呂宏彪，賈建超，史恒惠，張榮初，劉宇清

(1.中電投河南電力有限公司 技術信息中心，鄭州 450001；2.中電投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南 平頂山 467312；3.南京常榮噪聲控制環(huán)保工程有限公司， 南京 210008)

0 引言

在火力發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)中，其受熱面和煙道系統(tǒng)積灰是造成鍋爐熱效率降低的重要因素之一。積灰?guī)淼淖钪苯佑绊懯清仩t受熱面及空氣預熱器吸熱量減少、鍋爐排煙溫度上升，導致鍋爐熱效率降低、煤耗升高和能源浪費。同時，積灰嚴重會影響鍋爐脫硝、脫硫、除塵及空氣預熱器系統(tǒng)的正常工作，造成設備損壞，增加大氣污染物的排放量。有效去除鍋爐積灰是保持受熱面清潔、設備安全經(jīng)濟運行的重要問題。

1 空氣預熱器出現(xiàn)的問題

某電廠#2鍋爐空氣預熱器采用豪頓華工程有限公司生產(chǎn)的33 V NT2120型容克式空氣預熱器，空氣預熱器轉子內(nèi)徑?17 210 mm，傳熱元件共分為2層，其中熱段層高度1 120 mm，冷段層高度1 000 mm。每臺空氣預熱器裝有2臺PS-AT伸縮式蒸汽吹灰器，分別安裝在煙氣側的熱端和冷端。單臺蒸汽耗量各為2 500 kg/次，每天吹掃6次。從煤質(zhì)使用效果可以看出，實際使用煤種灰分及硫分較高，煤燃燒后形成的灰渣較多，給風煙系統(tǒng)造成了較大影響。鍋爐同時投運脫硝裝置，不可避免地會產(chǎn)生氨逃逸，造成煙氣中的硫酸氫氨較多，從而導致空氣預熱器低溫腐蝕嚴重，由此形成的結垢難以去除(如圖1所示)。機組投運3年來，空氣預熱器換熱效果明顯下降，鍋爐排煙溫度上升，熱效率降低，煙氣側壓差顯著升高，甚至不得不停運機組進行高壓水沖洗，嚴重威脅機組的安全、穩(wěn)定運行。由于吹灰器吹灰頻次高，消耗大量蒸汽，使能源過度浪費，蒸汽吹灰器的頻繁使用造成換熱元件嚴重吹損。

圖1 空氣預熱器下部結垢積灰及腐蝕情況

2 加裝可調(diào)頻高聲強聲波吹灰器的可行性

可調(diào)頻聲波吹灰技術是一種能夠徹底解決鍋爐積灰結垢的有效方法，目前已在煙氣換熱器(GGH)設備上得到了應用。可調(diào)頻聲波吹灰技術旨在應用一種基于高聲強發(fā)聲技術理論研制的大功率、寬頻、可調(diào)幅的電動調(diào)制氣流揚聲器、擴聲號筒及智能控制系統(tǒng)構成的新型聲波吹灰器。該吹灰器以聲功率10 000～30 000 W、頻率10～10 000 Hz間任意調(diào)節(jié)的高聲強聲波對各種鍋爐的積灰形態(tài)進行有效清除，以改善受熱面換熱效果，提高鍋爐熱效率，節(jié)約能源，減少污染物排放。

為有效解決空氣預熱器堵灰、提高空氣預熱器換熱效果， 2013年4月，在檢修期間對該廠#2鍋爐空氣預熱器進行水沖洗的同時實施了聲波吹灰器改造，在每臺空氣預熱器煙氣側熱端加裝1臺聲波吹灰器，在二次風側冷端加裝2臺聲波吹灰器，每臺鍋爐加裝6臺聲波吹灰器。針對空氣預熱器的回轉再生式特點，設計了特殊的指數(shù)型喇叭，喇叭開口徑向覆蓋換熱元件，利用空氣預熱器自身的轉動，使高強聲波的最大能量直接對每一倉格的換熱元件實現(xiàn)吹掃。通過倒裝形式，在喇叭出口，空氣預熱器上部熱端及下部冷端聲場大于155 dB，密集蓄熱元件中聲場可達到150 dB，可有效去除空氣預熱器的積灰，保持蓄熱元件潔凈。

6臺聲波吹灰器使用1臺8通道吹灰控制系統(tǒng)控制(兩通道備用)，每臺吹灰器設定依次運行，每次2 min，間隔10 min，6臺吹灰器運行1周為72 min。每臺吹灰器一次用氣量約40 m3，在管路前安裝1臺20 m3(0.8 MPa)儲氣罐，充滿后一次可供2臺發(fā)生器使用。可調(diào)頻高聲強聲波吹灰系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和高聲強聲波發(fā)生系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)可編程邏輯控制器(PLC)接收到氣路系統(tǒng)壓力開關信號后，打開電磁閥給高聲強發(fā)生器供氣，同時單片機發(fā)出已設定好的頻率、幅值信號，經(jīng)功率放大器放大后輸入給高聲強發(fā)生器發(fā)出聲波。整個吹灰器工作流程如圖2所示。

