可调频声波吹灰器在火电厂的应用

刘锦峰

(广州恒运企业集团股份有限公司 检修部，广东 广州 510730)

结焦、积灰是燃煤机组运行中存在的难题。锅炉运行过程中，其各部分受热面都会积灰，严重时还会形成结焦。积灰会影响受热面管壁的传热效果，影响受热面寿命，损坏受热面，使锅炉排烟温度上升，导致锅炉的热效率下降。对于燃煤机组，炉膛燃烧水冷壁结焦，高温过热器及再热器挂焦，尾部受热面积灰是常见的现象。为了解决此类问题，在锅炉设计时均配有一定数量的吹灰器。

1 可调频声波吹灰器的系统构成及工作原理

可调频声波吹灰器是利用高速气流冲击间隙开闭的动静圈缝隙，激励发生器产生高强声波。控制系统可根据灰尘特点调节发射功率和频率。系统发射声功率可达30 kW，发声频率可在10～10 000 Hz之间任意调节，能与不同积灰设备内部任意形式的积灰、结焦产生共振，达到彻底除灰、解堵的效果。

可调频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允许的开关信号后，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给高声强发生器发出声波，如图1所示。

图1 可调频声波吹灰器的原理图

高声强发生系统由主截止阀、过滤器、减压阀、分截止阀、压力开关以及电磁阀、发生器、刀阀、专业号筒等几部分组成，如图2所示。

图2 高声强发声系统组成图

控制系统采用PLC编程开发，系统使用触摸屏操作，通过DTU，GPRS网络实现数据传递。系统由就地控制柜和远程上位机组成。PLC通过3根485的通信线分别与触摸屏、单片机、DTU连接，但由于S7-200CN只有2个通信端口，所以又加了模块EM277与触摸屏连接。组态王作为远程监视的监视软件，通过DTU用无线网络与PLC连接。

控制系统采用PLC作为主控制器，采用手动单机和自动循环两种控制方式，触摸屏可以便捷实现频率设定、时间设定、单个吹扫、成组吹扫等多种除灰模式。控制系统实现自锁、互锁功能以及根据输入条件执行相应的输出，控制电磁阀的开和关、发生器的启和停、信号的输出，并通过组态软件及网络，实现远程控制、网络监控功能。控制系统构成图如图3所示。

图3 控制系统构成图

就地控制柜可驱动4台气动发生器，配装有2台用于放大输出到发生器信号的功率放大器，其中1台正常运行，如当前运行的功率放大器发生故障，控制系统的故障检测电路会马上检测到并将信号切换到备用的功率放大器上，原理如图4所示。

图4 一用一备控制原理

2 声波吹灰器应用

2.1 吹灰原理

某厂原8#炉吹灰器为氢爆吹灰器，吹灰原理为氢氧混合气以气路管道依次进入阻火器、电磁阀、单向阀和激波罐；控制器电路连接电磁阀控制送气时间，同时控制激波罐上的点火装置按程序点火，然后由激波罐产生燃爆并瞬间产生爆炸脉冲波，通过喷嘴高速喷出射流对锅炉受热面实现吹灰作业。

2.2 长期作业出现的问题

2.2.1 安全方面

1)混合装置位于主干路，由于回火点在混合装置位置，一旦全系统唯一的温控保护装置失效，就失去了对全系统回火的控制，易发生大的安全事故。

2)脉冲供气阀位于氢气气源主路，由于每次脉冲都需要氢气脉冲阀工作，脉冲阀一般采用电磁阀。电磁阀的主要缺陷是长时间工作会高温发热，吹灰点越多，工作时间越长，高温老化速度越快，绝缘越容易被破坏，易发生短路打火，危及氢气气源的安全。

3)串联结构导致回火燃烧时间随吹灰点的增多而延长，也就是说吹灰点越多，系统的危险性就越大。

2.2.2 运行方面

1)不能单独调节各路的吹灰强度，不适合各路吹灰点烟气压力差较大的锅炉。

2)系统内易积水(需人工疏水)，维修工作量大。

3)支路电动阀门处在回火和冲击区内，受到回火和高压力的正反向破坏，这种破坏导致支路阀门的密封和正常工作功能被很快破坏，加上积炭在球阀表面上的沉积也加速了这个过程，导致吹灰效果迅速下降和消失。

本次8#炉声波吹灰改造项目实施为新增水平、尾部烟道声波吹灰系统工程。30台共振声波吹灰器由DCS直接控制，2台可调频吹灰器具备DCS启停功能，其控制参数设置由DCS通过通信方式实现。

可调频声波吹灰器采用独立控制，共振腔声波吹灰器信号接入DCS，可调频声波吹灰器运行压力≥0.2 MPa，共振腔声波吹灰器运行压力≥0.4 MPa。

可调频声波装置采用间隙式循环运行，每台运行2 min，间隔10 min，2台声波吹灰器运行1周共计24 min，设备全天候自动循环，无须人员干预。

共振腔声波吹灰器的运行由DCS控制，30台吹灰器依次循环运行，单台吹灰器运行1 min，间隔2 min，运行1周计90 min。

2.2.3 可调频声波吹灰器在锅炉吹灰应用的优点

1)高声强声波能量高，辐射具有全向性，能均匀布满整个空间，进行全方位清灰，可以清除到其他方法不易清除的死角。保持换热元件清洁，使烟道畅通，提高换热效率。

2)声波除灰法利用声振动达到除灰的效果，声波除灰方式本身又可以影响沉积物生成机理，防止和延缓沉积物形成，起到预防积灰的作用，吹灰效果好。

3)高声强声波吹灰器声波频率覆盖范围大，可针对积灰空间内部任意形式的积灰设定最佳吹扫频率。

3 经济效益分析

经过此次改造，锅炉本体及尾部烟道积灰情况得到了大幅改善，降低了风烟系统的阻力，减少了送、引风机出力，降低了排烟热损，大幅提升了机组的安全性和经济性，提高了锅炉运行效率和热换效率，降低了单位煤耗。锅炉运行参数提升主要体现在锅炉壁温、引风机电流、煤耗等方面，如表1所示。

表1 改造前后数据

按某厂去年发电量54亿kW·h度计算，去年煤价为800 元/t，此次改造每年可带来的经济效益为(318-315)÷1 000 000×5 400 000 000×800=12 960 000元。

4 结语

通过对8#炉本体及尾部烟道进行声波吹灰器改造，解决了锅炉本体及尾部烟道积灰的问题，提高了锅炉的热效率，降低了机组煤耗，保证机组的长期高效稳定的运行，给公司带来了良好的经济效益。