用氣動方法對受熱面進行吹灰的原理及裝置

用氣動方法對受熱面進行吹灰的原理及裝置一、氣動方法吹灰原理吹灰的必要性吹灰器是電廠鍋爐不可缺少的重要附件之一，其使用的合適與否，直接影響著鍋爐的安全經(jīng)濟運行，爐內(nèi)過程是一種極其復雜的物理化學過程，燃煤特性、受熱面的結(jié)構(gòu)、溫度水平及空氣動力工況等因素，都影響著受熱面的沾污與結(jié)渣。迄今，還缺乏真正能解決爐內(nèi)積灰、結(jié)渣的理論與實踐。因此，僅通過鍋爐設(shè)計和運行調(diào)整往往是不能完全解決爐內(nèi)積灰、結(jié)渣問題的。我國煤質(zhì)資源豐富，動力用燃料中低灰熔點煤質(zhì)較多，且以燃用高灰份、低熱值劣質(zhì)煤作為動力燃料發(fā)展方向。這加劇了受熱面的沾污和結(jié)渣過程。實驗證明，采用足夠數(shù)量的吹灰器，在鍋爐運行過程中，經(jīng)常對受熱面進行吹掃，能較好地預防鍋爐的結(jié)渣、積灰和受熱面腐蝕，保障鍋爐安全運行，提高機組可用率。同時，由于受熱面在運行中保持著清潔狀態(tài)和有效的傳熱，還可提高鍋爐效率和降低輔機電耗，具有顯著的經(jīng)濟效益。吹灰的方式國內(nèi)外在鍋爐運行中采用的較為有效的吹灰清掃方式有如下幾種：對于水冷壁、屏式過熱器、對流過熱器，多數(shù)使用旋轉(zhuǎn)伸縮式吹灰器或振動除灰器。吹掃介質(zhì)一般使用蒸汽、壓縮空氣和水等在使用蒸汽吹掃某些鹽類硬塊積灰時，用飽和蒸汽比用過熱蒸汽更有效。對于爐膛出口凝渣管和下部冷灰斗斜坡等局部地區(qū)，使用耐熱鋼固定噴嘴的排污水吹掃較為有效。而對尾部受熱面，一般采用鋼珠除灰，也有采用固定式吹灰管，以蒸汽或壓縮空氣吹掃。目前國外還研制了一種聲波吹灰法使用低頻率聲波和次聲波，對鍋爐對流受熱面管束以及煙道中不易觸及的區(qū)段進行吹灰。氣動吹灰的力分析積灰層開始形成時，細小的灰?？梢杂煞兜峦郀栆?、表面張力或管子表面凹凸處的機械粘附等作用附著于管子表面。這種粘附只能在沉積層較薄時起作用而不能粘附大量的沉積物。然而，在熾熱鋼材的氧化表面與灰層之間可能出現(xiàn)很大的粘合力，并且粘合力隨加熱時間呈線性增加，而粘合強度隨加熱溫度成指數(shù)關(guān)系增加，在吹灰器作用周期（每8h吹灰一次）內(nèi)，積灰的粘結(jié)強度可達5kN/m2。粘結(jié)強度與沉積物的類型有關(guān)，因而不同類型沉積物用沖壓等方式的靜力清灰和用脈沖方式的動力清灰時，沉積物所能承受的剪切強度是不同的。表4-24列出了原蘇聯(lián)煤不同類型沉積物用靜力除灰和用動力除灰時沉積物的剪切強度。沉積物粘結(jié)強度大，因此必須采用高壓射流（蒸汽或壓縮空氣）吹掃，表4-25列出了一臺500MW燃煤鍋爐吹灰器數(shù)量、用汽量和撞擊壓力。對蒸汽吹灰器，有資料推薦對不同的積灰，所需要達到受熱面上的蒸汽沖擊動壓可參考以下數(shù)值選用：表面浮灰200-250Pa，已結(jié)塊積灰500-1000Pa，熔渣或焦渣大于2000Pa。蒸汽射流在到達吹掃點的過程中，不斷卷吸周圍高溫煙氣。蒸汽射流到達吹掃點的動壓可按下式計算：(4-87)式中，p和V分別表示吹掃射流密度和速度。

表4-24靜力除灰和動力除灰煤剪切強度灰 渣 類 別正常膨脹數(shù)度（m/s）剪切時間（N/m2）清除時作用特性靜力的動力的松散沉積物——褐煤（含灰量達48%）、庫茲涅茨克劣質(zhì)煤等灰渣8.0500-800200-500弱粘合沉積物——卡拉干達煤、庫茲涅茨克煤、切利亞賓斯克褐煤.低硫重油等的灰渣10-35800-1600400-800中等粘合沉淀物（粘結(jié)在起的） 灰份大的褐煤灰渣，在煤氣溫度500—600°C時,KAHCKO-A4 CKOrO煤的灰渣、重油的濕灰等40-1001600-3000700-1500NN表4一25位置數(shù)量每個吹灰器運用汽量噴射孔處氣壓撞擊壓力行時間（min）(kg/min)(kN/m2)(kN/m2)爐 膛460.25681.022屏式過熱器6171320.716二次過熱器847850.818一次過熱器811730.818二次過熱器817850.818一次過熱器811730.818省煤氣46730.818空氣預熱器820530.716注：25mm吹射孔在2m處的壓力氣力吹灰介質(zhì)的選擇蒸汽吹灰系統(tǒng)的優(yōu)點是蒸汽來源比較充裕，特別是較難吹掃或需連續(xù)吹掃時，使用蒸汽較為適宜；蒸汽吹灰系統(tǒng)安裝的初投資也較低，運行中吹灰壓力易于增加而不需變動基建投資值。但蒸汽吹灰也有缺點，第一，蒸汽吹灰需增加約0.25-1.25%鍋爐補給水，而對于亞臨界或超臨界鍋爐，對給水純度的要求又很嚴格，這增加了水處理設(shè)備運行費用；第二，蒸汽吹灰增加了排煙中水蒸氣含量，使空氣預熱器冷端堵灰現(xiàn)象更趨嚴重；第三，蒸汽吹灰維護費用較大，同時對蒸汽管道、吹灰器元件、控制閥、減壓閥、排水管等都要考慮保溫和熱膨脹措施。