锅炉蒸汽吹灰

锅炉蒸汽吹灰（共7篇）

锅炉蒸汽吹灰 篇1

引言

锅炉在运行过程中各受热面会不可避免出现积灰结渣等现象,因此锅炉通常配置有不同形式的吹灰器,其作用是清除受热面上的积灰和结焦,维持受热面的清洁。目前,大部分锅炉机组多采用蒸汽吹灰系统,蒸汽吹灰是利用一定压力和干度的蒸汽,从吹灰器的喷嘴高速喷出,对受热面进行吹扫,达到清洁受热面的目的,它是以蒸汽的消耗及蒸汽携带能量的损失为代价,而大多数厂家设计时往往忽视了这一点,过分注重蒸汽吹灰系统的安全性,所以在汽源选择上过于保守,虽保证了安全性却降低了机组经济性。因此在保证锅炉及吹灰系统安全、稳定运行的前提下,合理选择蒸汽吹灰的汽源,对降低机组吹灰过程损耗,提高机组经济性具有十分重要的意义。

1 系统简介

某电厂一期工程为2×600MW机组,锅炉采用英国三井巴布科克公司生产的超临界、单炉膛、一次中间再热、旋流燃烧器前后墙对冲燃烧、平衡通风、固态排渣、露天布置直流炉。蒸汽吹灰系统包括吹灰器、一套减压站、吹灰管道及其固定和导向装置等,吹灰器配置数量及相关参数如表1所示。

蒸汽吹灰系统减温减压站减温水来自于锅炉再热器减温水总管,吹灰系统汽源原设计取自一级过热器出口蒸汽,根据分析优化为低温再热器出口蒸汽。两种汽源在机组各负荷下蒸汽参数如表2所示。

2 汽源现状分析

该电厂锅炉本体蒸汽吹灰系统汽源蒸汽是取自一级过热器出口蒸汽。一级过热器出口的高温高压蒸汽,因为其汽源参数较高,需减温减压后才能供蒸汽吹灰器使用,故存在以下弊端:

1)高温高压的过热蒸汽没有做功就直接减温减压后用于蒸汽吹灰,影响整个机组的经济性。

2)一级过热器出口蒸汽参数较高,对管道和减温减压装置的要求也相应较高,都需要高压管道和阀门,致使设备的初投资相应增加。

3)由于一级过热器出口蒸汽参数较高,而蒸汽吹灰器需要的工作参数较低,不但造成高品质蒸汽浪费,而且减压装置前后压差过大,对阀门冲刷严重,长时间运行易造成阀门内漏。

4)由于一级过热器出口蒸汽参数较高,一旦减温减压站故障,将对受热面的安全性存在威胁。

与一级过热器出口蒸汽相比,利用汽轮机高压缸做完功的再热蒸汽作为蒸汽吹灰汽源,机组的经济性有显著提高,同时由于再热蒸汽参数降低,阀门磨损的问题可大大缓解,而且阀门的选择也不要求等级很高。

再热蒸汽作为吹灰汽源,低温再热器入口蒸汽和出口蒸汽在电厂中都有被采用过,这两种汽源在压力上并无太大差别,但是温度相差比较多,选择低温再热器入口蒸汽主要考虑其具有较高的过热度,而选择出口蒸汽主要考虑其与蒸汽工作温度相近,可以减少吹灰时的减温水甚至取消减温装置。

针对以上的分析以及该厂实际蒸汽吹灰情况,选择低温再热器出口蒸汽作为蒸汽吹灰汽源。

3 汽源优化考虑的因素

进行蒸汽吹灰系统汽源优化的前提是保证蒸汽吹灰器能都安全、稳定地运行,满足锅炉运行中蒸汽吹灰的需要,因此在优化之前必须对影响安全及相关因素进行充分考虑。

1)蒸汽压力。

不同压力的蒸汽吹扫效果差别十分明显,蒸汽压力过高,虽然保证了吹扫结果,吹灰器枪管能够充分得到冷却,保证吹灰器的安全,但是这样不仅多消耗蒸汽,而且增大了对受热面管道的冲损,缩短了受热面使用寿命,甚至可能因此造成爆管事故;反之如果吹灰蒸汽压力过低,则不能有效清除受热面上沉积的灰污,达不到吹灰清污的目的,而且对吹灰器尤其是长吹灰器枪管的冷却效果将大打折扣,造成枪管刚性降低,容易造成枪管前部下垂、枪管弯曲、摆动甚至吹扫受热面。所以从保证蒸汽吹灰工作压力的角度,将汽源优化在低温过热器出口是完全可行的。

2)蒸汽过热度。

为了保证吹灰工作正常,吹灰蒸汽需要有一定的过热度,最好在80℃以上,如果吹灰蒸汽过热度不高,不仅可能使蒸汽在吹灰器中凝结,而且蒸汽进入炉膛后,使局部烟气急剧冷却,低温蒸汽在炉内受热汽化,体积膨胀,使燃烧动力场发生变化,燃烧收到影响,炉膛负压摆动,当遇到煤质较差时,容易造成炉膛灭火。另外如果过热度降低,会增加烟气中含湿量,使烟气露点温度升高,增加结露的可能性,从而增大省煤器和空预器堵灰和腐蚀现象。

机组在400MW负荷和600MW负荷区域内,低温再热器出口压力远远低于一级过热器出口压力,从过热度的角度考虑,采用低温再热器的蒸汽作为蒸汽吹灰汽源比采用一级过热器出口蒸汽具有更高的过热度,因此蒸汽的过热度完全能满足要求。

4 汽源优化后预期效益

1)粗略计算节电量。

查找焓值表可以得出:蒸汽参数在20MPa、425℃时的蒸汽焓值为3100kJ/kg左右;蒸汽参数在3.5MPa、300℃时的蒸汽焓值为2900kJ/kg左右。

假设每分钟长吹灰器的蒸汽耗量平均约为438kg/min,炉膛吹灰器的蒸汽耗量为40kg/min,空预器吹灰器的蒸汽耗量为1500kg/min。

电厂每天进行长杆吹灰1次,每班进行空预器吹灰1次(每天3班),由此可知:

每天吹灰耗汽量=长吹灰器蒸汽耗量×长吹灰器个数+炉膛吹灰器的蒸汽耗量×炉膛吹灰器的个数+空预器吹灰器的蒸汽耗量×空预器吹灰器个数×吹灰次数。

用低温再热汽源比用过热汽源节省能量34252×200=6850400kJ=1903kWh;

全年节省电量:1903×365=694595kWh。

2)对吹灰汽源进行改造后,调节阀设备维护费用大大减少。

原来调节阀前后蒸汽压差幅度达20～22MPa,对调节阀造成严重汽蚀、冲刷,使用低温再热汽源时,压力不到一级过热汽源的20%。由于吹灰过程中需要不断的投停吹灰器,调节阀动作频繁,锅炉吹灰时调节阀的动作幅度达2～3次/min,对调节阀造成损耗,平均1a左右就要更换一次,改造后每年可节约修理费用3万元左右。

5 结语

通过上述分析可以看出,在保证系统吹灰系统满足的前提下,锅炉吹灰汽源由一级过热蒸汽汽源改造为低温再热蒸汽汽源后,节约了高品质的蒸汽,减少了蒸汽损失,提高机组运行的经济性,进而提高了电厂的节电效益。除此之外,汽源优化改造后还减少阀门泄漏可能性,进而大大降低了设备维护检修的成本,为同类机组的改造提供了借鉴,为电厂的节能减排奠定了一定的理论基础。

