力学中，微弱扰动在空气中的传播波被称为声波。由于扰动很微弱，声波的传播看成为是绝热等熵的，即声波过后空气的各物理参数仍能回到原先的初始值，没有明显的变化。声波的强度通常由声压级来度量，有效声压的对应函数：
按正弦波计算，此时在空气中引起的峰值压力为200 Pa。根据气体的状态方程，此时空气的温度与密度变化也有相应的微小变化。
与声波不同，激波是空气中的有限扰动波的传播，空气的各物理参数在激波的前后有有限变化。这样，激波的传播速度必大于声波，否则它将被传播速度比它快的声波所耗散。激波的强度与其速度相关，下表是不同激波速度下激波前后空气各物理参数的值。
4 运行效果及经济效益分析
黄桷桩电厂22号锅炉末级空气预热器于2002年10月份安装MCCH燃气脉冲激波吹灰系统后，连续运行至今已10个多月，满负荷运行时排烟温度为168～172 ℃。在2003年2月检查，末级空气预热器未发现堆(积)灰现象。安装燃气脉冲激波吹灰系统后，末级空气预热器长期处于清洁状态，保证了良好的换热效率，降低排烟温度15～20 ℃。根据设计计算，一般200 MW机组，锅炉排烟温度下降15～20 ℃，可提高锅炉效率1.2%～1.5%，减少发电煤耗。按机组年发电量10亿kW·h计算，年节约燃煤4 300 t，按原煤价格250元／t计算，年节约费用约107万元，产生极大的经济效益和环境效益。
本文关键字：暂无联系方式电工文摘，电工技术 - 电工文摘
