燃煤电站锅炉空预器高声强声波吹灰器应用效果分析.docx

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1、燃煤电站锅炉空预器高声强声波吹灰器应用效果分析目录摘要1引言21 .高声强声波吹灰器工作原理22 .锅炉基本情况33 .改造方案及效果43. 1.单个声波吹灰器结构43. 2.空预器声波吹灰系统及其工作流程54 .改造前后运行效果对比54.1. 改造前后空预器运行效果对比54.2. 改造后运行情况分析85 .结论10摘要某电厂600 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

2、次 风侧冷端，顺气流方向安装，实现对600 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 600MW、300 MW负 荷工况下，空预器投运前后运行数据。根据2021年DCS数据，负荷600 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2.6 kPa,投用声 波吹灰后平均为2.1 kPa,降低19.2%。负荷300 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1.2 kPa,投用声波吹灰时平均为0.9 kPa,降低25.0%。负荷600 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2.29C

3、,空气温升增加0.99； 2#空 预器出入口烟气温降减少1.29C,空气温升增加0.45C。负荷300 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0.81C,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脱硝伴生硫酸氢钱(AmmOniUm Bisulfate, 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

4、热器壁面的粘附情况密切相关。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，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，影响机组安 全运行。本文以国内某电厂600 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的方案。本次改 造于2017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

5、数据，与2017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

6、更加明显。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。声波吹灰器工作原理，见图1所示。图I声波吹灰器的原理Eig. 1 Princ

7、iple of sonic soot blowing2 .锅炉基本情况本次改造对象为某电厂600 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、轻型悬吊结构的口型锅炉。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。换热器表面结垢层换热器表面结垢层换 热 器换 热 器声波作用下的垢面无声波作用下的垢面图1声波吹灰器的原理Fig. 1 Principle of sonic soot b

8、low ing机组在2013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。2017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2017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300 MW负荷运行时，1#机组1#空预器此压差约为L13kPa, 2#空预器此压差约为1.03 kPa； 600 MW负荷运行时，1#机组1#空预器此压差约为2.29 kPa； 2#空预器此压差约为2.26 kPa

9、。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，频率可在20 Hz20 kHz范围内精准调节，声功率可达到30kW, 炉内最大声压级可达到165 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

10、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。Fig. 2 Schematic diagram of adjustable frequency high intensity acoustic soot blower图3单个可调频高声强声波吹灰器工作流程图Fig. 3 Flow chart of acoustic sool blowing system of air preheater3. 2.空预器声波吹灰系统及其工作流程本次改造于2017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

11、，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

12、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 1.5 kPa.空预器入口 NoX含量（质量浓度）v50mgNm3、氨逃逸量（质量浓 度）v3mgL,改造前后锅炉燃用煤种均为平朔烟煤，对比了改造前（2017年大 修改造前测得数据）与改造后（2017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2017年4月投运以来，设 备运行稳定可靠，高声强声波

13、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2一 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。图J空预器声波吹灰系统示意图表2 1,机组1空预H负荷参数(改造前)Tab. 2 The related load parameters o unit air preheater (Before transormation)负荷/MW30035044505005506B(th,)12501 333144015321 585

14、1 6871 767空预需人口烟温/C316319332340341333340空猿器人口烟气压力/kPa-0. 790-0.860-0.908-1.067-1.141-1.246-1.327空Hi器出口烟汹/1121121.5122124122122122空俵器出口烟气压力/kPa-1.918-2.032-2. 224-2.535-2.681-3.244-3.612除尘出IJ烟汉/匕116108117121117118118除尘出口烟气压力/kPa-2.841-3.195-2.535-3.812-3.976-4.789-5.348引风机人口风压/kPa-2.955-3.270-3.525-3

15、.996-4.166-5.096-5. 599一次风机出口风乐/kPa8.4229.1549.0569.76010.46011.61812.575送风机出U风原kP1.1241.0391.2831.6921.7502.3582.846空预器人口一次风温/C39324544433636空便器人口一次风压力/kPa8.1728.8638.7579.37710.16411.05211.998空Hi器出口一次风温/C281280294285289282284空演器出口 一次风压力/kPa6.6796.6787.1007.1957.4667.8198. 780空Hi器人U二次风汹/匕3232.783535364038空演器人口二次风乐力/kPa0. 7990.7171.1961.1961.2571.80