摘要：目前,大型锅炉吹灰大多采用蒸汽吹灰方式,吹灰汽源大部分采用高品质蒸汽,蒸汽压力较高,运行中出现了一些影响机组运行安全性和经济性的问题,并且降低了机组的效率,因此,应寻求一些改进措施以减少高品质蒸汽的损耗,提高机组蒸汽利用率。针对目前某发电厂蒸汽吹灰系统存在的高品质蒸汽浪费的问题,提出以再热蒸汽汽源作为蒸汽吹灰汽源的方法,并进行分析,结果表明:采用再热蒸汽吹灰汽源的经济性非常明显。

关键词：吹灰系统,汽源改造,再热蒸汽,效益

参考文献

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锅炉蒸汽吹灰 篇2

关键词：锅炉,吹灰器,故障,控制,改进

0 引言

电站锅炉在运行过程中, 受热面积灰、结焦是普遍现象, 如果积灰、结焦得不到有效的清理, 会影响受热面内外的热量传递, 使排烟温度升高, 锅炉热效率降低, 甚至可能导致受热面产生高低温腐蚀, 造成锅炉爆管。所以锅炉必须配备可靠的吹灰器来清理受热面的积灰, 以保证锅炉安全经济运行。

1 炉膛吹灰器的组成

鸳鸯湖电厂锅炉吹灰系统采用上海克莱德贝尔格曼机械有限公司的蒸汽吹灰器, 锅炉炉膛吹灰器主要由控制回路和机械部分两部分组成, 其中控制部分主要包括DCS指令接口、中间继电器、交流接触器、进到位限位开关、退到位限位开关以及配套的控制回路, 机械部分主要包括机架、减速箱、链轮和链条、提升阀、螺旋管 (吹灰枪) 。

2 炉膛吹灰器的工作原理

锅炉炉膛吹灰器的控制原理:DCS发出吹灰器前进指令, 吹灰器就开始动作脱离退到位限位开关形成自保持回路持续前进, 吹灰枪进入炉膛最里面, 开始旋转, 每旋转一圈会触碰一次进到位限位开关, 进到位限位信号在DCS逻辑内部累加1;旋转三圈进到位限位开关在逻辑内部累计达到3, DCS自动发出吹灰器后退指令, 吹灰器在控制回路的驱动下开始后退, 直到退到位限位开关信号触发, 吹灰器停止运行。

锅炉炉膛吹灰器的工作原理:DCS发出吹灰器前进指令后, 在控制回路驱动下, 吹灰枪开始前进, 进到最里面 (吹扫位置) 时提升阀被打开, 吹灰器开始旋转吹灰, 可根据设计进行一圈或多圈吹灰;控制部分发出吹灰器后退指令后, 提升阀复位, 吹灰器不再吹灰, 开始后退, 直到退到位。

吹灰器效果图如图1所示, 控制原理图如图2所示。

3 炉膛吹灰器常见故障分析和改进方案

由于吹灰器的频繁使用, 在长期运行过程中, 其暴露出了一系列问题, 比如进入炉膛后一直旋转无法后退, 有时在炉膛旋转三圈才开始后退, 有时旋转七八圈才开始后退等等。其本质原因是进到位限位开关不可靠, 吹灰器进到位信号得不到可靠的采集, 造成吹灰器控制出现异常。通过对现场限位开关的维护总结可知, 其故障主要表现在以下几方面:进到位限位开关凸轮丢失、机械拐壁无法自动复位、触点不动作、高温烫坏。故障原因的分析判断很简单, 但对限位开关进行更换的过程很艰辛, 这是因为炉膛吹灰器都分布在炉膛的前后左右墙面上, 机组运行过程中, 吹灰器所在区域环境温度高, 很多安装在锅炉本体承重梁旁边的吹灰器空间狭小, 进到位限位开关很难更换, 并且很多吹灰器都布置在悬空区域, 所以作业环境恶劣, 而靠旋转触碰触发信号的机械限位开关, 随着长期运行和机械劳损, 故障率极高, 维护量大。

所以我们迫切需要一种新方法来改善这种局面。研究发现, 之前吹灰器的后退控制采用计数控制方式, 即吹灰器进到位转三圈, 进到位限位开关触发三次, DCS累计计数达到三, DCS才发后退指令, 而进到位机械限位开关由于方方面面的因素, 故障率极高, 进到位限位信号采集的可靠性较低, 根本达不到吹灰器控制的可靠性要求。对此, 我们可以充分利用DCS的优越性, 通过时间控制来代替计数控制。主要方案为:对吹灰器的运行时间进行试验统计, 即试验记录吹灰器从发出前进指令到进到位旋转完成三圈的时间, 在DCS里优化为时间控制, 吹灰器发出前进指令后, 时间到自动发后退指令, 而吹灰器是否真实动作可在原始吹灰器电流测点进行监视, 吹灰器是否故障可在时间控制里得到监视, 这样就既避免了繁重的维护量, 又降低了限位开关的备件损坏, 还提高了吹灰器的投运效率。

但在长期的运行过程中, 炉膛吹灰器又出现了远方无法操作的现象, 即DCS发指令就地吹灰器得不到响应。排查发现DCS的DO输出继电器端子板损坏, 虽然更换继电器板后设备能够正常运行, 但是仔细分析, 吹灰器的控制仍存在风险, DCS的指令信号是开关量干接点信号, 而吹灰器的控制回路为220 V AC回路, 吹灰动力柜送过来的干接点信号带有220 V的交流电压, 也就是DCS的DO控制的电气触点工作时带有220 V的电压, 随着锅炉长期吹灰DCS指令继电器频繁动作, 或者指令信号电缆绝缘损坏串入吹灰器的380 V AC动力电源, 很容易造成DCS的DO输出继电器端子板损坏。所以在就地吹灰动力柜增加了隔离继电器, 同时增加220 V AC转24 V DC的电源模块, 由24 V DC给转换继电器供电, 将直接与控制回路接洽的指令信号转接在转换继电器的触点上, 这样DCS的指令信号通过隔离继电器转换之后再作用于吹灰器的控制回路, 通过低压控制高压实现了DCS卡件的有效隔离, 保证了DCS的安全性, 极大地提高了吹灰器运行的可靠性。

4 结语

通过对锅炉炉膛吹灰器控制方案的改进, 有效地保证了吹灰器在进入炉膛旋转三圈之后立即后退, 避免了进到位限位开关故障造成吹灰器控制异常对锅炉水冷壁的冲刷, 也提高了吹灰器的投运效率, 保证了锅炉的高效经济运行。

参考文献

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[5]张革海.余热锅炉吹灰器控制系统的改进[J].燃气轮机技术, 2000 (4) .

锅炉蒸汽吹灰 篇3

一、工作原理

伸缩式吹灰器的工作原理是从伸缩旋转的吹灰枪管喷嘴中喷出蒸汽, 连续不断的冲击、清洗受热面。吹灰枪由电动装置旋转式送入锅炉内, 喷嘴到位后, 吹灰蒸汽阀门开启, 喷嘴顺时针旋转吹灰;吹灰完成后, 吹灰枪退出炉膛, 蒸汽阀门关闭, 吹灰枪继续动作。如图1、2所示。

二、存在问题分析

1. 吹损受热面

锅炉受热面吹损事故是吹灰器造成锅炉爆管、停炉事故的主因。造成受热面吹损的原因如下。

(1) 吹灰器运行轨迹未按360°旋转角度对受热面吹扫, 只按小角度吹灰, 吹扫受热面的某一固定位置。

(2) 吹灰器吹扫时出现卡涩, 使吹灰蒸汽长期吹扫固定点而泄漏。

(3) 吹灰器枪头蒸汽喷口距离水冷壁的距离过小, 长久运行出现枪头附近管束爆管。

(4) 吹灰器壁箱直接焊在水冷壁鳍片上, 在工作中, 焊缝受力产生疲劳, 使吹灰器整体下垂倾斜, 造成吹灰器喷管角度与水冷壁管不垂直, 蒸汽直接冲刷水冷壁管, 引起水冷壁管吹损。

