蒸汽式吹灰器与大功率声波吹灰器的比较.doc

蒸汽式吹灰器
蒸汽吹灰是目前大型电厂常用的清除锅炉内部附着于换热管表面积灰的方法，它是利用水蒸汽的自由射流冲击力，消除受热面积灰的吹灰方法，它使用压力P=1.5-2.0Mpa，温度t≤320℃的蒸汽吹除受热面积灰。蒸汽吹灰器可以布置在锅炉各个部位，能对炉膛、水平烟道和尾部竖井进行吹灰，对结渣性强，灰熔点低和较粘的灰有明显效果，并且蒸汽来源比较充分。
图1所示为蒸汽吹灰器在锅炉上的安装情况，从图上看出，蒸汽吹灰器体积较大，设计安装蒸汽吹灰器要专门设置吹灰平台，这会影响到整台锅炉的空间布局。图2所示为蒸汽吹灰器工作示意图，吹灰时，长达6-9米的中空的伸缩管螺旋伸入到锅炉中，伸缩管上分布有蒸汽出口，伸缩管伸入炉墙的同时蒸汽出口开始喷出蒸汽，对换热面进行吹扫，伸长到最大限度后伸缩管返回，如此往复，完成对换热管积灰的吹扫过程。
在现场应用中，吹灰器会发生机械卡涩、热态进退困难、受热面吹损等现象，严重时可导致受热面发生爆管事故，机械卡涩等原因也会导致电机烧损。另外，蒸汽吹灰有吹灰死角，被蒸汽吹到的部位，积灰会被清理干净，蒸汽吹不到的地方，积灰的去除效果不佳。如图3所示为山东石横热电厂所用的上海锅炉厂煤粉炉折焰角部位积灰情况，此部位蒸汽吹不到，折焰角部位的积灰相当严重。这些机械故障和除灰性能的缺陷，使吹灰器投入率很低，200MW以下机组蒸汽吹灰器的投入率不到20%，300MW以上机组的蒸汽吹灰器在锅炉投运安装后维护投入的成本和人力很大，有的甚至由制造厂方派专人长年维护，平均每台锅炉每年为此要多付出几十万元的维护费用。蒸汽吹灰器的投运要消耗大量高温高压蒸汽，运行成本大大高于其它类型的吹灰器，有些还影响大机组的负荷。

图1蒸汽式吹灰器 图2 蒸汽式吹灰器工作原理

图3遮掩角积灰
CFB循环流化床锅炉飞灰的主要化学成份是SiO2、Al2O3和CaO等，可用作粘土质原料，提供硅铝成份，并有较高活性，广泛用于水泥等建材制造。CFB如果使用蒸汽吹灰器吹灰，会向炉内吹进大量水分和湿蒸汽，一台蒸汽吹灰器的耗气量为0.3T/H。大量的水分和湿汽进入炉内会使积灰形成水泥状结块，还会造成尾部受热面低温腐蚀。为提高锅炉效率，CFB锅炉采用比煤粉炉更低的排烟温度，尾部受热面低温腐蚀降低了锅炉的使用寿命和锅炉运行的安全性，再结合蒸汽吹灰器自身存在的运行维护上的诸多弊端分析，蒸汽吹灰器在CFB循环流化床锅炉上是不适用的。
大功率旋笛式声波吹灰器较蒸汽式吹灰器在技术上有较大优势，具体表现在：
（1）有效作用范围大，除灰不留死角。声波除灰器的作用范围主要取决于所使用的声波频率和强度，其作用半径与声波波长成正比。同时，由于声波的反射、透射和绕射作用，不管声源的安装位置与方向如何，声能量均能够进入炉体所有的边角，管束间隙与漏斗等隐蔽的小空间区域，而且建立起比在炉膛中央等大空间中更强，有效地阻止灰尘颗粒的沉积。因此，可以全面清除炉膛水冷壁及烟道内各换热的表面的积灰和结渣。
（2）设备投资小。因为声波一旦送入炉内，就能够自动传播到需要除灰的空间部位，无须类似蒸汽吹灰器庞大复杂的伸缩、旋转机构。声波吹灰器有效作用范围大，单台声波吹灰器的有效吹灰半径可达9米，比蒸汽式吹灰器有效吹灰半径大，因此同样的锅炉，较少台数的声波吹灰器便可达到较多台数的蒸汽吹灰器所达到的效果。根据了解，大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂，有8台锅炉，采用蒸汽吹灰，每台锅炉安装吹灰点多达40个，若采用大功率旋笛式声波吹灰器，每台锅炉只需设置大约20个吹灰点，并且保证无吹灰死角。设备成本远低于蒸汽吹灰器。
