吹灰器的比较和存在问题

吹灰器的比较和存在问题热能01沈军飞学号3010822045摘要：电站锅炉受热面表面普遍存在有结渣、沾污和积灰三种积灰现象，对锅炉的安全运行不利，因此要有外力进行吹灰。吹灰设备主要为蒸汽吹灰器、声波吹灰器以及燃气脉冲吹灰器，一般在锅炉炉膛布置短行程蒸汽吹灰器，在对流受热面布置伸缩式、固定旋转式蒸汽吹灰器和声波吹灰器，在空气预热器受热面布置伸缩式蒸汽吹灰器或燃气脉冲吹灰器。关键词：电站锅炉积灰机理蒸汽吹灰器声波吹灰器燃气脉冲吹灰器排烟温度引言：在电站锅炉设计中，为有效地清除锅炉受热面积灰，保证受热面清洁，达到受热面传热效果良好，在锅炉的受热面布置了不同型式、不同种类的吹灰器。目前安装的吹灰设备主要为蒸汽吹灰器、声波吹灰器以及燃气脉冲吹灰器，一般在锅炉炉膛布置短行程蒸汽吹灰器，在对流受热面布置伸缩式、固定旋转式蒸汽吹灰器和声波吹灰器，空气预热器为伸缩式蒸汽吹灰器或燃气脉冲吹灰器。蒸汽吹灰器，由于结构和工作介质的特点，加上高温环境影响，吹灰器枪管常常发生卡涩、失灵、漏汽等现象，设备故障率很高，维护工作量很大，投用率较低；声波吹灰器由于设计能量与锅炉飞灰特性不协调，电机易烧坏，吹灰效果差，造成锅炉受热面积灰严重，排烟温度升高，从而大大降低了锅炉热效率。吹灰器运行不正常和吹灰效果不好，是目前锅炉排烟温度高的主要原因之一。1锅炉受热面的积灰机理按照锅炉受热面上的结灰型式，其基本分为结渣、沾污和积灰等3种。煤的结灰特性是与煤的可燃特性不同的另一重要特性，其产生的原因很多。结灰的内因主要取决于煤灰的特性和煤灰的含量；结灰的外因最根本的是锅炉内部的空气动力场组织得不好。1.1结渣煤粉炉产生结渣的机理是，燃烧过程中融化了灰渣，若在凝固以前冲刷到水冷壁或高温段受热面上，一旦粘结上去即产生结渣。就煤粉锅炉来说，其火焰中心区域温度很高，煤的灰粒一般呈熔化或软化状态。当以液态或半液态的渣粒即熔融的灰粘结在受热面上或锅炉炉墙上，将形成一层紧密的灰渣层，称为结渣。形成结渣的基本条件是受热面壁温高、表面粗糙度大和灰熔点低。1.2沾污对于矿物中含有较多的钠、钾、钙、硅、钒或磷等碱金属氧化物的燃料，在高温700-800以上环境中燃烧时会发生这些氧化物的升华。升华的氧化金属呈分子状态，遇到较冷的受热面管壁即冷凝在管壁上，然后再与烟气中的三氧化硫、氧化铝、氧化铁等化合，形成各种硫酸盐，例如对多钠、钾、钙的燃料，即形成正硫酸盐复合硫酸盐和焦硫酸盐等密实粘结沉淀层，该种现象称为灰的高温沾污。1．3积灰积灰的机理不同于结渣和沾污。由于在600-700摄氏度区域里的碱金属的凝结已经终结，不致在管壁上产生粘结性内灰层。飞灰含有各种不同的粒度，一般均小于200um，但大部分是10~20um其中粒度小于30um的飞灰，由于分子力吸附作用、静电感应和管壁粗糙度等物理综合作用，沉积在管壁上，即称为积灰。在一般情况下，积灰状态是干松性的，极易被吹走或自行脱落；但其热阻力仍较大，对锅炉的热力工作影响也很大。积灰一般发生在锅炉烟温600~700度较低的区域，如对流过热器、省煤器和空气预热器等低温受热面上。2吹灰器设置的必要性一般燃煤锅炉燃烧时的炉膛中心火焰温度在（1400~1600），而燃料中灰熔点一般低于或在此温度区间。此时，当灰与受热面相接触时，极有可能粘结在受热面上引起结渣。若不采取措施及时清除，更多的灰就可能继续粘结在上面，使得该处受热面传热性能变差、管内介质温度降低，引起受热面的腐蚀和堵灰以及排烟温度升高，又加速了结渣现象的发展和蔓延。锅炉结渣不仅会影响锅炉的出力参数、热效率和吸风机的正常运行，使排烟温度升高，达到一定程度还会引起恶性循环，导致重大的人身和设备事故等，造成重大经济损失。随着锅炉容量的增大，但由于炉膛的截面尺寸、高度却不可能成比例增加，因此炉膛截面热负荷、水冷壁热负荷、炉膛内最高温度以及对流受热面区的烟温均随着锅炉容量的增加而增高。而水冷壁和对流受热面的结渣和积灰问题便日益突出。