(5) 运行人员巡检、监测不到位, 没有及时发现管束泄漏, 致使连环爆管事故发生。

2. 泄漏

吹灰器泄漏主要发生在套管、空气阀、进汽法兰、垫子、启闭机构、填料、安全阀、进汽阀盖等部位。泄漏后不但会产生巨大噪声, 而且积灰不能及时清除导致炉膛长期高温, 形成熔融渣、焦块, 影响锅炉安全、高效运行;大量泄漏的蒸汽和冷凝水严重锈蚀吹灰器螺纹管、提升阀等部件。若发生内漏, 吹灰器停运后仍向炉内喷射蒸汽, 使受热面某一部位长期受冲刷减薄而爆破, 同时浪费大量蒸汽。

3. 结渣堵灰

吹灰器作用不到位, 使管束附着灰渣不能及时清除而堆积成“灰墙”, 最终将管束间隙封堵、烟道负压增高、风机电流增大、带不动负荷, 严重影响锅炉安全、高效运行。

4. 卡涩、过载、过流

吹灰器各转动部件长期运行后频繁出现卡涩、过载、过流等问题。这类问题占吹灰器总故障20%以上。如不及时处理, 枪管可能在炉膛内烧坏、砸坏水冷壁而爆管或者落在渣池中卡住捞渣机、吹爆炉管, 其原因如下。

(1) 吹灰枪管自重、热胀冷缩频繁运行、机件强度不足等问题导致的变形, 使其不能正常转动。

(2) 螺纹槽内杂物多使运动受阻, 导致电机过载。

(3) 内管填料过紧造成电机过载。

(4) 吹灰蒸汽压力、温度等参数设计不合理。

(5) 高温环境使传动机械润滑油蒸发, 环境中的煤粉、灰尘造成机件卡涩。

(6) 导轨磨损产生凹槽, 磨擦阻力增加, 喷管进退卡住, 电动机过载导致保护动作。

5. 无法退出

吹灰器枪头进入炉膛后枪头不能正常退出是吹灰器常见故障。若不及时处理极易出现烧坏枪头、砸坏水冷壁、卡住冷渣机等事故。其原因如下。

(1) 吹灰器卡涩。

(2) 行程开关及控制回路故障。

(3) 吹灰枪头连接不当。

(4) 传动失效。

(5) 吹灰器枪管选材不当, 刚度强度达不到要求, 进而出现卡涩等。

(6) 入口导入阀开度不足。

6. 启动失败

这种故障约占吹灰器总故障的15%以上, 原因如下。

(1) 送电开关未合好, 控制回路、断路器异常断开。

(2) 电动机本身出现故障。

(3) 电器元件故障。

(4) 仪表控制逻辑出现故障。

(5) 恶劣天气和环境导致电动机、电气元件、传感器等部件发生故障。

7. 吹灰器壁箱及套管裂纹

吹灰器壁箱及套管裂纹是其常见故障, 如不及早处理, 会留下重大安全隐患, 可能漏气伤人。引发此类故障原因如下。

(1) 锅炉热态时, 吹灰器随水冷壁管向下移动将产生差胀。

(2) 吹灰器在使用中, 使焊缝受到交变应力, 产生疲劳, 出现裂纹。

(3) 吹灰器座架套管是不锈钢材料, 壁箱是炭钢材料, 属异种钢焊接, 导致焊缝处应力增加, 促使裂纹发生。

8. 腐蚀

吹灰器腐蚀问题非常常见, 主要发生位置在吹灰器内外裸露部件、连接件接头处、垫片的外层金属、压盖、吹灰器进汽管线及疏水管线, 尤其是金属焊口等位置。造成腐蚀的原因主要如下。

(1) 吹灰器停用后蒸汽母管带压。吹灰器停运后管内蒸汽慢慢冷凝时产生负压, 炉内烟气会被吸入蒸汽管道腐蚀管壁。

(2) 泄漏。

(3) 疏水效果不好。

(4) 吹灰器停运后, 如蒸汽喷口不能垂直向下排出积水, 会导致此处腐蚀。

9. 疏水系统不畅

疏水系统时间设置不合理、疏水不畅、疏水进入烟道及炉膛冲刷磨损管束、积灰结渣等问题导致吹灰器不能投用, 严重时发生停炉、爆管等事故。

三、解决措施

1. 加强管理

(1) 建立并严格执行吹灰器管理及运行制度, 及时调整好锅炉吹灰时的燃烧工况、避免跑正压时烟气对吹灰器造成的影响, 把握好吹灰时机, 认真巡检、及时发现吹灰器缺陷。

(2) 及时消除缺陷、避免扩大化, 加强检修质量管理, 提高吹灰器的检修质量、可靠性和投入率, 消除设备带病运行隐患。

(3) 严把检修质量关, 及时针对不同问题提出可靠解决措施。

(4) 加强设备备品配件质量控制, 备好日常常用易损易耗件, 严把备品配件入库验收关。

(5) 加强运行人员对锅炉运行参数的监控, 及时发现异常情况。

2. 完善疏水系统

(1) 解决疏水问题, 完善疏水程序, 根据吹灰器疏水管的管径调整疏水时间, 避免疏水不充分而导致吹灰过程带水吹灰。

(2) 优化系统结构, 确保每台吹灰器吹灰前都能充分疏水。

(3) 认真检查系统管路, 避免冷凝水滞留死区, 在疏水系统中安装温控疏水阀, 及时排放不合格的水蒸气以确保吹扫效果。

(4) 调整好疏水管道的倾斜角度, 减少疏水死角的积存。

3. 修订吹灰器程序

(1) 适当提高引风机炉膛负压, 以适应流量的增加。

(2) 总管充分暖管疏水, 并调节汽温汽压使蒸汽具有约10℃以上的过热度。

(3) 吹灰器前分支管线暖管、疏水。

(4) 从炉膛最下层的吹灰器开始, 按烟气流动方向依次进行吹扫。

(5) 切断总汽源、疏水、恢复正常炉膛负压。

4. 提高机械部分和电气部分可靠性

建议采用平稳、坚固、耐磨、可靠且调整方便的齿条传动, 最大限度减少吹灰器整体拆卸;传传动部件宜采用三头螺杆及特制青铜材料螺母, 保证其平稳灵活, 减少卡涩现象发生;齿轮箱与行走箱宜采用分隔式布置, 降低热损;齿轮箱可采用进口润滑脂, 延长使用寿命;提升吹灰器配套电动机、电气元件以及线路的附防护等级。提高传动轴固定销强度;在吹灰器的进汽管上安装测温热电偶, 接入DCS以便及时判断提升阀内漏情况;提高吹灰器套管强度, 减少卡涩等问题。

5. 优化系统设计

加装分路隔绝阀, 便于检修;采用分层独立供汽的方式供汽来提高吹灰系统的机动性;管路上采用多种形式补偿器进行吹灰器补偿, 降低管路热应力;管路压力和流量裕度应提高到10%。

6. 提高设备安装、检修质量

吹灰器安装过程中严格按设计要求安装。检修过程安排技术人员全程跟踪指导, 控制好检修工艺, 提高检修质量。

7. 保持吹灰器运行参数稳定

控制好蒸汽参数, 减少蒸汽参数不稳定对吹灰器设备本身造成的性能、质量影响;注意提升阀调压盘的开度, 避免压力无法满足高效吹灰的要求。

8. 加强定期工作

定期执行吹灰器的检查、保养、维修工作, 保障锅炉的经济运行。

四、结语

伸缩式蒸汽吹灰器是煤粉炉上经常使用的重要辅助设备, 对维持锅炉安全、稳定、经济运行, 起着十分重要的作用。做好吹灰器的安装、检修、维护、管理工作十分重要。

摘要：介绍了伸缩式蒸汽吹灰器的工作原理, 详细阐述了伸缩式蒸汽吹灰器在应用中存在的问题, 分析其产生的原因, 提出了解决措施, 为保障锅炉安全、平稳、高效运行奠定基础。

