电站锅炉吹灰优化研究应用现状

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1、电站锅炉吹灰优化的研究应用现状发表时间:2003-6-13作者：周俊虎，靳彦涛，杨卫娟，周志军，曹欣玉，岑可法摘要：   在燃煤锅炉运行中，受热面的积灰和结渣是不可避免的，严重积灰和结渣对于锅炉的正常运行非常不利。灰污的热阻很大，附着在受热面上将降低受热面的吸热能力，使得传热效率降低。炉膛及后续受热面传热效率降低将导致各个受热面的吸热量减少，炉膛出口以及最终的锅炉排烟温度升高，锅炉整体效率下降。一般而言，与清洁状况相比，受到污染后锅炉效率将降低1％～2.5％，排烟温度升高十几度[1，2]。积灰和结渣不仅使得受热面的吸热能力降低，而且会引起受热

2、面表面温度过高，导致受热面金属超温和高温腐蚀，甚至管排爆漏。此外，较大的渣块坠落还会引发锅炉安全问题。1 吹灰器使用效果和现状   结渣和积灰无论是在炉膛还是对流受热面，都将对锅炉产生不利的影响，而吹灰是一个有效的解决办法。吹灰器利用一定的吹灰介质(水、蒸汽、声波、燃气等)清扫受热面，清除表面的污垢，使得其表面恢复清洁状态。一般来说，吹灰与不吹灰相比较，可以降低排烟温度15℃左右，锅炉效率提高1％～2％。   美国和西欧一些国家均将吹灰器作为确保机组安全经济运行的重要手段，其吹灰器的投用率普遍较高，而我国的吹灰器投运率则较低。据1992年电力

3、部西安热工研究所的调查，国产吹灰器的平均投用率仅为27％，进口吹灰器除前苏联生产的投用率不到4％，平均投用率为41％。200MW机组锅炉的吹灰器投用率还不到22％，600MW及以下机组吹灰器平均投用率36％，几乎没有锅炉吹灰系统全套正常投用的机组。   目前常用的吹灰器一般有如下型式：蒸汽吹灰器、水力吹灰器、压缩空气吹灰器、声波吹灰器、钢珠吹灰器和气脉冲吹灰器。其中，蒸汽吹灰器由于其介质廉价易得而占据了大部分份额。其它形式虽然各有优劣，但是使用不是十分广泛。对于蒸汽吹灰器，其研究方向集中于喷嘴设计，目的是消耗更少的蒸汽取得更好的除灰效果。2 

4、吹灰优化的概念及必要性   吹灰器的运作是用一定量的介质消耗来换取受热面的清洁，因而其运作本身要消耗一定成本。蒸汽吹灰的耗汽量一般占蒸汽总产量的1％，消耗锅炉热效率的0.7％，电厂效率的0.1％。如果不及时吹灰，虽然降低了吹灰器消耗热量，但是由于受热面受到污染将导致锅炉效率降低；如果吹灰过于频繁，虽然保证了受热面的清洁，提高了锅炉的热效率，但是吹灰器消耗热量也将大大增加。此外，还要有安全性的考虑。吹灰不及时将使得受热面表面温度升高，导致高温腐蚀；过于频繁将破坏管壁外的氧化膜保护层，使得磨损加大。据报道国外某220t／h页岩炉，平均每昼夜吹灰1

5、8～20次，吹灰器附近管子磨损2mm／a。   在安全性的前提下，吹灰器的运作必定有一个经济性平衡点。目前在电厂中，吹灰器的运作大多是由运行人员根据经验，定时全部受热面吹扫一遍，很难找到经济平衡点。故从经济角度考虑，应该对吹灰器的运作加以优化。用计算机代替运行人员的经验判断，在安全性的前提之下，根据经济性的原则，用不定时的动态调度代替定时吹灰。由计算机根据实时参数进行判断，并给出吹灰运行的费效比。何时吹灰、吹扫哪块受热面、投运几个吹灰器就成了吹灰优化的核心内容。3 灰污染监测的理论模型   受热面污染监测是吹灰器优化的基础，吹灰优化是建立在对

6、受热面进行尽可能细致准确的灰污染监测的基础之上。目前表征受热面灰污状态的方法主要有以下3种:灰污热阻Rf，传热有效度比φ，清洁因子CF。3.1 灰污热阻Rf[12～14]   灰污热阻是指受热面金属管壁上灰垢的热阻。为分析污垢表面温度ts(污垢与烟气间的截面温度)，假定：(1)污垢沉积沿管外壁圆周方向是均匀分布的，即垢层厚度、热导率等沿周向不变；(2)热流密度q沿周向、轴向均不变，就是说在假定(1)成立和管段不长、两段管温差不大的情况下，污垢表面沿周向和轴向都是恒定的；(3)管内外流体都是常物性的，这在流体温度变化不大的情况下是允许的。   

7、于是由传热方程可得式(1)～(3)。   式(1)中的q(热流)可按式2计算，其中m是工质质量流量，cp是工质平均比热容，to和ti是工质在受热面的出口和进口温度，tw是受热面管的外壁温。式(1)中的t可按式3计算，其中F是受热面的传热面积，tg是烟气的平均温度，αg是烟气对灰污的换热系数，它是烟气的Re、Pr和管外径的函数，可以计算得出。3.2 传热有效度比φ[19]   传热有效度，即换热器的温度效率，是指被加热工质的真实吸热量和理想换热器的最大可传递热量的比值。Thi是烟气进口温度，Ti，To。分别是工质的进出口温度。当受热面污染，工质

8、出口温度降低，传热有效度也降低。所以可以使用传热有效度比φ来表征受热面的沾污状态，定义如式(4)，其中εo。表示受热面清洁时的传热有效度。3.3 清洁因子CF[15