锅炉蒸汽吹灰、声波吹灰和弱爆吹灰的

技术经济性比较

摘　要　锅炉及热交换器的积灰、结焦使锅炉排烟温度上升，导致热效率下降，并会引起受热面腐蚀，影响经济性、安全性。故长期以来，人们一直在寻求较好的除灰方式。通过对目前主要采用的蒸汽吹灰、声波吹灰及弱爆吹灰（也称激波吹灰、燃气脉冲吹灰或燃气高能脉冲吹灰）的原理、效果、费用比较，认为弱爆吹灰值得推广应用。

 前言

长期以来，锅炉受热面的除灰问题一直是锅炉运行中特别受关注的问题之一，锅炉、加热器和换热器的积灰、结焦影响受热面的传热效率，使锅炉排烟温度上升，导致锅炉的热效率下降，理论计算和运行经验表明，锅炉排烟温度升高20℃，锅炉热效率就会下降1%，同样严重的是积灰、结焦达到一定程度时会引起锅炉受热面的腐蚀和意外停炉，造成重大的经济损失。多年来，人们为了解决此类问题先后研制了蒸汽吹灰，高压水力吹灰，钢珠清灰，压缩空气吹灰、声波吹灰技术和弱爆吹灰；其中弱爆吹灰技术是由北京国华热电厂（北京一热）于1988年从乌克兰进口的100×10⁴kcal/h热水锅炉配套引进的；从此该技术开始用于国内电站锅炉，并获得显著效果，几年来经过技术改进，在电站锅炉、水泥窑余热炉、有色金属冶炼余热炉和化工行业加热炉上得到较大的推广，并取得了明显的效果，下面对蒸汽吹灰，声波吹灰和弱爆吹灰作一简要的技术经济性分析和比较。

1　吹灰器的原理

1.1　蒸汽吹灰

一定压力和一定干度的蒸汽，从吹灰器喷口高速喷出，对积灰受热面进行吹扫，以达到清除积灰的目的。

1.2　声波吹灰

金属膜片在压缩空气的作用下产生具有一定声压和频率的声波，锅炉受热面的积灰在声波的作用下处于松动和悬浮状态，易被有一定速度的烟气带走，达到清理受热面积灰的目的。

1.3　弱爆炸波吹灰

弱爆吹灰的基本原理比较简单：主要是使预混可燃气（例如乙炔－空气预混气）在特制的、一端连接喷管的爆燃罐内点火爆燃，产生强烈的压缩冲击波（即爆燃波）并通过喷管导入烟道内，通过压缩冲击波对受热面上的灰垢产生强烈的“先冲压后吸拉”的交变冲击作用而实现吹灰。

爆燃罐每次爆燃通过喷口发射出的爆燃波有两个：首先是爆燃罐内由于爆燃造成的压力骤增而产生的热爆冲击波，而后紧跟着的则是在喷口处由压力骤降造成的物理弱爆而产生的压缩冲击波，两道冲击波之间的间隔只有8～12ms，这种紧邻的双冲击波无疑更加强化了其吹灰效果，与双层刀片的剃须刀能够将胡须剃得更干净具有异曲同工之妙。

这种双重的、强烈的“冲压吸拉”的交变冲击作用是弱爆吹灰器最主要、也是最重要的吹灰机理，但不是弱爆吹灰器的唯一机理，除此之外，弱爆吹灰器还存在另外三种吹灰机理：

●首先是爆燃产生的高温高压气体通过喷口喷射出的高温高速射流的喷射冲击作用，这种机理与传统的喷射式吹灰器的吹灰机理基本相同，不同的是在冲击的同时还伴有高温气体对积灰的热冲击所产生的“热解”作用。

●其次，是爆燃引起受热面的激振，干松积灰和已经被冲击波松脱的高温结渣、低温板结积灰会由于振动产生的强烈的交变惯性力而脱离受热面，这与传统的振动清灰器的清灰机理是完全相同的，只不过振动清灰器的振动是通过机械运动产生的，工作时是振动几分钟至几十分钟，而弱爆吹灰器的振动则是由爆燃产生的，振动的时间很短，一般不足1秒。

●再次，是爆燃产生的强烈的声波作用，这与声波吹灰的机理是完全相同的，不同的是这种声波的声级要大得多，也不是长时间连续不停的，而是只持续一个很短的时间。

2　各种吹灰器的工作效果

2.1　蒸汽吹灰

作为一种传统的吹灰方式，当整个装置运转正常时对清除受热面的积灰和降低排烟温度都有一定作用，特别对结渣性强，灰熔点低较为有效。

2.2　声波吹灰

上海吴泾热电厂SG400t/h炉原设计为蒸汽吹灰，后因故障多，不能正常投运而拆除，之后安装了4台声波吹灰器。声波除尘器投运后，蛇形管上的积灰有所减少，受热面上的吸热增加，从而使受热面入口和出口的烟气温差加大，工质的温升亦增大，排烟温度有所下降(4.5℃)，相当于锅炉机组热效率提高了0.23%。

2.3　弱爆炸波吹灰装置的工作效果

弱爆炸波吹灰装置自国产第一套装置投入运行以来，已经在全国数百台电站锅炉、化工行业加热炉、有色金属冶炼余热炉和水泥余热炉上得到推广和应用，安装位置的环境适应性也越来越宽，温度最高1170℃，炉膛最大负压：－700mm水柱，最大正压＋370mm水柱，烟气含水最大30%。而其除尘、除焦的效果也极为明显，一般能降低排烟温度15左右。