关键词：锅炉,吹灰器,爆管,措施

参考文献

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锅炉智能在线自动吹灰系统的应用 篇4

目前特油公司的注汽锅炉燃料油的主要成分是渣油和混配油, 但是由于渣油灰分比重大、混配油杂质多、致使燃烧形成的灰分沉积在对流段翅片管的间隙中, 由于对流段翅片管长期得不到彻底的清洗, 翅片管的间隙中累积了大量的、较坚韧的污垢, 严重影响了对流段的吸热效果。我公司先后应用过一系列自动化技术, 但终因吹灰不彻底或对锅炉翅片管本身造成损伤而无法推广应用。

二、现状调查

对流段烟温的高低, 直接影响着锅炉的经济运行, 一般排烟温度每升高12～15, 锅炉整体热效率下降1%, 注汽锅炉设计热效率80%, 设计排烟温度为243℃, 对流段吸热量占蒸汽总热量的40%, 排烟热损失占锅炉整体热损失的6～12%, 因此降低锅炉排烟温度, 是提高锅炉热效率, 降低锅炉运行成本的有效之路。

三、声波吹灰系统结构组成

注汽锅炉声波吹灰控制系统由氧含量控制系统、炉膛温度检测系统、声波吹灰装置三部分构成。每个控制系统一般由一次仪表 (传感器) 、P L C、触摸屏、手自动切换操作、变频器等部分组成, 一次仪表将锅炉的温度、氧量、等量转换成电压、电流等送入PLC, 手动时由操作人员手动控制, 自动时对PLC发出控制信号经执行部分进行自动操作。PLC对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行。

通过在对流段安装声波自动吹灰装置, 有效控制锅炉排烟温度, 同时实现不停炉自动吹灰, 抗干扰能力强, 能置于环境恶劣的工业现场中, 故障率低。

四、声波吹灰系统的基本原理

通过声波发生器将压缩空气或高压蒸汽调制成声波, 将压缩空气的能量转化为声能 (声波) 。声波在弹性介质 (锅炉内空间) 里传播, 声波循环往复的作用在换热表面的积灰上, 对灰粒之间及灰粒和管壁之间的结合力起到减弱和破坏的作用, 声波持续工作, 那种结合力必然会减弱, 当它减弱到一定程度之后, 由于灰粒本身的重量或烟气的冲刷力, 灰粒会掉下来或被烟气带走。

五、实施效果对比

我们对改造前后对流段的温升情况进行了对比。

自动吹灰系统的主要特点:

(1) 智能型自动吹灰

根据烟温的高低, 把吹灰装置设计成自动控制, 当烟气温度高于某一设定温度时 (如2 2 0℃) , 吹灰装置自动启动, 当烟温降低后, 吹灰装置自动停止。

(2) 在线吹灰

吹灰装置吹灰时, 注汽锅炉不用停炉, 即可完成吹灰全过程。

(3) 机电装置一体化

吹灰装置采用机电一体化设计, 并根据注汽锅炉特点在程序设计上考虑了一体化的设计, 操作灵活, 可根据注汽炉尾部受热面排烟温度的情况, 灵活选择吹灰方式。

(4) 操作简单, 使用方便

吹灰装置设计采用快速联接方法, 管道联接用快速接头。喷嘴与加速器联接采用法兰联接, 其他部件固定在移动房内, 运输和安装非常方便。

(5) 节约大量的燃料油, 经济效益显著

六、效益分析

经过测试前后的对比, 热效率由原来的80.3%, 提高到81.5%, 提高了1.2%, 大五站51#年注汽量约8万方左右, 燃油单耗为6 5 k g/m 3, 年可节油:

市场价格每吨油为2400元

单台自动吹灰装置为100000元

共可创经济效益为

62.4×2400-100000=49760元

摘要：一般排烟温度每升高12～15, 锅炉整体热效率下降1%, 有效地降低锅炉排烟温度, 是提高锅炉热效率, 降低锅炉运行燃料成本根本之路。

关键词：智能,在线自动吹灰

参考文献

[1]武占.油田注汽锅炉[M].乌鲁木齐:新疆大学出版社.1996. (20-37)

锅炉蒸汽吹灰 篇5

1. CO炉运行与激波吹灰器的使用

1.1 CO锅炉运行情况

CO锅炉以回收上游催化再生CO烟气为主要目的,同时为保证锅炉出力和再生烟气中CO可燃成分的完全利用,锅炉补燃部分瓦斯或燃料油(渣油),其额定蒸发量65T/H。因催化再生烟气中富含大量的催化剂粉尘,粉尘污染锅炉受热面,对锅炉经济运行负面影响很大,以前锅炉仅在尾部省煤器有钢珠除尘,连续运行三个月后,因过热器受热面被粉尘污染,蒸汽参数不能达标,需停运进行人工清灰;后来在过热器、省煤器区域增设了激波吹灰器,锅炉运行状况大为好转,运行周期大大加长。

1.2 激波吹灰器的使用

激波吹灰的工作原理是利用可燃气体(乙炔、天然气、炼厂瓦斯等)和氧化剂(空气或氧气)以适当的比例混合爆燃,使发生器罐体中的压力骤然升高,形成瞬时高压并产生压缩波,在激波发生器喷口处以冲击波的形式,冲刷、震荡受热面,从而使表面积灰得以除去。

我公司1#、2#催化CO锅炉吹灰器分别于2006年、2007年选用两个不同的厂家生产的激波吹灰器。选择罐装乙炔作为吹灰系统的燃料,配燃空气使用非净化风。

每台锅炉除尘器布置情况:按每路两只发生罐的形式,炉膛出口朝高温过热器方向两侧各一路,共4个激波发生罐;高、低温过热器之间朝低过方向两侧各1路,共2个激波发生罐;蒸发段因位置不合适没有布置;省煤器分为四组,每组受热面各1路,共8个激波发生罐。电动控制阀、点火罐集中在一起,火焰导管较长。除尘系统每天投用一到二次,偶尔积灰严重时,会局部除尘达到五次,使用频次较高。

2. 激波吹灰器使用中出现的腐蚀问题

在激波系统投用后开始两年,运行效果较好,故障不多,但两年后出现了火焰导管、激波发生罐下部进炉弯头腐蚀减薄而破损,燃气在破损处炸响,除尘效果不明显,安全性也不能满足,计四年后激波发生罐也相继出现减薄破损。其中省煤器区域激波发生罐和火焰导管腐蚀最为严重。

如下激波安装形式简图1

2.1 腐蚀机理分析

原来激波系统管线、罐体均为碳钢材质。因为各燃料中硫的存在,经过燃烧后生成SO2,在一定条件下(燃烧反应过程中炉膛中心温度达1000℃以上,大量的氧原子出现,过剩空气越多,相应火焰中的氧原子浓度就越大)烟气中S02进一步氧化成S03。此外,过热器、对流区等受热面上积灰、铁的氧化物及烟气中的飞灰具有一定的催化作用,加速了S03的生成。在锅炉的低温部位,S03与空气中水分共同在露点部位冷凝,生成硫酸,产生硫酸露点腐蚀。(表1、表2所示)