圖2 可調(diào)頻高聲強聲波吹灰系統(tǒng)工作流程

3 同步開發(fā)空氣預熱器在線污染監(jiān)測平臺

評價空氣預熱器等換熱器傳熱能力的主要指標是傳熱系數(shù)，對于回轉空氣預熱器而言，傳熱系數(shù)與煙氣側的對流放熱系數(shù)、空氣側對流吸熱系數(shù)有關，由于后者積灰相對較輕，前者數(shù)值也很大，因此傳熱系數(shù)主要與煙氣側的對流放熱系數(shù)有關。煙氣側的對流放熱系數(shù)主要與煙氣流速和受熱面積灰程度有關，由于煙氣流速與機組負荷呈正相關關系，因此傳熱系數(shù)不能直接作為評價受熱面污染程度的指標。煙氣熱阻取傳熱系數(shù)的倒數(shù)，煙氣熱阻越大，污染越嚴重。據(jù)此，引入灰污染因子和清潔因子的概念。

灰污染因子定義為：設備的設計傳熱系數(shù)與實際傳熱系數(shù)的比值，即灰污染因子=設備熱阻實際值/設備熱阻設計值。

從圖3可以看出，熱阻實際值與設計值總的變化趨勢是一致的，因此其比值(灰污染因子)與負荷關聯(lián)度比較小，作為評價受熱面污染程度的指標是科學、合理的。

圖3 空預器吸熱量實際值、設計值與負荷關系曲線

實際運行情況表明：灰污染因子作為判斷空氣預熱器積灰嚴重程度指標是合理的，但仍與機組負荷、入爐煤量、送風量關聯(lián)度比較大，作為吹灰監(jiān)控操作的輔助指標。

評價空氣預熱器積灰程度的另一個主要指標是清潔因子，清潔因子定義為：空氣預熱器最小積灰程度指標與實際積灰程度指標的比值。該值越大，說明實際工況的空氣預熱器積灰程度越小，受熱面越清潔。因此，根據(jù)清潔因子狀況指導運行人員優(yōu)化吹灰操作，降低排煙溫度，同時應盡量減少蒸汽耗量。

圖4是B空氣預熱器吹灰前、后灰污染因子和清潔因子的變化趨勢圖。運行人員能及時監(jiān)測到當前運行工況下以及吹灰前、后灰污染因子和清潔因子的變化情況，當清潔因子達到限值時可以及時對受熱面進行吹灰。

4 空氣預熱器加裝聲波吹灰器的效果分析

4.1 參數(shù)分析

空氣預熱器加裝聲波吹灰器后，可取代原有蒸汽吹灰器，在空氣預熱器中，可形成聲壓級155 dB以上的有效除灰聲場，保持空氣預熱器的潔凈，降低煙阻，提高空氣預熱器換熱效果，降低排煙溫度，提升鍋爐熱效率。同時還能節(jié)約吹灰蒸汽能源和風機電耗、消除蒸汽吹灰對空氣預熱器換熱元件吹損所產(chǎn)生的安全隱患、降低設備損耗。加裝聲波吹灰器空氣預熱器前、后各項參數(shù)見表1。

#2鍋爐投運聲波吹灰系統(tǒng)后，滿負荷運行時空氣預熱器煙氣壓差下降明顯，穩(wěn)定在1.8 kPa左右。

4.2 效益分析

(1)節(jié)煤收益?？諝忸A熱器加裝聲波吹灰器投運后，剔除各項因素的影響，機組鍋爐排煙溫度因此而降低10 ℃左右，供電煤耗率降低1.87 g/(kW·h)，鍋爐熱效率提升0.55%，按單臺機組發(fā)電量5 500 GW·h計算，年節(jié)約標煤1.03萬t，若標煤單價按600元/t計，每年節(jié)煤收益約620萬元。

(2)節(jié)約風機用電?？諝忸A熱器加裝聲波吹灰器后，基本解決了A，B側空氣預熱器結垢問題，使空氣預熱器煙氣側壓差降低200～300 Pa，額定負荷下吸風機電流平均降低約6 A，按機組年運行6 500 h計，節(jié)電780 MW·h，用電成本按0.4元/(kW·h)計，全年節(jié)電31.2萬元。

圖4 B空氣預熱器吹灰前后灰污染因子和清潔因子的變化趨勢(2013年度)

表1 加裝聲波吹灰器前、后空氣預熱器各項參數(shù)比較(2013年度)

(3)節(jié)約蒸汽運行成本?？諝忸A熱器聲波吹灰器改造完成后，使原有4臺PS-AT伸縮式蒸汽吹灰器由每天吹掃6次減為每天吹掃1次。其單臺耗汽量為2 500 kg/次，吹灰器電功率1.5 kW。按機組年運行時間6 500 h計，4臺蒸汽吹灰器年節(jié)約耗汽量13 541.7 t。蒸汽成本按140元/t，則每年節(jié)約蒸汽成本為189.6萬元。

(4)投資分析。每年節(jié)約標煤收益約620.0萬元，每年風機節(jié)電31.2萬元，每年節(jié)約蒸汽成本189.6萬元，減排收益暫不考慮，則每年節(jié)能收益總計840.8萬元。

5 結論

(1)空氣預熱器加裝聲波吹灰器后，年節(jié)煤收益約620.0萬元，全年節(jié)能收益合計達840.8萬元。

(2)每年可減排CO22.58萬t，SO210.3 t，NOx29.9 t，環(huán)保效益顯著。

(3)空氣預熱器通過聲波吹灰器改造后，延長了空氣預熱器蓄熱元件的使用壽命，提高了空氣預熱器的運行可靠性，為主設備的長周期安全穩(wěn)定運行打下了良好的基礎。

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