據(jù)資料統(tǒng)計，以10年為周期，蒸汽吹灰維護費用比空氣吹灰高約70%。空氣吹灰系統(tǒng)專門配有出力為114-340m3/min、壓力達3.43MPa的壓氣機裝置?？諝獯祷揖哂胁幌难a給水，不加劇空氣預熱器冷端堵灰；空氣吹灰系統(tǒng)低溫、低壓管道維護工作量?。贿\行中沒有蒸汽或凝結(jié)水泄漏，改善環(huán)境衛(wèi)生等優(yōu)點。但是空氣吹灰必須配備專門壓氣機，設(shè)備初投資大。表4-26列出了某臺862t/h時鍋爐采用二種吹灰介質(zhì)時的介質(zhì)消耗量。表4-26吹掃介質(zhì)蒸 汽壓縮空氣鍋爐蒸發(fā)量D=862t/h燃 料煤粉及油吹灰器型式、數(shù)量及其控制方式短旋轉(zhuǎn)伸縮式27臺，長旋轉(zhuǎn)伸縮式20臺，空氣預熱器上2臺。均自動程 序控制每天吹掃三次的總共吹掃時間9h18min吹掃介質(zhì)參數(shù)p=17.6MPa(表壓)，t=143Cp=2.06MPa,Q=73Nm3/min每天吹掃介質(zhì)耗量50.2t40900Nm3注：壓氣機貯氣罐的容積V=13.3m3壓力p=2.06MPa（壓表）。所統(tǒng)計的鍋爐容量范圍（t/h）所統(tǒng)計的鍋爐容量范圍（t/h）136-316318-452454以上采用蒸汽與壓縮空氣作為吹掃介質(zhì)的統(tǒng)計比例（％）蒸汽61%，空氣39%蒸汽50%，空氣50%蒸汽63%，空氣37%從表中可以看到，蒸汽吹灰的鍋爐約占60%，空氣吹灰約占40%。但是對于更高容量鍋爐，技術(shù)經(jīng)濟比較表明，采用空氣吹灰比蒸汽吹灰更為有利。因而，許多大型鍋爐趨向于使用空氣吹灰，圖4-35為美國的裝機容量500MW以上燃煤電廠采用吹灰系統(tǒng)的統(tǒng)計結(jié)果，顯然空氣吹灰比例要比蒸汽吹灰高。圖4-35美國500MW圖4-35美國500MW以上燃煤機組吹灰系統(tǒng)統(tǒng)計logl0( -■■-",■ ■:■圖4-36吹灰器軸線動壓與射程關(guān)系氣力吹灰的射程當來自蒸汽吹灰器或空氣吹灰器的高壓吹灰射流膨脹時，它不斷與周圍氣體混合。當射流經(jīng)過一個噴嘴直徑距離時，射流約卷吸了同等體積煙氣量。因此，當膨脹射流經(jīng)過40-100倍噴嘴直徑距離而到達鍋爐管子時，吹掃流體中很大一部分是煙氣，在回掃點處射流壓力可按式（4-87）計算。圖4-36為吹掃動壓隨射程衰減對數(shù)曲線圖。從圖中可以看到，吹灰器與被吹掃表面距離是影響吹掃動壓的非常重要參數(shù)。二、蒸汽和壓縮空氣吹灰旋轉(zhuǎn)伸縮式吹灰器旋轉(zhuǎn)伸縮式吹灰器廣泛地使用在爐內(nèi)各部分受熱面的吹掃上。通常采用的吹掃介質(zhì)為蒸汽，也可用壓縮空氣和水。這種吹灰器分短式和長式兩種。短式用于水冷壁管的吹掃，其行程約為350-400mm，而長式則用于吹掃爐內(nèi)懸吊式受熱面，如屏式和對流式過熱器。當吹掃完畢時，吹灰槍自動退縮至爐外，這樣就可避免它長期處于高溫環(huán)境下而燒壞。表4-28列出了國產(chǎn)吹灰器與一些國家吹灰器主要特性比較。從表中可以看到這些吹灰器吹灰行程在3.48-10m。對于更大容量鍋爐，爐膛寬度可達20-30m,吹灰器要水平移動約12-17m。據(jù)介紹美國有一種長行程吹灰桿，不需要任何特殊支撐，只需控制噴嘴的推進型線，使噴嘴在橫穿過各懸吊受熱面時，其總的弧垂不超過254mm。支撐吹灰桿的腔體，亦只需710mm深就夠了。圖4-37為國產(chǎn)長伸縮式吹灰器，主要由閥門、啟閉機構(gòu)、工字梁、跑車、轉(zhuǎn)動密封結(jié)構(gòu)、密封支架、吹灰內(nèi)管和吹灰槍等幾部分組成。吹灰器主要性能指標見表4-28中第一行。A13.轉(zhuǎn)動卿封機構(gòu)13.轉(zhuǎn)動卿封機構(gòu)2品聞機構(gòu)6.工字架7.吹衣椅億車B.密封支架吹灰動作。噴頭伸進時的軌跡吹灰動作。噴頭伸進時的軌跡圖4-37長伸縮式吹灰器吹灰器啟動后，跑車即沿工字梁向前移動，當吹灰槍噴頭離開爐墻進入煙道一段距離后，吹灰吹灰器啟動后，器閥門自動開啟，進行吹灰。吹灰槍的行程依靠安裝在工字梁兩端的行程開關(guān)控制。當跑車前進到觸及前端行程開關(guān)時，電動機即反轉(zhuǎn)，跑車退回，吹灰槍噴頭退到距爐膛適當距離時，閥門自動關(guān)閉，停止吹灰；到跑車觸及后端行程開關(guān)時，吹灰器回到起始位置，電源切除，吹灰器完成了一次當跑車前后移動時，吹灰槍一邊前進（或后退），一邊轉(zhuǎn)動，作螺旋運動。