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锅炉燃烧脉冲除灰技术
一、燃烧脉冲除灰技术应用背景
中国煤炭资源极其丰富,决定了火力发电主要以煤炭为燃料,但是火力发电不可避免地存在着严重影响锅炉安全运行和经济运行的积灰问题.积灰的热阻很大,是金属材料的几十倍,如果换热表面有积灰存在,那么换热器的传热效率将会下降,严重时达到40%以上,造成大量的有用能源的浪费.同时,积灰的存在使烟气阻力增加,排烟温度升高,成为锅炉安全运行的隐患.另外有的锅炉配备的换热器设计紧凑,通流部分面积较小,当含有大量灰尘的烟气通过换热表面时,由于灰尘的沉积使通流面积大为减小,运行一段时间后,积灰问题越来越严重.因积灰问题电厂常常被迫停炉进行人工清洗,严重影响电厂的正常运行并带来了大量的经济损失.为此,国内外开发和研制出各种形式的除灰装置以解决锅炉的积灰问题.
1.国内外锅炉除灰技术发展现状
1).蒸汽吹灰
蒸汽吹灰是目前国内使用最广的一种除灰方法.蒸汽吹灰器采用可伸缩式的结构,由阀门、起闭机构、工字梁、跑车、转动密封机构、密封支架、吹灰内管和吹灰枪等组成.其运行状态决定于锅炉的排烟温度,烟气阻力,一般每天吹扫三次左右.但蒸汽吹灰有许多不足之处:
(1)由于电厂锅炉产生的高温高压蒸汽成本比较高,如某台862吨/小时锅炉,每天吹扫三次的总共吹扫时间为九小时18分,每天蒸汽消耗量50.2吨,蒸汽压力17.6MPa,温度413oC.用蒸汽吹灰需约0.25~1.25锅炉补给水,另外它对水纯度的要求很严格,增加了水处理费用.
(2)蒸汽吹灰增加了排烟中水蒸汽含量,运行时间长了使空气预热器冷端堵灰现象更趋严重,同时由于水蒸气含量的增加,也加剧了空气预热器冷端的酸、碱腐蚀,从而进一步加速换热面堵灰以及对设备的破坏.
(3)蒸汽吹灰器需要经常维修,而且维修费用较大.
(4)效果不理想,不能吹除粘结灰和灰垢,并且吹灰过程中有死区存在.
2).声波除灰
声波除灰器是瑞典STALLAVAL公司的MatsOlsen于1968年首先研制成功,广泛用于美国,欧洲,日本等地区的电站锅炉和工业锅炉上.我国于80年代中期开始对声波除灰器进行研究,于90年代初期在产生高声强领域取得了突破.声波除灰主要通过声能转化机构(声波发生器)将压缩空气或蒸汽的能量转换为高强度的声波,通过声波能量使作用区域中的空气分子与灰尘颗粒产生振荡,破坏和阻止灰尘粒子在换热表面或粒子之间的结合,使之始终处于悬浮流化状态,以便烟气将其带走.声波除灰的易损部件为发声器内部的机电运动部件,寿命一般能维持一个大修期.虽然声波清灰器操作使用方便,但是有其自身无法克服的缺点和局限:
(1).声波发生器一般采用低频声波(20─400Hz)和次声波(20Hz以下),次声波在声强较小的情况下仍能取得较好的除灰效果.但是随着频率的降低,声波对人体造成的危害在增加,特别是频率在2-15Hz的声波可能使人体的内脏器官发生危险的共振,在现场如果控制措施不得力,将直接危害人体的安全.
(2).在回转式空气预热器内的使用没有明显效果.
(3).不能清除硬质灰垢.
(4).在燃油锅炉内基本没有效果,因为油炉内各种受热面的积灰基本都是粘结灰,而声波对粘结灰没有作用.
3).其他的除灰方法(应用范围较窄)
(1)水力除灰器.与气体相比具有更高的冲击力,可吹除干松灰,而且也能吹除粘结灰.尽管水力除灰器具有许多优点,但是长期使用,管子金属会经常受到交变热应力的作用.温度较低的水流喷射到处于饱和温度的水冷壁管子上,产生一种激冷作用,使管表面温度急剧下降,当射流扫过之后,管表面温度又会急剧上升,这种往复的温度变化在管壁内引起交变的应力,如果达到一定的次数就会发生疲劳损伤.水力除灰器主要应用在水冷壁上.
(2)振动除灰器.振动除灰器装在屏式或对流式过热器上,利用激振器产生的激振力清除积灰.它的清除效果决定于由激振器产生的受热面振动惯性力.不同积灰倾向的煤种,所要求的惯性力是不同的.
(3)钢珠除灰器.钢珠除灰技术主要应用于锅炉尾部受热面上的除灰,它利用落下的钢珠在管子间弹跳碰撞以清除积灰.不能用于回转式空气预热器,而且钢珠除灰还受到下列条件的限制:尾部烟温最高不超过898℃,被清扫管子金属壁温不超过483℃,燃煤灰熔点比最高烟温高200℃;钢珠收集有一定难度,回收率很低.