（3）运行与维护费用较低。声波吹灰器的唯一易磨损部件为发生器内部的机电运动部分，但其寿命一般都能维持一个大修期；另一方面，产生声能量所需压缩空气（或蒸汽）的流量和成本约占蒸汽吹灰器的10%~20%。蒸汽吹灰器在锅炉投运安装后维护投入的成本和人力很大，有的甚至由制造厂方派专人长年维护，平均每台锅炉每年为此要多付出几十万元的维护费用。蒸汽吹灰器的投运要消耗大量高温高压蒸汽，运行成本大大高于其它类型的吹灰器，有些还影响大机组的负荷。
（4）除灰效果可靠，电脑控制，全自动运行，操作使用方便。减少停炉检修次数，节省人力物力，提高锅炉效率。对设备和人体无害。所使用的声波频率远高于锅炉炉体各部分结构的固有振动频率，所以因声波激励而产生的结构振动很小，而且绝大部分的声能量都被多层结构的炉壁隔绝在炉内，声波吹灰器正常运行时产生的噪声均小于国际安全与健康机构（OSHA）规定的允许值，不会对外部造成噪声污染，也不会伤害人体。
（5）可实现实时在线除灰。设备由微电脑实现自动控制，设定好吹灰时间和吹灰频率后，吹灰器便可自动运行，可根据现场情况，调试合适的吹灰时间和频率，使吹灰速度大于积灰速度，这种主动除灰方式可保持换热面一直处于不积灰状态。也可根据电厂现有设备实时监测受热面，优化吹灰方案。蒸汽吹灰对锅炉换热面有损伤，因此蒸汽吹灰器不可能像声波吹灰器那样频繁工作，一般每班运行一次运行完成后积灰会再次积累，直到吹灰器下次运行，显然这种被动的除灰方式会影响锅炉的换热效率。
蒸汽吹灰与旋笛式声波吹灰对比的个案分析
通过以上分析，针对贵州安顺电厂个案，我们可以做一个蒸汽吹灰器和旋笛式声波吹灰器的对比。贵州安顺电厂已建厂13年，有4台1025T/H锅炉，对应机组为300MW，每台锅炉使用84台蒸汽吹灰器，若用旋笛式声波吹灰器替代，只需用30台即可。下表是两种吹灰器的对比情况，从对比可以反映出旋笛式声波吹灰器的优势。

对比项目
蒸汽式吹灰器
旋笛式声波吹灰器
对比优势
安装台数
84台
30台
安装量少
气源
锅炉蒸汽，2.2-2.6Mpa，温度360-420°C。耗气量10-20吨/班，运行成本高，如控制不好，会影响机组的负荷。
压缩空气0.2-0.8Mpa，温度为室温。
声波吹灰器所需气源压力和温度较低，对气源的要求低。
设备体积
吹灰器长达6-9米，安装困难。
设备长度仅1.76米，占用空间小，重量轻，安装方便。
声波吹灰器设备小，重量轻，安装方便。
安装空间
每台蒸汽吹灰器需专门搭建6-9米宽的平台，会影响到整台锅炉的空间布局。
无需搭建专门吹灰平台，可利用锅炉维修走廊做吹灰平台。安装方便。
声波吹灰器所需安装空间小，不需专门搭建吹灰器平台，安装方便。
设备运行稳定性
容易导致机械卡涩。每台锅炉安装的84台吹灰器平均每2-3天发生一次故障。
运动部件少，正常运转时间一般都能维持一个大修期。
声波吹灰器设备运行部件少，正常运转时间长。
对设备的维护
因设备故障率高，现电厂常驻吹灰器厂家专们维护人员十多个，每台锅炉上吹灰器更换密封部件的费用约20万。
设备故障率低，定期加注润滑油即可。一般可保证大修期内无故障。
声波式吹灰器故障率低，维护简单。
吹灰效果
吹灰半径
4-5米
9米
声波式吹灰器吹灰半径较大，因此每台锅炉安装的台数也相对蒸汽式少。
吹灰死角
蒸汽吹不到的部位会有吹灰死角。
由于声波的反射、透射和绕射作用，声能量可进入炉体所有的边角，不留吹灰死角。
声波吹灰器不留吹灰死角。
锅炉运行温度
主气温度可稳定在535°C,较正常，燃用低热值煤时排烟温度偏高大约40°C。
经我公司改造过的电厂锅炉主气温度和排烟温度均较正常。
声波吹灰器吹灰效果稳定。
除灰的连续性
每天运行一次，每次6分钟左右，除灰间隔时间长，不能及时清除换热面积灰。
根据积灰情况每1-2小时运行一次，每次6分钟左右，可及时清除换热面积灰。
声波式吹灰器可实现在线除灰。
对换热面的损伤及造成的损失