吹灰槍噴頭上的兩只拉伐爾噴嘴沿螺旋線軌跡將兩股流體射向?qū)α魇軣崦妗＿@種吹灰器上有專門的調(diào)節(jié)機構(gòu)，以使吹灰器伸進和退出時的軌跡恰好錯開約1/4節(jié)距（見圖4-38）， 退回時的軌跡第4頁共28頁圖4-38吹灰器噴嘴進、退軌跡錯開示意示意圖從而用盡可能少的吹灰介質(zhì)，收到盡可能高的吹灰效果。圖4-38吹灰器噴嘴進、退軌跡錯開示意圖■1在使用同樣的吹灰介質(zhì)流量和壓力下，吹灰效果的好壞與噴嘴結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。目前，廣為使用的噴嘴基本形式有：直角直孔型、漸縮直孔型、文丘里型和拉伐爾型噴嘴。其中直角直孔型噴嘴由于內(nèi)部的熱膨脹不夠完全，使得射流在離開噴嘴后，有一向外擴張的作MS用，使得射流的有效吹掃范圍較大，而其速度較低，所以它通常適用于吹掃大面積管簇和疏松積灰。由于介質(zhì)噴射速度較低，因此對爐管危害性也較小。漸縮直孔型噴嘴具有較高的噴射效益，它的噴射特性與直角直孔型是相近的。文丘里和拉伐爾噴嘴由于其漸擴部分的斷面將介質(zhì)的內(nèi)能最大限度地轉(zhuǎn)化為動能，介質(zhì)離開噴嘴后，形成狹長的高kl國4-29蕊汽吱荻哽啞速射流，它對結(jié)實積灰的吹掃效果較好，一般都采用這種形式噴嘴。圖4-39為幾種不帶水冷蒸汽吹灰噴嘴結(jié)構(gòu)。為了獲得充分的吹掃，噴嘴在吹灰桿上的安裝角度及其組合形式與被吹掃管簇的排列方式有關(guān)。圖4-40和圖4-41示出了長伸縮式吹灰槍上噴嘴的不同組合方式。對于布置較密集管排，噴嘴與伸縮桿垂直，而對于布置大節(jié)距管屏，噴嘴安裝應與伸縮桿成一定傾斜角。ca3團于■1在使用同樣的吹灰介質(zhì)流量和壓力下，吹灰效果的好壞與噴嘴結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。目前，廣為使用的噴嘴基本形式有：直角直孔型、漸縮直孔型、文丘里型和拉伐爾型噴嘴。其中直角直孔型噴嘴由于內(nèi)部的熱膨脹不夠完全，使得射流在離開噴嘴后，有一向外擴張的作MS用，使得射流的有效吹掃范圍較大，而其速度較低，所以它通常適用于吹掃大面積管簇和疏松積灰。由于介質(zhì)噴射速度較低，因此對爐管危害性也較小。漸縮直孔型噴嘴具有較高的噴射效益，它的噴射特性與直角直孔型是相近的。文丘里和拉伐爾噴嘴由于其漸擴部分的斷面將介質(zhì)的內(nèi)能最大限度地轉(zhuǎn)化為動能，介質(zhì)離開噴嘴后，形成狹長的高kl國4-29蕊汽吱荻哽啞速射流，它對結(jié)實積灰的吹掃效果較好，一般都采用這種形式噴嘴。圖4-39為幾種不帶水冷蒸汽吹灰噴嘴結(jié)構(gòu)。為了獲得充分的吹掃，噴嘴在吹灰桿上的安裝角度及其組合形式與被吹掃管簇的排列方式有關(guān)。圖4-40和圖4-41示出了長伸縮式吹灰槍上噴嘴的不同組合方式。對于布置較密集管排，噴嘴與伸縮桿垂直，而對于布置大節(jié)距管屏，噴嘴安裝應與伸縮桿成一定傾斜角。ca3團于tj^UE力1J7-1翻HP和CbJ胃WUI力0.78-1.27MPa*frB用干草丸圧h1 Q?MPn圖4-40縱向管距排列緊密管簇采用圖4-41寬縱向管距管屏采用

的對向直角噴嘴的帶傾斜角噴嘴表4-28國產(chǎn)吹灰器與國外吹灰器性能比較型號（生產(chǎn)國）伸縮行程（m）噴頭運動參數(shù)吹灰介質(zhì)參數(shù)選用電機結(jié)構(gòu)特點資料來源移動速度（mm/min）轉(zhuǎn)速(r/min)武鍋T200-17吹灰器5688015.4汽源：p=1.96—3.92MPa,t=350°CJ02-12-1T2型0.6kW910r/min單馬達驅(qū)動，采用新型密封結(jié)構(gòu)和閥門結(jié)構(gòu)，移動靠齒輪齒條380410Pargo型吹灰器（波蘭）6.075.975.48121022.1max汽源：p=15.30MPa1t=460C減壓后max氣壓BZTKr22b0.6kW2670r/min單馬達驅(qū)動，移動靠齒輪齒條750830550淮南電廠orII-0H-63吹灰器（前蘇聯(lián)）不詳—12.82汽源：1.96-3.92MPatmax=350C兩只電機：轉(zhuǎn)動0.27—0.4kW移動 1kW轉(zhuǎn)速1410r/minOIIK-8-62的改進型，雙馬達驅(qū)動，移動靠鏈條765HOP-KINSON吹灰器（英國）4.54.71495/17954.95/5.95汽源：p=3.92MPatmax=350C兩只電機：0.33馬力（0.242kW）雙馬達驅(qū)動，馬達固定，靠一根空心方軸傳遞轉(zhuǎn)動運動，移動靠鏈條，轉(zhuǎn)動密封使田效果好不詳青州造紙廠EA-48型吹灰器（日木）51070/12905.3/6.40.25kW單馬達驅(qū)動，馬達固定，鏈條轉(zhuǎn)動500勝利煉油廠IK吹灰器RSB-53型吹灰器（日本—10及以上220020汽源：1.96MPa以上，噴射壓力0.69—1.72MPa1.1kW單馬達驅(qū)動，馬達固定，轉(zhuǎn)動運動行靠一根空心方軸傳遞，移動靠齒輪齒-條 不詳廠樣本吹灰器采用單側(cè)布置或雙側(cè)布置，需根據(jù)各鍋爐間距等具體條件決定。