SO3+H2O→H2SO4

在激波系统中,激波发生罐、火焰导管组成了一个半封闭的空间,在激波停用状态下,内部烟气冷却,炉内较高温度的烟气反串进入该空间内,遇冷后三氧化硫全部都和水蒸汽化合成硫酸蒸汽凝结,因积累作用凝结后的硫酸浓度将远高于硫酸蒸汽的浓度。

酸露点腐蚀的特点:酸露点腐蚀速率与凝结的酸、酸的浓度和同酸接触的金属温度这些主要因素有关。当金属壁温较高,稍低于露点时,壁面上凝结的酸量少,所以腐蚀速度慢,当随着壁温的降低,凝结酸量的增加.腐蚀速度加快,一般认为在比露点低20～45℃时腐蚀最快。随着壁温进一步降低,腐蚀速度减慢,凝结酸量已不再是决定因素,其它因素将发挥主要作用,如烟气中的氯化物会以盐酸的形式积累在金属壁面上;还有SO2溶于水生成H2SO3,并进一步氧化变为H2SO4,加快腐蚀速度。

这种分析在激波系统腐蚀中得到印证。从现场看,腐蚀最快的是激波发生罐上部火焰导管,远离罐体方向,腐蚀情况变慢,发生罐本身较厚,腐蚀到破损延续时间相对要长些,整个系统均是整体腐蚀减薄。其实减薄还有一个重要因素是混和气爆燃后烟气的冲刷作用,故罐体相对破坏时间较长,管线部分减薄速度明显快得多。(图2所示)

3 采取的主要措施

开始我们在激波发生器后弯头处增设非净化风反吹,避免在吹灰器不吹灰时炉内烟气倒流。运行一段时间后,发现在过热器等烟气温度较高区域发生罐后面入炉管段很快发生管段破损。其原因是在温度较高的环境,因进入的空气提供了氧气加速了管内壁的氧化腐蚀。停用反吹风后,将激波发生器下方弯头(DN150)及直管、火焰导管的材质由普通碳钢升级为18-8材质钢管,发生罐前火焰导管仍发生严重密集的点腐蚀而穿孔,只是耐腐蚀时间更长一些。分析认为是烟气中氯化物作用结果,烟气中的C1-在金属表面富集,形成具有穿透作用的氯化物核,氯化物核与不锈钢钝化膜作用而使膜完全被穿透;在表面富集的C1-浓度足以阻止膜的再钝化而维持金属表面活性时,腐蚀就能维护下去。

采用耐硫酸腐蚀的ND钢。ND钢是目前国内外理想的耐酸露点腐蚀用钢材,ND钢还具有较强的耐C1-腐蚀能力。ND钢中加入了微量元素Cu、Sb和Cr,采用特殊的工艺,保证其表面能形成一层富含Cu、Sb的合金层,当ND钢处于硫酸露点条件下时,其表面很容易形成一层薄薄的致密的含有Cu、Sb和Cr的钝化膜,这层钝化膜是硫酸腐蚀的反应物,随着反应生成物的积累,ND钢完全进入钝化区。(表3所示)

我们把激波发生罐以前温度较低的导管改用ND钢管,从使用情况看,投用ND钢材质三年,检测没有减薄迹象,效果较好。

另外,为减少烟气反窜火焰导管造成的不利影响,减短火焰导管是一个较好的手段。将上文中整套激波系统共用一只点火罐改为每组激波发生器附近各配一只点火罐,运行中,点火罐点燃后,燃料爆燃经过很短火焰导管进入激波发生器,这样一方面反窜的烟气较少,另一方面因管线布置原因,反窜烟气中凝结液不能在导管内积聚。改进之后火焰导管的腐蚀问题可以较有效地解决,同时因倒流的腐蚀性凝液减少,激波发生器进口、罐体腐蚀也有一定的减缓。

4. 结论

因特定的工作环境,激波除尘系统不同部位可采用不同材质达到最佳经济性运行。靠近除尘部位的烟气温度较高区域,激波发生罐以下部分可采用18-8材质钢管,激波发生罐上部可采用ND钢管,不宜用18-8材质钢管,因激波发生罐本身罐壁较厚,激波发生罐可采用碳钢材质,以四年为一个周期可保证正常使用,当然也可采用ND钢材质,只是成本较高。特别指出,采用用非净化风作反吹风实际应用中效果并不理想。

摘要：介绍了激波吹灰器在武汉分公司CO锅炉中的应用情况,以及使用过程中存在的烟气腐蚀问题,并为该类设备今后改进提出了一些建议。

关键词：激波吹灰器,CO锅炉,积灰,腐蚀,材质

参考文献

[1]周开梅1Cr18Ni9Ti不锈钢在含Cl-、HCO-体系中的孔蚀行为材料保护1999.4

锅炉蒸汽吹灰 篇6

当前我国大容量火电机组锅炉基本都配置了吹灰系统, 但普遍存在以下几方面的问题: (1) 现有吹灰器在投运过程中需要损耗大量能量和介质, 投资与运营成本很高, 单位功率下的吹灰范围和效果都还远远不足, 严重影响吹灰的经济性, 并且还会对管束表面产生吹蚀, 影响其使用的安全性。 (2) 很多电厂缺乏专门监测炉内受热面灰污情况的监测系统, 即使是一些有相应模块的电厂, 其使用的监测技术也难以全面准确的获得炉内具体受热面灰污的情况, 大部分情况下还是电厂运行人员根据经验对炉内灰污状况做大致评判, 不能保证足够的准确性。 (3) 由于无法获得足够的实时灰污信息, 大部分电厂吹灰策略的制定是根据锅炉产商提供的设计要求和运行人员的操作经验或是借鉴其它电厂的运行方式, 这导致吹灰器的投运具有很大的不确定性和随机性, 也无法根据具体受热面的灰污情况做出实时调整, 使得某些受热面存在吹灰不彻底或是过渡吹扫等问题。因此, 探讨吹灰技术的应用和研究现状、分析优化吹灰技术的发展趋势, 对了解电厂现有吹灰技术的使用情况、促进优化吹灰技术的发展具有显著的意义。

1 吹灰装置的优化分析

目前电厂锅炉中应用最普遍的吹灰器是以高速蒸汽为介质的蒸汽吹灰器。该类吹灰器能实现较好的吹灰效果, 适用于全炉各受热面。但是在蒸汽吹灰的过程中会对受热面产生一定的吹蚀, 吹灰器也易发生吹灰管卡涩、吹灰器枪管变形、电动机过载等故障, 设备和运行成本也较高。因此许多学者在对蒸汽吹灰的优化改进上做了分析研究, 力求能够降低吹灰的能耗与蒸汽消耗, 提高蒸汽吹灰的安全性和经济性[4]。其中较为可行的研究思路是改变蒸汽的气源。锅炉吹灰器的传统蒸汽气源一般取自屏式过热器出口, 但该部分蒸汽需要经过绝热节流大幅度降低压力后才能用于吹灰, 存在大量能耗。因此有学者提出将吹灰气源引出点设置在再热器的方案, 郭萌萌[5]等建议将吹灰器的气源取自再热器出口联箱, 在保证吹灰系统运行要求的前提下使用品质较低的蒸汽, 从而能在一定程度上提高吹灰的经济性。但是将吹灰气源取自再热系统存在着低负荷工况下及启动阶段蒸汽参数无法满足吹灰要求的局限性, 因此引用再热蒸汽吹灰的应用实例还较少。刘彦鹏等人[6]提出直接将汽轮机一级抽气作为蒸汽气源, 其能耗低于屏式过热器出口蒸汽。但是一级抽汽量过大不可避免会对汽轮机的安全运行造成影响, 这就需要进一步探究具体抽气量与汽轮机运行工况间的联系。除上述气源品质影响外, 电厂现场布管情况也存在一定限制, 因此还应综合考虑蒸汽和现场条件等因素。