因此，燃煤锅炉必须配备一套永久装设的吹灰设备作为锅炉安全经济运行的一个重要手段。吹灰器是锅炉最重要的辅助设备之一，锅炉燃用不同燃料时，应根据各自煤、灰的特性和锅炉的特点选择不同的吹灰系统。在炉膛水冷壁上一般采用短吹灰器，以清除炉膛水冷壁上的积灰和结渣，防止形成大的焦渣；对流受热面一般采用长吹灰器，以清除对流受热面的灰渣，保证吸热；空气预热器（回转式）上一般布置长吹灰器，以清除空气预热器受热面的积灰，保证其通畅和正常换热。3声波吹灰器3.1原理：声波吹灰器采用气动式声波，即将高压气流所携带的能量，经调制变换为交变的声波能量。单极子声源向空间所辐射的声压,距声源传播距离处，其辐射声压与声源表面积、声波传播速度成正比；与传播距离的一次方成反比。而蒸汽吹灰器射流的压强是与的平方成反比，说明声波在锅炉空间内进行时，其衰减比蒸汽射流衰减要慢。声波在的900度高温空气中，其传播速度比20度空气中高1倍。这些特性有利于声波在锅炉运行中吹灰。声波以直射、渗透、反射和绕射行为作用于管子表面的积灰，反复进行，使积灰和焦渣产生疲劳而疏松脱落。蒸汽射流的渗透、反射和绕射的功能都很弱，而直射功能也由于压强的衰减快而变得较弱。声波吹灰器常用的频率范围为0.1~50HZ,声压可达150dB，工作频率在一定范围内为可调。低频声波具有振动位移大、绕射能力强、空气及壁面对它吸收小和有效清洁区域大等优点，低频的辐射效率低，不易获得很高的声压级。利用金属膜片在压缩空气的作用下产生具有一定声压和频率的声波，锅炉受热面的积灰在声波的作用下处于松动和悬浮状态，易被有一定速度的烟气带走，从而达到清理受热面积灰的目的。从现在已较多使用的声波吹灰器来看，大约分为三个主要类型，旋笛式、振膜式和脉冲式。一般采用低频声波(20Hz～400Hz)或次声波(20Hz)声强为140dB～155dB，常用于锅炉尾部——省煤器、预热器的吹灰。其中气脉冲声波吹灰器的工作原理是：利用可燃气体如煤气、液化石油气、天然气、乙炔等常用气体的爆然原理(爆燃压力控制在0．6MPa)在爆燃的瞬间形成高能冲击波和伴随产生的剧烈响应来达到将其管面积灰清除的目的。3.2声波吹灰可使排烟温度降低声波吹灰器能使排烟温度降到设计值以下，其原因是：设计值是假定受热面在运行中有一定的积灰而得，不论是辐射受热面还是对流受热面在设计计算时都考虑一个灰污系数。它与炉型与燃料有关，燃用烟煤粉的煤粉炉，有的资料采用灰污系数为0．45。采用声波吹灰器后，受热面的清洁程度优于设计状态，故实际烟温能降到设计值以下。大坝电厂声波吹灰器投入运行后，消除了蒸汽吹灰的缺陷，吹灰周期缩短，每次吹灰时短，找到了吹灰的优化时程，取得了较好的综合效益。3．3声波吹灰器的结构发电锅炉用的声波吹灰器，由三部分组成，即压缩气源、电子控制器和声波发生器。压缩空气为动力源，提供产生声波的能量；电子控制器用于控制声波发生的频率，控制吹灰器的工作时序和周期，声波发生器是气声转换装置，声波通过输音管或喇叭进入炉内。声波吹灰器主要有旋笛式和哨式两种。旋笛式的转子和外壳都有多个环形均匀排列的孔洞，当转子转动且转子和外壳的孔洞重叠时，压缩空气可以从转子内腔，通过重叠的洞口出去。转子和外壳的孔洞数可以相等或不等。当转子在额定转速下，装置发出设计频率的声波，改变转速可改变声波的频率，转子是由可变转速电动机拖动的。哨式吹灰器无电动机。3．4缺点：吹灰效果不明显，由于吹灰器设计声波能，灰粒的固有频率差别很大，吹灰器发射的声范围小，与积灰特性不适应，无法使积灰产生共炉膛和对流受热面的结焦，低温段空气预热器和严重堵灰无法清除。设备运行时间长，电机易烧坏，维护费用较投资费用较高，初投资比蒸汽吹灰器高2倍以上。噪音大，其噪音声压级范围为120-160dB，高于《工业企业噪音控制设计规范》要求。4蒸汽吹灰器4．1原理：蒸汽吹灰器是利用高压蒸汽的射流冲击力清除受热面上的结焦积灰。4．2优点：蒸汽来源方便、充裕；对结渣性强、粘性大的积灰效果显著；可安装于高温区域，如炉膛、高温过热器、高温再热器等。