锅炉智能吹灰控制系统研究

汤荣秀

（天津工业职业学院，天津 300400）

1 全分布式燃气脉冲吹灰系统特点及优势

脉冲吹灰器又称脉冲炸波吹灰器、激波吹灰器、弱爆吹灰器等，国内对相关技术的研究始于20 世纪90 年代中期，但近几年才开始实际应用。全分布式燃气脉冲吹灰系统采用分布式结构及临界混合器，是目前锅炉吹灰器结构最合理、性能最好、吹灰效果最佳的设备，其特点如下：①可借助冲击波声波或高速气体来进行多功能的吹灰工作；②吹灰空间较大，工作时间较短，效果显著，时间间隔较长，成本资金较低，质量安全可靠；③对不同类型的灰尘都有很好的处理效果，对特殊形态的器具进行处理时不会存在死角，并且相关仪器的维护工作较为轻便，操作十分便捷，能够做到高度的自动化；④吹灰过程中具有较高温度的介质，同时受热面极为干燥，腐蚀情况较少，再积灰速慢；⑤高效燃气脉冲发生器侧向进气，提高充满度技术；⑥具有五级回火技术、持续电弧点火技术；⑦设备的独立性强，当系统某个设备出现了错误，不会影响到其他设备正常运行；⑧乙炔稳压净化装置配置了3 个进气口，当一瓶余量不足时能够连接另一瓶乙炔瓶同时使用，避免供应中断或浪费；⑨无论哪一路的点火装置、混合器、逆止阀、控气电磁阀以及燃气管路任何一处发生故障，不会影响其他路线的使用，保证系统的可靠性。

2 全分布式燃气脉冲吹灰系统介绍

除控制系统以及供氧装置之外，全分布式燃气脉冲吹灰装置的其余部分均采用分布式结构，相比于分布式控风混合点火控器等诸多系统，全分布式系统借助多套分布式来进行安置，在很大程度上落实了分布式的项目思想。这不仅继承了非完全分布式系统的优点、克服了其缺点，还使整个系统的使用更加可靠。

这种全分布式燃气脉冲吹灰装置，使得吹灰器体型变小、能耗降低，安全性得到显著提高，而且将逆止阀、混合器、临界孔板稳流器、点火电源、点火罐、空气滤清器、点火头、控气电磁阀、爆炸传感器等众多部件全部进行了小型化、机电热一体化和高可靠性处理，构成集成配气点火模块。

3 脉冲吹灰原理及工作方式

脉冲吹灰以可燃气爆燃为动力，以空气为媒介，充分发挥可燃气爆燃所产生的热、动、声等各种能量作用，以脉冲的方式作用于受热面，保证吹灰过程无死角、无副作用、可靠性高、使用寿命长等效果，因此在耗能相同的情况下，其处理积灰的效果比其他装置更显著、更直观。

3.1 工作原理

脉冲吹灰的工作原理比较简单，其本质就是让预混可燃气在特制的、并且一侧与喷管进行连接的爆燃罐内进行点火，使其爆燃，进而借助爆燃过程所产生的强大冲击力，通过导管进入烟道中，最终通过压缩过程所产生的冲击力对受热面上的灰尘或污垢进行强烈的重洗，如此实现吹灰工作。

通常情况下，爆燃罐在爆燃过程中会由其喷口射出两个爆燃波。其实在爆燃罐内，通过爆燃反应所产生的巨大压力而形成的冲击波，接着就是在其喷口处，由于压力大幅下降，所产生的爆燃效果而生成的冲击波。这两道冲击波之间的时间间隔极为短暂（约10 ms），但是这两道双冲击波可以显著增强吹灰工作的效果，就好象剃须刀中双层刀片具有更为显著的剔除效果一样。

在喷口背后1 m 处实测的双冲击波的波形图谱如图1 所示。

图1 双冲击波波形图谱

通常情况下，燃爆吹灰机就是借助这种双重动力强大的冲击作用，这也是其最为主要的工作原理。此外，相关的吹灰机还有3 项吹灰工作原理。

（1）借助爆燃反应所生成的高温高压气体，经过其喷口后发射出高温高压射流的冲击作用。相比于传统的喷射，吹灰机的工作原理类似，差异就是冲击过程中具有的高温气体对灰尘、污垢造成的热解作用。

（2）借助爆燃作用所产生的受热面的激振，水分含量极低的灰尘以及经过冲击的灰尘会受到强大的惯性力，然后与受热面分离。这一工作原理与传统的清灰器极为相似，不同之处是振动清灰器是借助机械运动，而燃爆吹灰机则是通过爆燃反应所形成的振动，两者相比，前者振动时间较长，后者振动时间极短。