單側(cè)布置的吹灰器數(shù)量要比對稱少一倍，管道系統(tǒng)也簡單，但是要求鍋爐附近有足夠的空間位置。當鍋爐的同一側(cè)需要布置數(shù)臺吹灰器時，相鄰吹灰器的間距應按吹灰器的有效半徑考慮。吹灰器噴嘴和被吹掃的受熱表面的最小距離一般應小于350mm。若因結(jié)構(gòu)布置條件所限，不能滿足這一要求時，應在靠近吹灰槍的第一排管上裝保護瓦，以防受熱面管的磨損。同時應考慮到因溫差導致的膨脹不均，保護瓦不宜直接焊在受熱面上。彎管式吹灰器圖4-42為美國發(fā)明的彎管式吹灰器，其特點是結(jié)構(gòu)較緊湊：吹灰管是彎曲的，當抽出時，與煙道爐墻成一定角度，這樣當吹灰裝置退出時，占據(jù)的位置就較小。這種結(jié)構(gòu)能保證噴嘴頭具有很大的行程，而裝置的安裝尺寸較小。圖4-42圖彎4管-4式2吹彎灰管器式結(jié)吹構(gòu)灰示器意結(jié)圖構(gòu)示意

第6-頁共--28-頁--1—吹灰管，2—傳動裝置，3—導軌，4—噴嘴頭，

5—噴嘴頭移動的軌道，6—壓縮空氣軟管固定式吹灰器(1)輻射受熱面的吹掃圖4-43為吹掃水冷壁及屏式過熱器的扇形射流吹灰裝置。它可以成任意角度安裝于爐內(nèi)任何位置，一般固定于爐墻或鋼架式受熱面上。這種吹灰裝置的吹掃介質(zhì)通常采用蒸汽，也可用水和壓縮空氣，其冷卻系統(tǒng)可與爐內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)并聯(lián)，噴嘴擴散角B—般設(shè)計成4°8°其噴嘴進口寬度h決定于所要求的射流厚度，噴嘴斷面與引入管道斷面比以0.25-0.3為宜。這種噴嘴可產(chǎn)生垂直于吹灰裝置軸線的最大擴散角為180°的平面射流，噴嘴與被吹掃受熱面的相對距離最小可調(diào)整到25-30mm,這樣可以有效地利用射流的動能。為了保證噴嘴的安全運行，在冷卻介質(zhì)的通道內(nèi)裝隔板，使得噴嘴得到更好的冷卻。在使用中應控制吹掃與冷卻介質(zhì)之間的溫差不超過40-60°C，以防止噴嘴遭受過大的熱應力。實驗測試結(jié)果表明，壓力為1.18MPa的水，可以產(chǎn)生噴射角Y=0-180°、半徑約為4.5m的平面射流。在這種情況下，蒸汽耗量為6kg/s。如果產(chǎn)生半徑約為3-4m平面射流時，則蒸汽耗量可減至3.5kg/s。在實際應用中，吹掃持續(xù)時間一般取為8s左右。每天吹掃次數(shù)和噴嘴前壓力的大小，可根據(jù)具體要求加以調(diào)整。a圖4-圖4-水冷壁a圖4-圖4-水冷壁冷壁扇形吹灰裝置1，，3土吹掃介質(zhì)質(zhì)進口,口管，板一隔板(2)尾部受熱面的吹掃尾部受熱面的清掃，通常采用鋼珠吹灰較為有效。在尾部各段受熱面之間距離較小的情況下，也可用蒸汽或壓縮空氣吹灰，由于這些區(qū)域的煙溫較低，可以采用多噴嘴、不退出的吹灰桿結(jié)構(gòu)。尾部受熱面固定吹灰噴嘴一般有三種形式，第一種為圓柱形噴嘴射流。這種噴嘴使用參數(shù)為p=8.82MPa，t=450C蒸汽時，射流剛射出噴嘴就有較大的擴散。因此，安裝這類噴嘴時， 圖4-44長方形噴嘴射流要與爐管稍稍錯開，以免爐管受到磨損。第二類為拉法爾噴嘴。其結(jié)構(gòu)為喉部直徑d=30mm，噴嘴擴大部分長度L=300mm，開口角為5°這種噴嘴出口射流細而狹長。第三類為長方形噴嘴，在臨界壓力以內(nèi)，如長方形噴嘴出口截面的短邊與長邊之比a:b=1:4時，則產(chǎn)生垂直于長邊的、開口角為135°的扇形射流，并且射流擴散角隨著a:b的增大而增大。圖4-44為長方形噴嘴射流擴展示意圖。三、聲波吹灰

聲波吹灰原理聲波吹灰的機理是邊界層在聲振動作用下形成斷續(xù)，斷續(xù)的性質(zhì)由近爐墻區(qū)的壓力場和摩擦力相互作用所決定。邊界層的斷續(xù)伴有煙氣逆向流動。煙氣流的聲振蕩周期性地改變邊界層中的壓力縱向梯度。這種不穩(wěn)定流動使微粒難以在筒體表面沉積，而且可能破壞以生成的沉積物。聲波發(fā)生器一般采用低頻率聲波(20-400HZ)和次聲波(20Hz以下)，次聲波在聲強較小的情況下仍能取得較好除灰效果，因而在鍋爐對流受熱面，鍋爐煙道及其它易觸及的區(qū)段上應用更廣泛。但是也應該指出，在技術(shù)上使次聲波強度提高要比低頻率聲波更困難。在煙氣中開始出現(xiàn)作用的聲強臨界值為135-137dB,實際使用的聲波發(fā)生器聲強一般在140-145dB。