2．燃烧脉冲锅炉除灰技术是国内外目前最先进、最有效、最可靠的技术
电厂锅炉是一种高耗能装备,由于电厂在国民经济发展所占据的重要作用,锅炉的运行必须满足安全、高效、节能的要求.针对锅炉的积灰问题国内外目前使用的各种除灰器,如蒸汽除灰,高压空气除灰,声波除灰,钢珠除灰,水力除灰和振动除灰等,因除灰原理的不同这几种除灰器的除灰能力各有千秋,但是都不能从根本上解决电站锅炉的积灰问题.有的还因为除灰技术自身的缺陷使积灰问题更加严重,同时还会使腐蚀加剧.对此国内外一直在探索发展更先进的节能除灰技术.20世纪90年代初,乌克兰的学者在世界上第一次提出燃烧脉冲除灰理论,并在实验室取得成功.但是由于种种原因该项技术的应用一直发展缓慢.欧美国家也正在对燃烧脉冲除灰进行积极的研究和开发当中.我国的科技人员从90年代中期开始对该项技术进行研究,并根据自己的国情研制出的燃烧脉冲除灰装置,用于锅炉空气预热器,在应用上取得突破性的进展.燃烧脉冲除灰新技术以其技术的可靠和有效一经使用便显示出它的优越性,可以说是近几年在锅炉除灰领域发展起来的最先进、最有效、最可靠的除灰方法,是未来锅炉除灰器的发展方向.
二、燃烧脉冲除灰原理
其原理是:利用可燃气体,如煤气、天然气、液化石油气、乙炔气等常用气体燃料,在特殊设计的燃烧室中燃烧,并从输出管上的喷口处发射出冲击波通过冲击波的作用而使表面上的积灰脱落.可燃烧气体与空气在经过各自的流量测控系统后进行均匀混合,然后送入燃烧室中燃烧.与常规的燃烧方式有所不同,这种燃烧属于爆燃.火焰在特定的燃烧器内加速时,燃烧产生的压力不断上升,但是燃烧产生的压力峰值被限制在一定的范围之内,在燃烧器的喷口处发射冲击波,冲击波强度和高速气流速度要与积灰强度相适应.由于燃烧脉冲除灰器产生的冲击波能量比较集中,在除灰过程中不仅表现为击波的作用,而且还伴随着高速气流的冲刷和强烈的频带较宽的气流激振,所以它的除灰能力较强,不仅能除去以煤炭为燃料的锅炉所积的干松灰,而且还能除去粘结灰,对于以重油为燃料的锅炉所积的粘稠灰效果也非常明显.
燃烧脉冲除灰系统包括运行控制器、回火保护器、点火器、流量测控、主管路、燃烧器以及冲击波和高速气流输出口等几个主要部分.除输出口安装在炉内被清除空间的中心位置处以外(喷口形成的冲击波面对准整个被清除的空间),其余系统均可根据锅炉的现场情况,灵活地布置在平台上.为保证调试的方便,控制系统和点火系统还设置手动、半自动和计算机的中央控制室三部分.控制器有点火次数和点火时间间隔设置,而且还有连锁设置,可使运行系统自动进行或停止,而且可进行系统报警和自动保护.燃烧脉冲除灰装置的运行参数按设计要求给定,但可根据锅炉受热面积灰的严重程度和腐蚀状况等因素,在调试时适当变更.
三、燃烧脉冲除灰器的优点及使用经济价值
1.燃烧脉冲除灰器的优点
燃烧脉冲除灰器是可燃气体快速燃烧后在输出口产生冲击波并且伴随有气流的超声速流动和强烈的气流激振,在这三种因素的共同作用下,硬质灰垢或焦渣或油炉里产生的粘稠灰都能被有效清除.与传统的除灰器相比有其明显的优点:
(1)除灰能力强.它不仅可除去硬质灰而且也可除去油炉里的粘稠灰.
(2)作用范围广.在无障碍空间内,燃烧脉冲除灰器可清除距输出管口10米左右的结灰.实践中还观察到,当燃烧脉冲除灰器发生作用时,远在电除尘的结灰也可脱落.
(3)除灰效率高.与蒸汽除灰相比,每天只需运行一个周期,而蒸汽吹灰却要运行三--四个周期.
(4)除灰效果显著运行燃烧脉冲除灰装置时,排烟温度可下降10-30oC,烟气阻力可降低300-400Pa.
(5)运行费用低.与蒸汽吹灰相比运行半年就可从运行费用中收回全部投资.
(5)设备操作简单、运行可靠.
2.使用燃烧脉冲除灰器经济价值
现在电站锅炉大多使用的蒸汽除灰器,与蒸汽吹灰相比,国外在300MW燃煤机组空气预热器上的试验和运行表明,投用燃烧脉冲除灰技术,可使锅炉的热效率在蒸汽吹灰的基础上提高0.6以上,折合标准煤3500吨/年.按每吨煤200元计算,每年将节约资金70万元.另外在运行成本上,燃烧脉冲除灰仅为蒸汽吹灰的50,运行一年可节约运行成本60万元,即可从节约的运行费用中偿还全部投资.经济效果还应包括阻随因阻下降而来的引风机电耗的减少,或机组出力的增加,这一项尚未计入.