蒸汽吹灰器的不足也促进了声波吹灰器和燃气激波吹灰器等其他类型吹灰器的发展, 这些吹灰器在部分电厂锅炉中已经得到了实际应用[7,8,9]。声波吹灰器产生一定频率的声波, 通过声波与灰渣的共振使积灰松动脱落从而达到除灰的目的。声波吹灰器结构简单, 操作维护工作量较小, 运营成本也较低。但声能功率与转换效率低、作用范围有限, 仅适用于清扫松散灰, 无法有效清除结积严重的灰垢和硬质灰层, 因此声波吹灰器在应用上存在着一定的局限性。燃气激波吹灰器是利用空气和燃气的混合气体爆燃产生冲击波冲刷和振荡受热面, 使受热面的积灰在动能、声能和热能的共同作用下脱落。燃气激波的能量较大且衰减慢, 对于各种状态的积灰都有不错的清扫效果。但是该吹灰系统设计与操作难度较大, 爆燃需要消耗成本较高的乙炔等燃料, 还会干扰炉膛负压影响炉内空气动力场的稳定, 存在着一定安全风险。

就目前的吹灰器应用情况而言, 声波吹灰器和燃气激波吹灰器等新型吹灰器能在一定程度上克服蒸汽吹灰器的缺陷, 对于一些特定受热面有着不错的清扫效果, 但其在运行过程中也存在着自身的局限与不足, 难以完全替代蒸汽吹灰, 在已经应用的电厂中主要作为辅助的吹灰手段。近年来国内外研究和技术人员在吹灰器的优化改造和试验应用上开展了诸多研究工作, 但是吹灰器是一个多领域多学科交叉的复杂系统, 其工作环境又十分恶劣, 研究成果在现场应用中受到诸多条件和技术的制约。因此还需深入吹灰器的优化研究, 在充分考虑现场环境影响因素的情况下进行技术创新和设备升级, 逐步改善吹灰器缺陷, 优化吹灰效果, 从而进一步提高电厂的安全和经济效益。

2 灰污监测系统的优化分析

对于当前吹灰系统存在的问题, 无论是从安全性还是经济性上考虑, 都需要在锅炉的运行中时实准确地监测炉内管束的灰渣情况, 并据此来指导吹灰器的投运。因此, 开发可靠的灰污监测系统已经成为吹灰系统优化的核心内容之一。

在直接监测方面, 可以采用特定的影像获取和处理技术直接监测受热面上的积灰与结渣, 如安装配备冷却保护装置的工业相机, 定时伸进炉内对受热面进行拍摄, 直观地显示炉内的灰渣情况。Wu等[10]利用这类装置, 配合温压传感器对Avedre电厂2号机组燃用生物质锅炉的积灰情况进行了在线监测, 并探讨了灰的沉积与脱落机制, 这对燃煤锅炉的积灰监测有一定的借鉴意义。但燃煤电厂锅炉的现场环境更为恶劣, 特别是火焰亮度过高、含有高浓度未燃尽煤粉和飞灰颗粒的阻隔等都会干扰影像的获取。同时电厂煤粉炉内的最高温度普遍在1 000℃以上, 而一般工业相机的工作温度都在100℃以内, 这就需要冷却效果较好的保护装置, 并且为了克服视角及转角的限制需要增加相机的数量, 这都会增加系统的复杂程度和成本。此外仅凭相机拍摄画面只能对灰污状况进行定性判断而不能定量分析, 较难与自动控制系统兼容。因此目前国内这类装置在锅炉中还主要用于炉膛火焰的监控, 鲜有专门用于监测受热面的结渣积灰。

当前主要的灰污监测方式是基于受热面两侧工质和烟气的状态参数以及煤质分析数据等信息由传热算法模型处理所得的特征参数来间接表征炉内的灰渣情况, 是目前电厂最普遍的灰污监测方式[11]。国外学者在该领域的研究较早, 在炉内积灰结渣情况的监测模型建立及数值分析上做了大量模拟和试验工作[12,13,14]。国内科研院所也一直致力于该方面的研究, 很多学者开展了基于模糊系统[15]、神经网络[16]、遗传算法[17]、粒子群算法[18]和支持向量机[19]等技术的灰污监测研究, 取得了一定的研究进展, 能够为电厂吹灰器优化操作提供指导。

值得注意的是这类监测模型的准确性很大程度上依赖于电厂所采集数据的可靠性。国内电厂锅炉内主要的测温方式是采用传统的热电偶测温, 这能满足工质和低温烟气部分的测温要求, 很多研究对于低温受热面的灰污情况都能较准确的表征, 监测结果与炉内的灰污增长趋势和吹灰器操作记录基本保持一致。但由于材料、技术等方面的限制, 热电偶难以长时间准确监测高温烟气部分的温度参数。一些电厂使用的烟温探针也仅能用于锅炉启动时炉膛出口烟温的短时间测量, 无法满足锅炉全负荷下的实时在线监测要求。上述文献都是采用间接估算的方式来获取高温烟气温度:从较易测量的尾部受热面烟气温度或者排烟温度开始, 逆烟气流动方向通过基于热平衡理论的数学算法逐步计算得出的[20]。但锅炉烟气温度受多方面因素影响, 采用该计算方法间接估算存在着相当大的误差, 这使得各监测系统难以获得准确的高温受热面特别是炉膛水冷壁的灰污情况, 也难以准确评判吹灰效果, 这给吹灰策略的制定带来了很大的困难, 成为了制约灰污监测技术乃至优化吹灰系统发展最主要的瓶颈。

因此若能实现高温烟气温度的精确测量, 将显著提高灰污监测系统的准确性。非接触式测温技术的发展使得很多传统接触式测温所不能应用场合的温度测量成为了可能, 特别是红外辐射测温技术、声学测温技术和激光光谱测温技术已经日益成熟, 在诸多领域中得到了广泛的应用。这些测量技术不与被测环境直接接触, 可以在很大程度上规避复杂环境对于设备仪器的制约, 从而实现复杂环境下、较大温度范围内的测量, 是未来炉内高温烟气测温技术的主要发展方向。

2.1 红外辐射测温

红外辐射测温技术是目前应用较为广泛的非接触式测温技术, 并且随着材料、电子和计算机等领域的快速发展, 相关仪器性能指标已经达到了较高的水平。红外测温技术是以普朗克辐射定律理论为基础, 根据在特定波长范围内物质辐射出的红外能量与温度的关系来实现对温度的测量[21]。在燃煤电厂锅炉中可以通过检测烟气中三原子气体的红外辐射来监测烟气温度。电厂烟气所含三原子气体中CO2的浓度最高, 所以为保证一定的测量精度一般选用CO2作为监测对象, 根据其在特定红外波长内的辐射能量来反演出被测环境的温度信息[22]。国外已经有较为成熟的炉内红外辐射测温产品, 如美国JNT公司的Infra-ViewInfrared Boiler Thermometers和FGS公司的Boiler-tempBoiler Thermometer。这些仪器的最高测量温度都在1 600℃以上, 可满足炉内烟温测量的要求从而实现全负荷烟温的监测, 并且不需要故障率较高的机械推进装置, 运行较为可靠, 近几年已经逐渐被国内电厂引进作为替代烟温探针的辅助设备用于炉膛出口烟温的检测[23]。国内高校在红外测温设备的自主研发上也开展了相应的研究工作。华北电力大学的王毅[24]等人基于红外测温原理建立了一套炉膛出口烟温检测系统, 他们在屏式过热器下部的炉膛两端布置红外测温装置, 采用傅里叶正则化重建算法对22条红外扫描路径上的数据信息进行处理, 构建了炉膛出口烟气的温度分布。该系统测算结果与采用热电偶实测数据相近, 但在距离边界2 m处的误差普遍在25 K以上, 最大误差达到42.2 K, 在误差的影响分析上还需做进一步探讨。目前炉内红外测温的主要技术瓶颈在于不同工况下烟气发射率之间的差异、CO2红外辐射在炉内传播过程中的能量衰减以及炉内复杂的燃烧过程中产生的飞灰、炭黑粒子和其他三原子气体辐射所带来的背景噪声。合适的温度重建及补偿算法能在一定程度上降低上述因素的影响, 提高测量的准确性。然而国内研发的算法在精度上还有较大的提升空间, 所以更高精度算法的开发将是炉内红外测温技术后续研究的主要内容之一。