聲波發(fā)生器周期運行，即每隔一段時間，聲波發(fā)生器工作一次，表4-29列出了燃用不同類型燃料時，聲波發(fā)生器工作周期。表4-29燃料種類使用周期(S)間隔時間(min)煤，重油10—205—10樹皮，木片，垃圾10—202—5聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖4-45為典型聲波發(fā)生器，它由外殼和頂蓋組成，膜片壓緊在外殼和頂蓋中間。外殼上裝有傳播器。從膜片底座下送給的壓縮空氣使膜片開始振蕩，同時在周圍的介質(zhì)中形成聲震蕩，這種振蕩在傳播器中擴大。孔是冷卻膜片和傳播器的通風孔，在聲波器工作間隙起冷卻作用。短管使聲波器膜片空隙空氣流通。箱殼中填有隔音材料。根據(jù)聲波發(fā)生器使用條件，外殼、頂蓋和傳播器既可用鑄鋼材料制造，也可用不銹鋼材料制造。圖4-46為安裝在鍋爐上的另一種發(fā)生器裝置，聲輻射器、電動機和諧振管用彈簧拉桿懸吊在梁上。發(fā)生器的安裝要使管子出口截面的距離達0.5m。諧振管長度應等于1/4聲波的長度，即當頻率為20Hz左右發(fā)聲時,直徑為0.4m的諧振管的長度應是4m左右。這種發(fā)生器可以保證容積15X15X15m3空間內(nèi)受熱面除灰工作，發(fā)生器可以安裝在溫度達1000的煙氣流中清除受熱面積灰。表4-30列出了KVB公司生產(chǎn)的支波發(fā)生器技術(shù)參數(shù)。圖4-46鍋爐上安裝聲波除塵器i芒舞空氣1——外殼，2——頂蓋，3——圖4-46鍋爐上安裝聲波除塵器i芒舞空氣1——外殼，2——頂蓋，3——膜片，4——傳播器,5 孔,6 短管，7 箱殼1 聲輻射器，2 電動機，3 諧振管,4一梁,5——彈簧拉軒，6——煙道臂，7——除灰表面邊界聲波吹灰注意問題聲波吹灰法具有投資低、清灰效果好，可以影響沉積物生成機理、防止和延緩沉積物形成，鍋爐部件幾乎不產(chǎn)生熱應力的作用等優(yōu)點。但使用聲波發(fā)生器時，應明確規(guī)定聲發(fā)聲器在工作聲強允許標準內(nèi)。圖4-47為人體允許承受聲強與頻率的關(guān)系。從圖中可以看到，隨著頻率的降低，對人體有影響的聲強允許值增加，但必須指出2-15Hz的聲波會使人體內(nèi)部器官產(chǎn)生危險的諧振現(xiàn)象，應當盡量避免。四、脈沖燃燒噴射法除灰脈沖燃燒噴射法是利用甲烷、氫氣、乙炔等高反應性能的燃料，在特制的紊流管內(nèi)使之產(chǎn)生爆燃，爆燃火焰以音速或超音速從脈沖燃燒室噴出，利用脈沖波清除受熱面上的沉積物。用沉積物的膨脹速度(膨脹速度定義為灰渣微粒開始脫離沉積層的速度)表示沉積層與受熱面粘接牢固程度。顯然，當膨脹速度越大時，沉積層粘接越牢固。對不同類型沉積層，膨脹速度數(shù)值為松散沉積物，其膨脹速度為&0m/s；弱粘結(jié)沉積物，其膨脹速度為io-35m/s；中等粘接沉積物則為40-100m/s。用脈沖燃燒室中噴出的單位脈沖波強度J°作為清除沉積物能力的度量，則對不同沉積物極限膨脹速度與J0的關(guān)系示于表4-31中。清理半徑R定義為：在單位脈沖波強度時從脈沖燃燒室噴出的射流及沖擊波能對沉積物構(gòu)成作用的范圍。R的數(shù)值為：粘接沉積物R=2.2-5.0m,對松散沉積物R=8-10m,對多個噴嘴燃燒室，則應將R的數(shù)值乘以噴口數(shù)。有了上述基本數(shù)據(jù)后，脈沖燃燒室混合氣體熱量按下式計算：E=0.06JaR (4-88)0式中，E為混合燃料熱量(KJ)。脈沖燃燒室體積：E (m3) (4-89)V=()Q耳V1- -3.3U2.5P式中，UH為氣體燃料常規(guī)燃燒速度(m/s),Q為燃料熱值(kJ/m3)，耳為混合氣體燃料化學量。H對清除鍋爐受熱面局部沉積物的脈沖燃燒室，其體積不應大于2-2.5m3。對灰渣沉積物沿煙道相對均勻分布情況，建議采用體積不超過1m3的幾個燃燒室。(4-90)對直徑為0.15-0.25m范圍的脈沖燃燒室，其長度按下式計算：(4-90)Lm式中，d為噴嘴直徑(m)，n為噴嘴個數(shù)。射流從脈沖燃燒室噴出后的有效長度L是保證清除膨脹速度為U的沉積物的有效作用范圍。實p踐經(jīng)驗表明，當清理半徑R與有效長度L滿足下列關(guān)系時，可保證受熱面上沉積物能被均勻清除：表4-30KVB公司生產(chǎn)聲波發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)頻 率220Hz工作氣壓0.412-0.549MPa耗氣量：18.9X10-3-37.8X10-3m3/s工 作

