激波吹灰技术在电厂的应用

● 黑龙江·中油电能热电一公司 代厚庆 韩世伟

1 空气预热器积灰原因分析

1.1 针对电厂实际生产情况，分析空气预热器积灰

空气预热器积灰原因有以下几个方面：

（1）设计原因。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会更低。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。

1.2 解决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积灰的措施有以下几种：降低燃煤中的含硫量；提高空气预热器的烟气流速；尽量减少锅炉的启停；运行中锅炉带较高的负荷；设计安装吹灰器。其中唯一可行的措施是安装吹灰器。

2 燃气脉冲激波吹灰技术原理与特点

2.1 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(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10MPa，速度为1000～1500m/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 激波吹灰器的原理示意图

图1是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，爆燃火焰通过火焰导管迅速传至激波发生器中，引燃激波发生器中的混合可燃气体。混合气在激波发生器中被点燃爆轰瞬间产生高温高压气流，可使积灰层软化，粘结强度和疲劳强度降低，在强气流吹扫下灰层破碎脱落。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。因此，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。

2.2 激波吹灰器的特点

激波吹灰器与蒸汽吹灰器相比，整套设备无转动机械，运行中不存在机械卡涩和轴承故障，运行更可靠。激波吹灰器采用压缩空气作介质，不增加烟气湿度，减少了烟气中酸性气体对尾部受热面的腐蚀。激波是扰动波，而不是造成炉墙或换热面破损的冲击气流。与声波相比，激波吹灰器激波能量大，吹灰效果明显，吹灰速度快，能够去除各种不同类型的复杂积灰，如高温积灰、牢固性积灰、粘性积灰、浮灰等，而声波只对松散性积灰效果较好。通过改变燃气激波吹灰器尺寸、燃气充气量、燃气和空气的混合比、激波发射喷口形式等参数。可以控制燃气激波吹灰器所产生的激波强度、作用范围和作用形状，使所产生的激波与待吹灰的工作面形状和积灰类型相匹配，尽可能地减少吹灰死角。但燃气激波吹灰器也存在技术难度大，吹灰方案因炉型和积灰类型不同而不易掌握、运行时瞬间噪声大的缺点。

3 激波吹灰器在电厂锅炉上的应用效果

某热电厂在近几年相继改造了1、2、3号炉空气预热器的激波吹灰系统。

激波吹灰器正常连续的投入，在保证空气预热器的传热面洁净同时可以达到以下效果：

（1）可以减少炉膛偏烧。

（2）大幅降低空气预热器两侧的温度偏差。

（3）在进炉燃料不增的情况下，提高锅炉送风的温度，降低排烟温度。送风的温度提高、锅炉排烟温度下降，可提高锅炉效率，减少发电煤耗，产生极大的经济效益和环境效益。

4 结束语

激波吹灰器的投入能够清洁空气预热器受热面，提高送风温度降低排烟温度等诸多特点。随着发电厂向着高参数、大容量的发展，炉内结渣、腐蚀等问题严重影响机组的安全运行，而激波吹灰技术是解决这些难题的重要手段。因此，激波吹灰器已经成为火力发电厂锅炉安全、稳定运行不可或缺的辅助设备。

天津发布实施火电厂大气污染物排放地方标准

为进一步降低火电厂大气污染物排放水平，天津市近日发布了《火电厂大气污染物排放标准》（DB12/810-2018），并于2018年7月1日起正式实施，这也是天津市首次发布实施火电厂大气污染物排放的地方标准。

经测算，标准实施后，通过冷凝脱水深度治理，每年可减少烟气中随水蒸气一同排放的可凝结颗粒物约1800吨，在一般气象条件下，PM2.5年均浓度可降低约2微克/立方米；通过降低排烟温度，每年可回收冷凝水约800万吨，若全部用于脱硫补水，按工业用水7.9元/吨测算，每年预计可节约费用6320万元。

根据标准规定，天津市现有燃煤发电锅炉自2018年7月1日起执行相应排放浓度限值，现有燃煤发电锅炉及65t/h以上燃煤非发电锅炉自2019年11月1日起执行烟气排放温度控制要求；现有燃油锅炉、燃气锅炉、燃气轮机组及65t/h以上燃煤非发电锅炉自2019年7月1日起执行相应排放浓度限值。

天津市全部公共煤电机组、自备煤电机组累计共17家45台，目前均已完成超低排放改造。监测数据显示，经过超低排放改造，天津市煤电机组的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度可以稳定达到10毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米以下。