（3）由爆燃作用所生成的强烈声波，是借助声波吹灰的工作原理。这种压缩冲击波对受热面上的灰垢产生强烈的“先冲压后吸拉”的交变冲击作用，进而实现吹灰。

3.2 脉冲吹灰机的工作原理

现阶段脉冲吹灰机的吹灰效果较为显著，但其冲击波所影响范围却十分有限。少量的燃爆管无法应对太多的问题，在实际应用中还要受锅炉受热面积、灰的类型、积灰程度、受热面积等多个因素的影响，因此应根据情况选取那些科学合理的不同类型的脉冲吹灰机，如此才能够达到所要求的应用效果。

为达到目标的吹灰效果，吹灰工作过程中各个燃爆罐不能仅仅工作一次，而是要反复使用，在实际操作中还需要依据相应的具体状况规划出各种各样的吹灰流程，在特殊情况下还需要多个层面、多个燃爆灌同时工作。

脉冲吹灰机是在燃爆罐按需求排布的前提下，与供配气设施、管道阀门、控制系统以及点火装置等多种装置协同工作而构成的一个庞大的工作系统。

4 全分布式燃气脉冲吹灰系统的组成

4.1 高效燃气脉冲发生器

高效燃气脉冲发生器是北京唐韵科技有限公司（以下简称“唐韵公司”）研发的第七代爆燃波发生器，包含侧向进气技术，不但能发出足够高强度的爆炸冲击波，而且大大节约了燃气消耗。该发生器包括高效燃气脉冲发生器罐体及喷口等部件，是吹灰系统最后的执行装置，罐体的容量及内部构造直接影响脉冲爆炸波的威力，喷口布置直接影响各受热面的吹灰效果。

4.2 混合配气点火系统

混合配气点火柜是唐韵公司独立研发的配气点火装置。采用全分布式系统，将过滤器、逆止阀、混合器、点火电源、点火器、电磁阀等部件全部进行了小型化、微型化和集成化处理，压力检测仪等装置全部集成在一个柜体内。这使得燃气脉冲吹气极为简便，从根本上去除了传统燃气脉冲灰机庞大笨重的构造。

4.3 乙炔稳压净化装置

乙炔稳压净化装置包括3 瓶乙炔及相应的乙炔气减压阀组、汇流器、过滤器、电磁阀、止回阀等管件，汇流器上还安装有就地压力表和远传压力变送器。该系统有以下3 个安全措施。

（1）便携的燃气泄漏报警器。如果出现意外情况发生燃气泄漏，该报警器可以及时进行声光和系统报警，同时还可以自动切断电磁阀，进而及时终止吹灰工作。

（2）柜内安置有乙炔压力检测设备。气瓶内的燃气耗尽时相关控制系统会自动并及时发出警告，并对乙炔瓶进行更换。

（3）吹灰系统停止工作时，相关的控制系统将及时切断电磁阀，进而保证供气系统的运行安全。

4.4 中央管控机制

中央控制系统具有以下特点和功能：①诸多零部件仪表盘以及元器件都选用大型正规厂家所生产的安全产品，进而最大程度上保证产品的质量以及控制系统的安全性。智能化程度更高，燃气瓶内部的燃气耗尽后，将会及时自动进行警告，同时，在相关部分出现意外故障的同时，还可以及时作出判断并进行警报，进而关闭回路，确保其余回路的正常运作，不对系统造成较大影响；②对于吹灰工作的气压强度、吹灰时间、吹灰次数等参数，相关的工作人员或是用户可以在合理的范围内进行随意的调整，并且在设置值不符合安全值时，还可以及时自动调整为最小值；③用户以及相关工作人员还有权利选取任意个喷口进行吹灰作业，借此为相关用户争取到极为庞大的发挥空间；④相关工作人员以及用户还被允许在上位机上编制个吹灰流程，同时还能够随时进行使用；⑤上位机可以自动及时地储存重要的工作日志；⑥兼容性的DCS 系统通过RS-485 或Profibus-DP 接口与DCS 的无缝连接，不仅可以自行控制，也可以通过DCS 控制，提高了控制系统的可靠性；⑦爆炸传感器与集成配气点火模板协同工作，形成一个完善的保护链来维持脉冲吹灰机的安全工作。

4.5 空气稳压减压装置

空气的稳压减压装置是对压缩空气分成两路支路，一路为供气路、另一路提供高温隔离风装置，采用减压阀实现空气、乙炔的流量精确配比，确保乙炔与空气压力稳定。

4.6 隔离风系统（根据炉型确定）

隔离风的气源来自空气稳压装置的第二路或者隔离风风机。该装置可以减少锅炉的腐蚀性气体或液体对吹灰器管道、本体的腐蚀，延长设备的寿命。

5 总结

脉冲吹灰系统的原理最早便被人们采用，近年来运用更是广泛，它无死角吹灰、无副作用、使用寿命长等特点获得一致好评。唐韵公司经过多年的不断改造，现在运行的脉冲系统已经实现了整套配置的小型化、节能化和高可靠性，形成了全分布式的脉冲系统。经过后续的更新与变革，脉冲吹灰系统的整体性能将会更加完善，成为更加简单、便捷的工具。