表4-31極限膨脹速度與脈沖波強度J關(guān)系oU (m/s)J(N?s/m2)57.5108.5259.0359.5501010012.3表4-32燃料化學式燃燒速度(m/s)在空氣混合氣體中可燃氣體的濃度正常燃燒速度(m/s)燃燒的熱f(KJ/m3)氫H228000.31.610800甲烷CH421500.0950.28-0.435850丙烷CH3826000.040.391300丁烷CH41026000.03120.3118740乙炔CH22000.0771.059100R=(0.5-0.6)L(4-91)當R"L時，射流有效長度L太小，不能保證受熱面上沉積物均勻清除。有效長度L按下列方法確定：按下式算出脈沖燃燒室斷面上氣流初始速度uo=0.8d(1--3.3吟］ (4-92)計算射流馬赫數(shù)：Ma=U『C (4-93)式中，C為煙氣溫度下的音速，按下式確定：20(4-94)20(4-94)其中，T為鍋爐煙氣溫度(K)。⑶用M值，按圖4-48查出系數(shù)入2。圖4-47圖12011010020(Hz)405060010642入2246810馬赫數(shù)M⑷根據(jù)沉積特人體確1圖4-47圖12011010020(Hz)405060010642入2246810馬赫數(shù)M⑷根據(jù)沉積特人體確1定膨脹速度頻率關(guān)系p(5)根據(jù)U/U值和入2值，由圖4-49查出L/r數(shù)值,p0出射流有效長度L。圖4-48—48速沖燃燒赫數(shù)數(shù)關(guān)關(guān)系系r為脈沖燃燒室管道半徑。已知r,便可算圖4圖-449-4用9于確用于定確脈定沖脈燃沖燒燃室燒射室流射長流度長的度曲的線曲圖線圖A—弱磨蝕性灰，B―等磨蝕性灰表4-32列出了常規(guī)氣體燃料的正常燃燒速度及爆燃速度值。五、氣力吹灰對受熱面壽命的影響氣力吹灰對受熱面的磨損蒸汽或空氣吹灰器，如果安裝位置不當，會引起鍋爐管子的嚴重磨損。如前所述，當吹灰射流經(jīng)過一個噴嘴直徑距離時，射流將卷吸與射流本身的體積相同的煙氣，即射流體積約增加一倍。因此，到射流沖擊鍋爐管子時，射流大部分是由載灰的煙氣組成，吹灰器每8h約運行一次，每次吹灰約10-20s。然而，由于沖擊射流速度高且含有灰粒，這個短時間吹灰也可能產(chǎn)生管子嚴重磨損。圖4-50為吹灰沖擊速度與管子壽命曲線，試驗時使用壁厚為5mm的管子。該圖可用于確定吹灰器位置，以保證吹灰噴嘴與鍋爐管子之間距離大于最小允許值。幸運的是，高結(jié)渣性灰通常具有低石英含量，因此只是屬于中等磨蝕性灰，這將允許吹灰器安裝得更靠近鍋爐管子，從而取得更有效的吹灰效果，而不致引起鍋爐管子嚴重磨損。但對一些高石英、鈣、鈉含量的次煙煤，它既是高結(jié)渣性，又是高磨蝕性的，因此要更加注意受熱面積。將吹灰器安裝在過熱器下方靠近灰斗處會帶來嚴重問題，吹灰器離水平煙道底部或灰斗至少要有1.5m距離，否則高速吹灰射流將卷起大量粗灰粒及高磨蝕性灰粒。粗灰粒是高磨蝕性的，如果不從沉積處清除，它可能將再次被煙氣夾帶。因而在鍋爐停爐時，應盡量清除沉積在過熱器、再熱器第11頁共28頁和省煤器部位的粗灰。反復吹灰產(chǎn)生的熱應力鍋爐吹灰時，受管壁表面灰沉積層脫落及吹灰介質(zhì)冷卻的影響，管子表面溫度會發(fā)生變化，圖4-51為結(jié)渣和掉渣過程管子表面溫度變化的實測值。其溫度變化幅度達50C，時間在180s以上。(4-95)圖4-51屏過管子在結(jié)渣和掉渣過程溫度變化(4-95)圖4-51屏過管子在結(jié)渣和掉渣過程溫度變化圖4-M結(jié)渣過管子在結(jié)渣程掉渣過程溫度變化吹灰產(chǎn)生熱應力會降低受熱面的使用壽命。通常，可用允許的相對壽命參數(shù)A來衡量：gmmTOC\o"1-5"\h\zN/N / Aj j i pij1 j1[N].為jj式中，[N].為jjja—結(jié)渣過程，b—掉渣過程類型熱負荷允許變動的周期數(shù),Ta—結(jié)渣過程，b—掉渣過程管子的工作時間，.為i類型工況下管子被破壞的工作時間。pi容許熱負荷變動周期數(shù)［N］和溫度應力，波動振幅及金屬壁溫值有關(guān)。而T則與由管內(nèi)壓力所P確定的穩(wěn)定熱應力及管壁溫度有關(guān)。從式(4-95)可以看到，金屬壁溫波動大，管子長期工作壁溫高時，相對壽命數(shù)降低。第五節(jié)用水射流方法對受熱面進行吹灰的原理及裝置一、水力吹灰的原理水力吹灰的優(yōu)點蒸汽和空氣吹灰器對爐膛水冷壁和屏式過熱器進行吹掃時，吹灰管的熱負荷非常高，這常常使冷卻吹灰管所需介質(zhì)大大高于吹灰的所需量。試驗表明，吹灰管傳導的熱量是周圍煙氣絕對溫度四次方的函數(shù)，這種四次方的函數(shù)關(guān)系使得爐膛上部及屏區(qū)少數(shù)幾個吹灰器的吹灰介質(zhì)需要量遠遠大于其它吹灰器。特別是對用空氣作為吹灰介質(zhì)的系統(tǒng)，將產(chǎn)生下列不利條件：第一，要求空氣壓縮機必須能為少數(shù)幾個大流量吹灰器提供足夠的空氣，使初投資提高；第二，大流量吹灰器運行時對空氣需求量很大，這嚴重地限制了其余吹灰器同時運行。