2.2 声学测温

声学测温技术是利用介质温度和声速之间的联系, 通过测量声波穿过被测环境的时间来获得声速, 从而反演出所测路径上介质的平均温度。并且利用合适数学模型对多层路径上的数据进行处理还能够获取三维的温度分布。该技术的性能指标满足炉内烟气测温的要求, 能够提高灰污特征参数表征的准确性, 为受热面的灰污监测提供重要的参考。欧美发达国家在该领域的研究处于领先水平, 美国Enertechnix公司的Pyro Metrix Acoustic Pyrometer已经在浙江宁海电厂1 000 MW超超临界锅炉中得到试点, 该系统能够监测锅炉全负荷的炉膛出口烟温, 在试点期间有效预防了炉膛出口屏式过热器表面的结焦[25]。国内许多科研单位也开展了此项研究工作, 郑州大学的李言钦[26,27,28]在声信号辨识分析、声波速度场测算及炉内声波测温数值模拟等方面取得了不错的进展, 但其研究还局限于基础研究和计算机模拟阶段, 离实际工程应用还有一定距离。华北电力大学安连锁教授的科研团队[29,30,31,32,33]除了在声学测温的理论基础研究和技术研发上取得的成果外, 已经开展了实际工业现场的试验, 成功将自主研发的声学测温系统应用于国内中小型发电机组, 实现了炉内灰污监测的尝试, 有望在进一步优化完善后应用于高参数大容量燃煤电厂锅炉。当然, 根据现有的应用和研究现状可知该技术还有一些现场适应性问题需要克服, 如炉膛壁面附近存在着较大的温度梯度, 这会使声波的传播路径向高温区域严重弯曲偏移, 再加上炉内高分贝环境噪音的干扰, 都会严重影响测量的准确性。此外炉膛及烟道内条件的限制使适合于安置声学测点的位置较少, 难以通过增加测点的方式来提高测量结果的精度。因此还需要进一步开展更全面和深入的研究, 开发适应性更好的补偿算法来提高测量的准确性。

2.3 激光光谱测温

可调谐二极管激光吸收光谱技术 (TDLAS, Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) 最早是用于气体浓度的检测, 已广泛应用于冶金[34]、化工[35]、电力[36]和环保[37]等领域。随着激光光谱检测技术的发展, 该技术逐步在测温领域得到应用, 已成为目前主要的激光光谱测温技术[38]。TDLAS技术的测温原理是通过对特定气体在不同温度下其特征吸收谱线强度变化的检测来实现对温度的反演, 结合计算机断层扫描技术还可以获得温度的二维分布[39,40]。美国斯坦福大学在该领域的研究较为领先, Liu等人[41]利用TDLAS技术, 通过对H2O波长为1 343 nm和1 392 nm特征吸收谱线的检测快速测量了气体流体的温度分布。Schultz等人[42]同样利用该技术检测了H2O在1.4μm附近的特征吸收谱线, 实现了对直连式超燃冲压发动机燃烧室温度的测定。此外斯坦福大学与Zolo Technologies公司联合开发的基于TDLAS技术的Zolo BOSS激光测量系统, 在欧美电厂锅炉的燃烧诊断中已有应用的先例, 并且在山东华能日照电厂680 MW超临界机组中得到了试验性的应用[43]。国内学者在借鉴国外研究成果的基础上也取得了一定的研究进展, 中国科学院安徽光学精密机械研究所的刘文清院士和阚瑞峰教授团队[44]较早地从事了TDLAS检测技术的研究工作, 在气体组分浓度的检测研究上取得了很多成果, 近些年也开展了TDLAS测温技术的研究[45], 他们成功将所研发的TDLAS测温系统应用于管式加热炉和甲烷/空气预混平焰燃烧炉, 实现了对温度的实时在线监测。浙江大学的王飞教授[46]利用TDLAS技术同时检测了不同比例甲烷/空气预混火焰中H2O的浓度和火焰的二维温度分布。北京航空航天大学的刘畅等人[47]将TDLAS技术应用于轴对称测温场合, 结合反卷积算法同时获得了被测气体的浓度和温度分布。以上研究成果对炉内温度分布的测量都有一定的借鉴和指导意义。由于TDLAS技术能够在测量温度的同时获取特定气体的浓度信息, 因此其在燃烧诊断领域有着广泛的应用前景。然而, 我国火电厂燃用的煤质所含灰分较大, 现场飞灰的干扰及对反射镜面和接收镜面的污染腐蚀, 以及振动导致探测器与激光偏离等情况都会对测量结果产生较大影响, 甚至导致无法测量, 因此需要定期对测量系统进行清洁和维护[48]。所以提高TDLAS系统的稳定性和可靠性使其能够在电厂锅炉这样复杂的工业现场环境中长期稳定工作将是未来研究和试验的重点。

综上所述, 三种测温技术在实验室的试验中都能够达到很高的测量精度, 系统的稳定性较好, 也都逐步开展了在电厂锅炉中的试点应用。当然, 炉内的测量环境十分复杂, 这些技术在电厂中的实际应用不可避免的会遇到各种问题, 测量的精度和设备的稳定性都有一定的制约。欧美发达国家从事这些技术的研究较早, 在测量系统的优化和故障处理方面有较多的经验和技术成果, 所研发产品的稳定性与可靠性能够达到较高的水平, 目前电厂试点的炉内非接触式测温设备也大都是使用国外产品。但国内许多科研机构和企业已经开展了具有自主知识产权的技术和产品研发工作, 所研发的技术和产品在准确性和实用性上都在逐步拉近与国外同类产品之间的差距。

3 吹灰优化策略分析

虽然吹灰能够改善换热效果, 减少锅炉由于积灰结渣引起的损失, 但是吹灰器的投入是用一定量的吹灰介质和能量消耗作为代价来清扫受热表面灰渣, 会带来额外损耗, 若是蒸汽吹灰还会在一定程度上影响汽轮机的输出功率。因此对于吹灰器的投运应制定合理的控制策略, 在有效保障受热面清洁的同时, 尽量避免过度吹灰以达到减少吹灰介质和能量消耗的目的, 对于使用蒸汽吹灰器的电厂也能够减轻对受热管束的吹蚀和对汽轮机输出功率的影响。

目前大部分电厂的吹灰策略是按时定量的周期性投运吹灰器, 这种吹灰策略制定的关键在于确定合理的吹灰周期。很多电厂的吹灰周期是根据锅炉厂商提供的设计要求或是借鉴其它电厂的运行经验, 这使得吹灰器的投入有很大的不确定性和随机性。因此这类吹灰策略的优化措施在于根据具体电厂的实际情况, 在保证机组安全运行的前提下, 依据灰污监测系统所提供的信息, 将吹灰的收益与损耗折算为统一的经济数据进行评估, 从而确定最佳的吹灰周期。东北电力大学较早开展了电厂锅炉污垢经济性分析工作, 徐志明教授[49]参照Thackery和Nostrand等人的研究结果, 从冗余面积增加费用、附加燃料费用及吹灰器运行维护费用三个角度对华能大连电厂350 MW锅炉积灰结渣带来的经济损失进行了测算。华中科技大学的刘刚等人[50]也针对国内某300 MW机组的炉内积灰结渣情况建立了经济性分析模型, 利用该厂DCS系统和CEMS系统提供的数据进行经济性计算分析, 所得结果有助于运行人员对吹灰策略进行优化调整。