4．3缺点：蒸汽吹灰器分为固定式、长伸缩式和旋转式，靠蒸汽射流喷射到物体表面的垂直分量与物体表面积灰发生撞击的机械作用而吹灰。蒸汽吹灰器对离得较远的受热面和喷射角以外的受热面或中间有阻隔物质的受热面，由于射流的压强与离射流源的距离x的平方成反比，而射流能量则与x三次方成反比，上述三种受热面吹灰效率均甚低。离射流源很近的管子表面，往往又被强力的射流冲刷而使管壁减薄。5燃气脉冲吹灰器5.1原理：利用可燃气体爆燃产生的冲击波进行清灰，可燃气体和空气以一定比例通过适当的工艺流程进入冲击波发生器中，由高能点火装置点燃预混可燃气体，在冲击发生器中产生冲击波，冲击波通过发射喷口作用于积灰受热面上，在其动能、声能及热能的综合作用下，有效地清除受热面上的积灰。5．2优点：清灰有效范围大，速度快时间短，清灰彻底；安全可靠，不会对设备造成损害；对不同类型的积灰都有最佳适用性；喷口方向和形状易于调整，可适用不同形状热面；炉内没有可动部件，无需进行日常维护；结构尺寸可大可小，易于空间尺寸受到限制合；运行成本低、经济性好、投资少、见效快。5．3缺点：由于受到金属许用应力限制，不能应用于烟气温度高于700以上的区域；燃气容器的搬运，增加了工作量；存在一定的安全隐患，由于工作介质为可燃气体，如果设计结构不合理操作不当，易引起可燃气体泄漏；对承压受热面有一定冲击，燃气吹灰器的气体爆燃产生的冲击波对距离较近的受热面产生一定的冲击力，因此要根据具体情况设计吹灰器喷口大小、形状、数量和方向，控制燃气冲击波发生器的爆燃能量。6三种吹灰器的比较蒸汽吹灰器存在的主要问题是故障率高、维护工作量大、运行和维护费用高、设备投入率低等，特别是对于炉膛和高温区域吹灰器，一定要加强设备日常维护和检修，保证吹灰器正常、安全运行；吹灰器投入前，要充分进行疏水，保证蒸气参数在规定值以上，并加强吹灰器运行期间的检查，避免吹灰器卡涩和受热面被吹爆。声波吹灰器主要不足是吹灰效果不理想，因此，一定要结合吹灰器运行的具体情况和实际清灰效果，必要时要单独做吹灰试验，对吹灰效果不好的声波吹灰器一定要拆除，恢复蒸汽吹灰器或改用其他形式的吹灰器。燃气吹灰器对尾部受热面的清灰具有显著效果，但是方案设计应根据受热面具体结构和烟气温度，优化系统设计，选择合理的发生器和发射器，控制冲击波的能量，并配备有效的防堵灰装置，保证燃气系统的严密性，提高自动化程度。建议在锅炉炉膛和高温区域优先选用蒸汽吹灰器，在烟气温度较低的尾部受热面优先选用燃气吹灰器，尤其回转式空预器。下表示三种吹灰器的综合比较：三种吹灰器综合性能比较项目蒸汽吹灰器器声波吹灰器燃气吹灰器清灰原理利用高压蒸汽的射流冲击力清除结焦积灰利用声波的能量与灰尘产生共振使灰尘松动而落下利用可燃气体爆燃产生的冲击波进行清灰投资大大小安装部位炉膛、对流过热器所有受热面尾部受热设备系统复杂简单简单可动部件有无无能耗种类蒸汽蒸汽、空气、电可燃气体、空气清灰效果较好差好可靠性差较好好清灰范围受限制不受限制不受限制行工作量大小小运行费用大较小小维护工作量大小小维护费用大小小副作用蒸汽的冲击力会使管壁减薄，可能造成锅炉爆管事故无对承压受热面有一定冲击7吹灰器运行过程中存在问题4．1造成锅炉灭火：这类事故大多发生在锅炉启动、停机及低负荷运行期间，此时炉膛火焰燃烧不稳定，如果运行人员投入吹灰器的时机、数量不适当，调整风量风压不及时，就有可能造成锅炉灭火，吹落的大焦块也有可能造成灭火事故。其它辅助设备事故。4．2吹灰管烧断后砸坏或卡住捞渣机：这类事故是处于炉膛部位的吹灰器因故障不能退出而被烧断后，直接掉落到冷灰斗下部的捞渣机中。卡住或砸坏捞渣机，导致锅炉不能正常排渣。对于在捞渣机上部设有密封门的锅炉，还会将密封门同时砸坏。4．3空气预热器发生堵灰：当空气预热器吹灰器故障不能及时投运时。有可能造成空气预热器蓄热元件积灰乃至堵灰，烟气阻力增大，吸风机排烟阻力增加，并导致吸风机发生喘振。4．4空气预热器被吹灰管卡住对于尾