高溫煙區(qū)的吹灰對于整個鍋爐結(jié)渣和積灰控制常常是關(guān)鍵，因而它們常比其它吹灰器使用得更為頻繁。大塊灰渣常會砸落在吹灰管上，各種原因引起吹灰介質(zhì)減少或中斷也會使這些吹灰管迅速過熱。再則，對高粘結(jié)性灰，蒸汽吹灰或者空氣吹灰往往效果不佳。水吹灰則不存在上述問題。首先，水吹灰對高溫受熱面上任何機械強度的灰渣都能進行卓有成效地吹掃。從式(4-87)可以看到，吹灰沖擊壓力直接正比于沖擊介質(zhì)的密度，而水的密度至少要比空氣、煙氣或蒸汽高近千倍，顯然水射流具有高得多的沖擊力。冷水將導致灰渣塊碎裂，灰渣與水冷壁粘結(jié)疏松，大沖擊力和猝冷作用使水吹灰能清除強粘結(jié)硬灰。其次，水吹灰器可以利用廉價的工業(yè)水，水射流的射程較遠，因而可以減少吹灰器的數(shù)量。與空氣和蒸汽吹灰相比，水射流相對速度較低，這排除了管子被磨損的危險。最后，水吹灰器能夠破壞管子上的第一層積灰，因而減少了結(jié)渣的傾向。水力吹灰的原理水力吹灰具有較高的沖擊力，熾熱灰渣受水猝冷破碎，并從管子上脫落。水力吹灰器一般安裝在垂直于水冷壁的爐外支架上，其端部裝有噴嘴。使用時吹灰桿邊旋轉(zhuǎn)邊伸入爐內(nèi)，當其端部到達一定深度時水門自動開啟，壓力水從帶有后傾角的噴嘴內(nèi)以與水冷壁成一定夾角的方向射向水冷壁渣層，吹灰桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)著前進，射流以吹灰桿為中心由內(nèi)向外作螺旋狀掃過。到達終點后，反向開關(guān)把吹灰桿的移動方向倒過來，仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，射流在壁面上形成收縮的螺旋線。由于射流吹掃直徑隨著吹灰桿的行程在不斷擴大或縮小，這將導致吹掃工況發(fā)生下列變化：(1)由于衰減的影響，射流沖刷水冷壁管的動量隨著螺旋線的張大而減弱，再隨著螺旋線的收斂而加強；射流掃過水冷壁面的速度隨著螺旋線的張大而加快，再隨著螺旋線的收斂而減慢。沖刷力和掃過速度對清渣效果和交變熱應力有很大關(guān)系。顯然，按一定工況設(shè)計的吹灰器如能滿足吹灰桿行程中某一端的條件，則在其另一端就必須大大偏離原設(shè)計的要求。一般可采用兩種手段來使吹灰工況均勻化：一種是采用一個受吹灰桿行程控制的水門使噴嘴前的水壓隨著吹灰桿進入爐內(nèi)而增高，并隨著其退出而降低，從而保持水冷壁管的射流動量不變。另一種是采用變速裝置使吹灰桿的旋轉(zhuǎn)速度隨其前進的行程而減慢，并隨其退出行程而加快，從而保持不變的射流掃過速度。使用水力吹灰器后，爐內(nèi)溫度水平及燃燒狀況會發(fā)生什么樣的變化呢？是否會造成鍋爐滅火？下面以某國產(chǎn)200MW鍋爐為例加以分析。該爐為HG670/140-7型鍋爐，超高參數(shù)一次再熱自然循環(huán)汽包爐，燒阜新劣質(zhì)煙煤，煤質(zhì)數(shù)據(jù)為Ay=37.6%,Wy=20%,Vy=39%,Qy=12.12mJ/kg，灰熔點溫度為t=1150°C,t=1210°C,t=1250°C。QDW 123該爐在燃燒器區(qū)域上部嚴重結(jié)焦,造成爐膛出口煙溫升高,過熱器管壁超溫,影響了鍋爐出力,甚至被迫停爐清渣。為此,安裝了12臺水吹灰器,每次程控投入2臺,水力吹灰器吹掃時進退一次為6min40s,實際噴水時間為4min。12臺水力吹灰器全部投用需40min，該水力吹灰器噴水量為453-480kg/min。按上限計算，在40min內(nèi)噴水吸熱為：Q=(2.875-0.084)X480X4X12=64.3X103MJxr式中，2.875MJ/kg為大氣壓下、溫度為200C時過熱蒸汽焓，0.084MJ/kg為大氣壓下、溫度為20C時水焓。在40min內(nèi)燃燒發(fā)熱量為(按設(shè)計阜新劣質(zhì)煤計算)：Q=12.14(MJ/kg)x171100(kg/h)x虹=1.385x106MJr60Qxr/Qr=0.046，即噴水吸熱量僅為燃燒發(fā)熱量的4.6%。xrr實際上吹灰器的投用是間斷的，而燃煤的投入是連續(xù)的，爐膛及爐墻在長時間內(nèi)積累的巨大的熱容量可以瞬間把水化為蒸汽，除了被水噴掃到的水冷壁有局部降溫外，整個爐膛及燃燒器區(qū)域的溫度變化是很小的。對燃燒器區(qū)域8個看火孔進行火焰溫度測量也證實了上述分析，因此水吹灰器投入不會破壞穩(wěn)定燃燒工況。阜新劣質(zhì)煙煤Wy=20%,燃煤量為171.1t/h，如不考慮空氣中水份，入爐總水份量為34.22t/h,水力吹灰器噴水量為6.8-7.2t/h,假如將7.2t/h水全部注入171.1t/h鍋爐煤中，水份變化為24.3%,即水份提高了4.2%。實際上入爐煤在雨季中水份變化完全達到甚至超過24.2%，上述水份的變化在正常的波動范圍內(nèi)。以上分析已為實踐證實。燃燒器區(qū)域投用水力吹灰器噴水清渣，只要布置得當不會影響正常燃燒，更不會使鍋爐滅火。二、水力吹灰對受熱面的熱沖力及所產(chǎn)生的熱應力高溫受熱面管壁在水射流沖擊下溫度變化水吹灰器具有許多優(yōu)點，但是長期使用它，管子金屬會經(jīng)常受到交變應力的作用，是否會產(chǎn)生管子熱疲勞失效及外部腐蝕等問題的擔心妨礙了水吹灰器的普遍使用。為了消除這種疑慮，曾進行

