低频声波吹灰在百万机组中的应用研究

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1、低频声波吹灰在百万机组中的应用研究　　摘要：文章分析了声波吹灰机理及采用低频可调频声波吹灰器运用于锅炉吹灰的可行性。结合实验研究和数值计算，针对宁海电厂二期1000MW机组尾部烟道建立了声场模型，并对声波吹灰参数进行优化分析，现场测试结果与理论分析一致，为声波吹灰在大型锅炉尾部烟道除灰的应用提供了理论和实践基础，为声波吹灰技术应用于锅?t吹灰改造提供实践指导。　　关键词：锅炉；声波除灰；调频；声波吹灰器　　1引言　　1.1概述　　吹灰是大型电站锅炉日常运行中的重要工作之一。吹灰不仅可以提高锅炉效率，而且有利于保证蒸汽品质，对降低锅炉污染物排放、

2、延长锅炉受热面管道的使用寿命、降低烟道流通阻力也有一定作用。吹灰器是保持电站锅炉各种受热面清洁、设备通畅，保障锅炉安全经济运行的重要设备。目前，我国电厂多种吹灰方式并存，应用最广泛的是蒸汽吹灰。虽然蒸汽吹灰技术较为成熟，但由于能源消耗大，容易吹损设备，且结构复杂经常出现问题，导致不能很好地保证吹灰效果。　　近年，国内外出现利用声波振动来除灰的新技术，可有针对性地对各种锅炉的积灰形态，进行有效的清除，目前已在国内300MW～1000MW机组空预器、GGH、水平烟道等位置得到应用，除灰效果明显，声波吹灰器在尾部烟道大空间积灰的除灰能力的研究不仅可以

3、直接解决课题宁海电厂二期1000MW机组尾部烟道的积灰，并对国内其他电厂解决锅炉积灰问题具指导作用，推进声波吹技术的发展。　　1.2蒸汽吹灰技术　　蒸汽吹灰是将一定压力和过热度的蒸汽从吹灰器喷口高速喷出，利用蒸汽射流能量对积灰受热面进行吹扫，以达到清除积灰的目的。蒸汽吹灰器虽然有一定吹灰效果，但存在着大量的缺陷和问题：　　（1）吹灰用蒸汽过热度波动大，介质吹扫面积有限，沿烟气流动方向吹扫压力衰减快，对中间层积灰清除能力差。　　（2）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。　　（3）蒸汽吹灰如果压力过高或长期使用，会加快金

4、属管壁的磨损，造成爆管等安全事故。　　虽然蒸汽吹灰器现在为锅炉吹灰的主要形式，但声波吹灰技术的不断发展和应用表明，蒸汽吹灰器将逐渐被其取代。　　1.3声波吹灰技术　　针对锅炉积灰这一难题，国内外专家展开了大量理论及应用研究。研究结果表明，声波吹灰技术是一种能够彻底解决锅炉积灰的有效方法[1-3]。我国的声波吹灰研究始于20世纪80年代，进入90年代，声波吹灰技术的研究十分活跃，在这期间已有不少科研机构相继推出了各种声波吹灰器，主要有膜片与旋笛两种形式，这两种声波吹灰器受到发声技术的限制，其有效声功率低，作用范围小，且发声频率范围窄，无法适应锅炉

5、各种复杂的积灰形态，应用于电厂后，但没有取得预期效果[4-5]。近年，国内研究出新型的大功率低频可调声波吹灰器具有可调频调幅功能，可有针对性地对各种锅炉的积灰形态，进行有效的清除，目前已在国内300MW～1000MW机组空预器、GGH、水平烟道等位置得到成功应用成为最先进的声波吹灰技术。　　1.4研究内容　　本次研究课题基于宁海电厂二期1000MW机组尾部烟道的积灰情况开展理论分析、数值建模和声波吹灰器实际应用开展研究工作，主要内容如下：　　（1）声波吹灰机理研究。　　（2）采用有限元软件对宁海电厂二期1000MW机组尾部烟道数值建模分析。　　

6、（3）采用可调频声波吹灰器进行现场应用研究。　　（4）综合对比可调频声波吹灰器的可行性和优越性。　　2声波吹灰机理研究　　2.1锅炉积灰原理　　锅炉积灰、结渣是个很复杂的物理化学过程，它涉及煤的燃烧、炉内传热、传质、煤灰粒子在炉内运动以及煤灰与管壁间的粘附等复杂过程，至今还没有能定量描述积灰、结渣过程的数学模型。影响该形成过程的因素很多，而锅炉燃料中的灰分占总量的10-35%，煤中灰分的存在是炉膛结渣、受热面积灰的根源，课题主要基于锅炉使用煤种，综合理论及采样统计分析的方法对锅炉各受热面的结渣积灰特性进行研究分析。　　2.1.1积灰结渣力学理论

7、分析　　促使飞灰在受热面上粘附的力主要有：　　（1）范德华力：沉积在锅炉受热面上的颗粒与受热面之间的范德华力，可简化为球形颗粒与一平面间的范德华力，其大小可用下式来计算：　　2.2声波吹灰机理　　声波是一种机械波，空气中的声波使空气分子产生振动，在边界层振动的空气分子必然带动相邻的介质分子振动，并产生两种效果，一种是声能透射到相邻介质中使介质中形成固体声波；另一种由于空气分子与相邻介质分子之间的粘滞力，声波相当于施加给相邻介质一个作用力，使表面介质分子被声波来回推拉[8]。声波对积灰的作用见图1。　　结垢所受到的声波作用力、声波的能量以及结垢的

8、振动位移、速度、加速度相关。振动位移、速度、加速度越大结垢所受到的力就越大，积灰，结垢就容易断裂，松散和除去。声波频率对振动加速度影响比较复杂，不同的