蒸汽吹到部位换热面有吹损现象，吹损严重时会爆管，严重时每台锅炉每年发生2-3次爆管现象。每次爆管换管时间为48-72小时，每年因换管所需停炉时间大约一周。锅炉每次点火费用60万元，每台锅炉每年光点火费用就要支出120-180万元，停产损失大约1260万元，总计损失大约1400万元。
声波频率与锅炉的固有频率相差很大，对锅炉几乎无损伤。
声波吹灰器对锅炉几乎无损伤。无意外停产损失。
安装费用
84台蒸汽吹灰器，每台报价4万元，总计336万元
30台声波吹灰器，每台报价7万元，总计210万元。
蒸汽吹灰所用吹灰平台需专门搭建，加上平台费用会大大高于声波吹灰器的安装费用。
蒸汽吹灰改造的经济效益分析
1.节能效果
以大唐电力集团600MW容量机组为例，对应锅炉蒸发量为2095T/H，锅炉每小时耗标准煤量约为204吨，按经验排烟温度每下降10℃，锅炉热效率提高1%，节约标准煤2.04吨/小时，若年运行7000小时，根据试验结果，大功率低频声波吹灰器投运后，排烟温度可下降10-20℃，热效率可提高1%-2%，若按提高1.5%计算，则全年可节约标准煤量为
2.04×7000×1.5=21420吨
按标准煤价750元人民币/吨，折合人民币1606.5万元。大唐电力集团总装机容量达1亿千瓦，若全部锅炉都选用大功率低频声波吹灰器，每年可节标准煤357万吨，折合人民币26.8亿元。
2.运行费用
以容量为2095T/H的锅炉，对应机组容量为600MW为例，此种型号锅炉设计在水平烟道和竖井烟道安装CI—6蒸汽吹灰器数量基本上为100台左右，做声波吹灰器改造后，大约需40台大功率声波吹灰器。
计算依据
蒸汽吹灰器的技术参数：
型号 CI—6
行程 6000毫米
吹灰蒸汽压力 1.28～1.4MPa
吹灰蒸汽温度 ≤350℃
耗气量 0.6～11kg/s
行程时间 6.84分钟
电动机型号 JO-12-6T2 0.6KW
对蒸汽吹灰器和大功率低频声波吹灰器的运行费用进行估算：
蒸汽式吹灰器
①蒸汽吹灰耗气量 5公斤/秒
②蒸汽吹灰行程时间 6分钟
③每班蒸汽清洁次数 1次
④每吨煤能产生吹灰用蒸汽 10吨
每年运行以7000小时、290天，每吨标准煤750元计算，
则100台蒸汽式吹灰器每年的运行费用为
5×6×60/1000/10×750×290×100=391.5万元
旋笛式声波吹灰器
①声波除灰所需空压机功率 110千瓦（供40台大功率低频声波吹灰器）
②供电耗煤 0.34Kg/kWh
③每台吹灰器工作时间 0.6小时/天
每年运行以7000小时、290天，每吨标准煤价格750元计算，
则40台声波吹灰器每年的运行费用为
110×0.6×290×0.34/1000×750×40=19.5万元
经计算100台蒸汽吹灰器全年需用标准煤5220吨，折合人民币391.5万元，而40台大功率低频声波吹灰器全年用煤325.38吨，折合人民币19.5万元。可以看出，蒸汽吹灰器和声波吹灰器的运行费用相差悬殊，若按大唐电力集团装机总容量1亿千瓦算，每年可节约运行费用达6.2亿元。
3.回收年限
如不计大功率低频声波吹灰器和蒸汽吹灰器在设备安装和日常维护管理等费用上的差别，仅计大功率低频声波吹灰器的节能效果和它们在运行费用上的差别，那么用大功率低频声波吹灰器代替蒸汽吹灰器，以600MW机组为例，每年能收效1873.1万元，以每台大功率低频声波吹灰器7万元人民币计，40台吹灰器总价280万，不到两个月就能收回设备投资费。
4.环保方面
大唐电力集团现装机总容量约1亿千瓦，若用声波吹灰器替代蒸汽吹灰器，每年节约费用约33亿元，按标准煤价格750元每吨计算，相当于每年节约标准煤440万吨。若每燃烧一吨煤产生的二氧化碳为2620千克，二氧化硫8.5千克，各种氮氧化物7.4千克。则每年可减少大气中二氧化碳排放量1152.8万吨，二氧化硫排放量3.74万吨，各种氮氧化物排放量约3.3万吨。可有效降低环保方面的成本投入，并且符合国家大力提倡降耗减排、低碳经济的大政策。