3　几种吹灰器运行费用比较

3.1　全年运行费用

下面我们以齐鲁电厂5号炉和6号炉为例全面分析对比一下几种吹灰器的运行费用，齐鲁电厂5号炉和6号炉均为HG410t/H锅炉，分别安装了9台蒸汽吹灰和10台声波吹灰，其运行条件如下：

按上面的运行条件计算蒸汽吹灰和声波吹灰的运行费用：

3.1.15号炉蒸汽吹灰运行费用：

（1）每班吹灰蒸汽耗量：

Q₁=q×60s×6min×每班吹灰次数

=12 kg/s×60s×6min×1=4320kg/班

（2）全年吹灰蒸汽耗量：

Q_n=7000/24×3×4320=3780000kg=3780t/年

（3）电机功率消耗折合煤耗为：

5.4×7000×0.377=14250.6kg=14.25t/年

（4）9台蒸汽吹灰全年费用为：

14.25t/年×340元/t＋3780 t/年×120元/t＝45.8445万元

3.1.26号炉用10台声波吹灰的运行费用：

声波吹灰能耗计算——吹灰空压机55kW，每年运行7000小时，其电机电能消耗折算成煤耗为：

55×7000×0.377=145.145 t/年

全年费用:145.145t×340元/t＝4.9349万元

3.1.3弱爆炸波吹灰运行费用：

（1）空气消耗100~200NM³/h，直接取自一次风，由于占整台锅炉的一次风量的比例很小，其消耗可忽略不计。

（2）对于410t/h锅炉安装5层共20台弱爆炸波吹灰器，一瓶乙炔气可放400炮左右。即对于4瓶工业用乙炔瓶组成的乙炔站，每月更换乙炔瓶一次，按乙炔每瓶85元计，每月费用为：

85×4=340元/月

锅炉全年运行7000小时，即10个月，那么乙炔每年的费用为：

340元/月×10月=3400元

3.2　全年的检修费用：

蒸汽吹灰为6000元，声波吹灰为2700元，弱爆炸波吹灰无需大的检修500元。

3.3　吹灰器的一次性投资

设备采购费，安装费（设备费25%），其他费（设备费的5%）按一台锅炉的布置相同的吹灰点，其一次投资的比例如下：

蒸汽吹灰：100%

声波吹灰：250%

脉冲吹灰：80%

3.4 几种吹灰器的经济性对比列表如下：

4　三种吹灰的优缺点

4.1　蒸汽吹灰器的优缺点：

优点：

（1）可以布置在锅炉各个部位，能对炉膛、水平烟道、尾部竖井的受热面进行吹灰。

（2）对结渣性较强，灰熔点低和较粘的灰有较明显效果。

（3）蒸汽来源比较充分。

缺点：

（1）由于蒸汽吹灰是靠射流吹灰，因此介质吹扫面积有限；

（2）由于蒸汽吹灰器是将喷管深入炉膛进行旋转吹灰，吹灰完毕要将喷管撤出，因此活动部件非常多，这就造成吹灰器操作频繁且故障出现率高，机械、电气维护和检修量大；

（3）工作介质损耗量大，运行成本高；

（4）吹灰周期长，使受热面积灰过多，甚至使积灰烧结硬化，增加吹灰难度；

（5）蒸汽吹灰如果压力过高或长期使用，会加快金属管壁的磨损，压力过低又影响吹灰效果；

（6）蒸汽疏水效果差时，还会对受热面的金属管壁造成热冲击，使吹灰管线水击和腐蚀；

（7）价格昂贵；

（8）蒸汽吹灰器的使用，会增大烟气中的含湿量，使烟气露点温度升高，从而增大省煤器冷端堵灰及腐蚀现象。

4.2　声波吹灰的优缺点：

优点：

（1）结构简单可靠，启停操作方便运行安全，维修工作量少，费用低。

（2）声波可以贯穿和清洁蒸汽吹灰难以达到的位置。

（3）适合于松散积灰的清除。

缺点：

（1）需要配备空压站，设备一次性投资大。

（2）能量较小，对于炉膛和对流受热面，特别是低温段空气预热器结渣，粘结性积灰和严重堵灰以及坚硬的灰垢无法清除。

（3）作用距离有限，声波吹灰器安装的台数要比传统吹灰器多；采用扩音结构的声波吹灰器在高温区域的安装受到限制。

（4）由于次声波吹灰器所使用的为饱和压缩空气，过滤器需定期排水，而且冬季频繁出现冻凝导致过滤器破裂；声波吹灰器油雾器需定时加油。

（5）空气管如果不配备冷却风或冷却风压力低，会造成压缩空气管腐蚀严重；声波吹灰器如果使用的压缩空气压力达不到要求，吹灰效果变差。

4.3　弱爆炸波吹灰的优缺点：

优点：

（1）除具有蒸汽吹灰和声波清灰的功能外，还具有热清洗功能，能量大，既适合于松散性积灰又适合于粘结性积灰，结焦和堵灰的清除。

（2）能量强度和喷口的方向，形状易于调整，对于不同类型的积灰和不同形状的工作面都有最佳的适当性。

（3）整个系统简单，无转动机械，运行程序全自动化。操作简单，可靠性高，不需要经常维护。

（4）结构尺寸小，易用于空间尺寸小的位置。

（5）一次性投资少，运行和维护成本低、经济性好、效率高。

缺点：

需定期更换乙炔瓶。

5　结论

蒸汽吹灰、声波吹灰和弱爆炸波吹灰，对锅炉受热面的清灰都有一定的作用。弱爆炸波吹灰包容了蒸汽吹灰和声波吹灰的一切优点，其对于不同积灰清除的有效和彻底，装置调整的方便，维护的简单以及成本的低廉都是其它除灰方法无法比拟的，建议今后大力推广和应用。