但是按时定量的统一投运吹灰器无法根据具体受热面的灰渣情况做出实时调整, 少量调整也仅是在锅炉负荷变化及更换燃用煤种时根据运行人员经验进行操作, 常出现为了保证某部分受热面的清洁而导致其他部分过度吹灰的情况。因此很多学者提出根据具体受热面灰污情况动态投运吹灰器的优化策略, 这样能显著减少吹灰次数降低介质能量消耗。该策略的关键在于根据灰污监测系统提供的数据进行合理的经济性分析和吹灰效果评价, 然后确定各受热面需要吹灰的特征参数阈值。杨小海等人[51]采用等效焓降法, 兼顾蒸汽吹灰对锅炉和汽轮机的影响, 分别对国内某300 MW亚临界机组锅炉常规周期性吹灰和根据炉膛具体灰污状况按需吹灰的策略做了经济性评价, 分析结果论证了对常规吹灰策略进行优化改进的必要性。但该文献仅考虑炉膛灰污的情况, 未考虑对后续受热面的影响。受热面表面的灰渣被吹扫脱落后会随烟气向下一级受热面转移, 不可避免的会增加后续受热面的灰污程度, 因此还需充分考虑不同区域吹灰器之间的协同。华北电力大学的欧宗现等人[52]根据电厂具体情况, 利用所监测数据对于各受热面的吹灰收益进行经济性评析, 在试验分析中通过对各部分进行单独吹扫来规避不同受热面间的相互影响, 所确定的吹灰阈值准确性较高, 优化后的吹灰策略在保证所要求吹灰效果的前提下实现了较高的经济性。

上述吹灰策略优化都主要是从热力学第一定律的角度出发, 即综合考虑吹灰带来的能量数量上的收支, 而华北电力大学的朱卫东等人[53,54]提出仅仅只从这一角度考虑是不全面的, 还有必要权衡能量品质上的收支即吹灰过程中的不可逆损失, 这样才能使得吹灰策略更加完善。他们从热力学第二定律的角度出发, 根据电厂炉内具体受热面的换热条件及灰渣情况建立传热熵产模型, 依此来指导吹灰策略的制定。该方法在600 MW机组锅炉对流受热面的吹灰优化中得到了初步应用, 提出了一个新的优化吹灰研究思路和方向。

4 总结与展望

目前各大型燃煤电厂均配置了吹灰系统, 但在运行过程中均存在一定程度上的不足, 因此对吹灰系统的优化改造具有重要的价值和意义。吹灰系统主要由吹灰装置、灰污监测和吹灰策略三个模块组成, 这三个部分也是优化吹灰的主要研究方向。现今电厂吹灰器的使用率有了很大的提高, 投运的各类型吹灰器以蒸汽吹灰器为主。其他类型吹灰器虽然能克服一些蒸汽吹灰器的不足, 但自身缺陷也十分明显, 还无法替代蒸汽吹灰器。并且蒸汽吹灰器的优化研究也取得了一定的进展, 因此蒸汽吹灰器在未来依然会是主流的吹灰装置。灰污监测是目前电厂十分欠缺的部分, 电厂所使用的监测技术在准确性上还存在很大不足, 很多电厂锅炉甚至没有实际应用的灰污监测系统, 因此诸多科研机构在该方面做了很多研究工作, 在灰污监测模型的建立、监测参数的准确获取等方面均取得了一定突破, 并开始尝试在实际现场应用测试。此外, 目前采用的按时定量周期性吹灰的主流吹灰策略不能根据具体情况做出实时调整, 因此对于吹灰策略的主流优化研究是以按需动态吹灰作为替代, 这种优化策略更依赖灰污实时监测系统的反馈, 可以预见随着灰污监测技术的快速发展, 将大力促进该优化策略在实际应用中的发展。

声波吹灰技术在电厂锅炉中的应用 篇7

2004年10月, 十里泉发电厂对5号锅炉尾部受热面的吹灰系统进行了技术改造, 分别在省煤器及低、中温段再热器部位安装了16只ZHK-SA型程控声波吹灰器, 以解决锅炉尾部受热面积灰结渣的问题。

一、ZHK-SA程控声波吹灰器

ZHK-SA型声波吹灰的基本原理:压缩空气经发声头发出的低频高强度声波在积灰空间内形成声场, 使细小的灰粉吸收声能, 并随着声波作用产生“振动”脱离其附着的表面, 并随烟气带走。此外, 声波与烟气流、换热管之间的流体动力场关系、高声强非线性的特殊效应等都将对清灰除焦起作用。与传统的除灰方法相比, 声波吹灰的优点如下。

1.声波辐射具有全向性, 极高的返射性和快速传播 (声速) , 以及在气体中传播时衰减很小等特性。它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。

2.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, 起到了预防结渣的作用。

3.耗能量低。利用厂公用系统压缩空气系统, 进行供能, 不必单独安装压缩空机。

4.声波吹灰不会使锅炉部件产生热应力。

ZHK-SA程控声波吹灰系统由气源、声波吹灰器、程控柜、电磁阀及连接管道组成。气源提供产生声能所需的机械能, 声波吹灰器将高压气源所携带的直流能量经调制变换为交变的声波能量, 程控柜用于控制调节声波吹灰器的运行, 电磁阀接受程控柜的指令, 控制气源的进入, 即控制声波吹灰器的开停。ZHK-SA程控声波吹灰器的结构如图1所示, 其技术指标见表1。

ZHK-SA程控声波吹灰器采用炉墙开口, 喇叭直接布置在烟道内的炉墙面上, 喇叭口可以布置成水平、垂直或倾斜, 十里泉发电厂采用的水平布置, 除灰效果好, 对锅炉不会形成共振, 且运行噪声很小。

二、HK-SA程控声波吹灰器在十里发电厂的应用

十里泉发电厂5号锅炉尾部烟道自上而下依次在中、低温段再热器及省煤器等部位安装声波吹灰器, 根据受热面的大小, 每层安装4台声波吹灰器, 分四层布置, 分别安装于中、低温段再热器、省煤器上方, 这样, 锅炉尾部烟道一共安装16只声波吹灰器。声波吹灰器的安装位置如图2所示。

声波吹灰器的气源为厂内压缩空气站, 在吹灰过程中, 可以通过程控装置设定吹灰时长和间隔, 也可以现场手动控制。

在锅炉运行1年后, 检查锅炉尾部烟道, 发现安装了声波吹灰器的省煤器及中、低温段再热器基本无积灰。

吹灰器投运后, 锅炉排烟温度明显降低, 如加装声波吹灰器前, 锅炉负荷为125MW时, 排烟温度为130.3℃, 而加装后, 相同进风温度条件下, 锅炉负荷为127MW时, 排烟温度为127℃。

ZHK-SA声波吹灰器在十里泉发电厂的应用有效降低了锅炉排烟温度及烟道阻力, 大大提高了锅炉效率, 经济效益显著。因此, 2006年1#机组大修技术改造中, 在尾部烟道处也加装了12只此类型的的声波吹灰器。

摘要：介绍华电国际十里泉发电厂在锅炉的竖井烟道受热面加装声波吹灰器, 在中、低温段再热器及省煤器上方安装16只吹灰器, 达到了清除灰尘的目的, 有效降低了锅炉的烟道阻力和排烟温度, 显著提高了锅炉热效率, 实现了节能降耗。

关键词：锅炉,声波吹灰器,除灰

参考文献

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