了大量的實驗研究。假定水冷壁管溫度為345C，而在水吹掃瞬間管子表面溫度降至25C，管子金屬導熱系數(shù)取入=46.51W（m?C），對流放熱系數(shù)a取為無窮大。用數(shù)值計算法，求出不同吹掃時間，離管表面不同深度處金屬溫度，計算結(jié)果列于表4-33中。從表中可以看到，當吹掃介質(zhì)與管壁接觸時間不超過0.03s時，管子表面溫度降低僅在離表面2mm厚度的范圍以內(nèi)。用轉(zhuǎn)速為40r/min,噴嘴前給水壓力為0.25MPa的水力吹灰器吹掃爐內(nèi)水冷壁,吹掃18s后，爐管表面溫度降低為200-200C，而在離表面深度2mm處溫降不大于60C。如吹掃時間減少到4s,則爐管溫度降低為100C，在離表面深度2mm處溫度降低25C。用帶多噴嘴頭的短旋轉(zhuǎn)伸縮式水吹灰器吹掃水冷壁，吹掃時間4s,水流量由3t/h增至30t/h時，爐管表面溫度變化約100C，而離爐管表面2mm處溫度變化僅20C。計算和測量表明，水流射到爐管上所引起爐管溫度降低，并不是在管子全部壁厚上，而僅是在不深的表面層內(nèi)。因此，即使爐管表面溫差很大，亦不至于導致破壞應力產(chǎn)生。表4-33離管表面不同深度處金屬溫度?距離（mm）0.51.02.03.04.05.0時間（〕卜、溫度（C）0.0122493323453450.0241892993453450.0481502473303450.073108215312340345345圖4-52為旋轉(zhuǎn)伸縮水力吹灰器吹掃水冷壁時，管壁溫度變化測量值，水射流以200°C/s速率將管壁溫度352C降低到252C,而幾乎以同樣速度恢復原數(shù)值。試驗發(fā)現(xiàn)低碳鋼在16000次熱沖擊后,有0.1mm深裂紋形成，其后，裂紋擴展減慢，在64000熱沖擊后，裂紋并沒有明顯加深。該試驗也證明了管壁溫度劇裂變化主要在管壁不深表面層內(nèi)。熱沖擊的原理溫度較低的水流噴射到處于飽和溫度的水冷壁管上，產(chǎn)生一種激冷作用，使管皮的溫度急劇下降，當射流掃過后，管皮的溫度又很快上升，而且由于灰清除后，傳熱條件改善，管皮溫度一般要05時間（S）10°C度溫管壁冷水05時間（S）10°C度溫管壁冷水熱應力的大小同管皮的冷卻程度、冷卻范圍以及作用時間等因素有關(guān)。根據(jù)國外研究結(jié)果，溫度變化的幅度決定于噴射到并殘留于管子表皮上的水滴蒸發(fā)吸收的熱量。對于溫度為260-370C管子，被蒸發(fā)水量約占到其表面水量的7.5-10%，而噴射的水量則又與水壓、噴嘴直徑、掃過速度有關(guān)，是個多變量的函數(shù)，而且它還受管子表面結(jié)渣狀況，脫落的難易等隨機因素影響。圖4-52雙噴嘴水吹灰器對管壁第水冷頁共28頁

確定熱沖擊的最直接有效的方法是直接測量吹灰過程中管壁溫度變化，圖4-53為某670t/h鍋爐水吹灰過程管壁溫度實測值，根據(jù)溫度變化即可用分析方法確定熱沖擊下的熱應力。國外也有全用數(shù)學模型求解溫度變化及熱應力的，根據(jù)鍋爐管子在不同應力下熱疲勞損壞前所能承受的溫度交變次數(shù)，即可算出管子的使用壽命。)時間（S）圖4-53670t/h鍋爐水吹灰過程中壁溫變化（負荷160—180MW，水溫58C）管壁上的灰渣層對減緩熱沖擊有顯著作用，水射流沖擊時，灰渣層首先被冷卻，管壁必須通過灰渣層向外散熱才得以冷卻，灰渣層的導熱系數(shù)很小，這減緩了管壁溫度變化速度和變化范圍。圖)時間（S）圖4-53670t/h鍋爐水吹灰過程中壁溫變化（負荷160—180MW，水溫58C）對爐管熱沖擊影響最重要的因素是水射流的流量大小。流量越大，蒸發(fā)潛力就越大，則熱沖擊也越大。因此，噴嘴面積的大小要設(shè)計得當。如果噴嘴太小，吹掃不干凈；過大，則產(chǎn)生較大的熱應力，而且吹掃介質(zhì)的消耗量也增加。吹掃介質(zhì)的壓力和溫度對熱沖擊的影響是不大的。水壓力由0.69MPa增至1.52MPa時，壁溫的平均變化只有6C；水溫由15.5C增至65.5C時，熱應力也只略有減小，即使在冬季接近冰凍的河水對熱應力影響也是不大的。由于熱沖擊出現(xiàn)的疲勞壽命問題圖4-55為西德SA210鋼材、外徑①51mm水冷壁管受熱沖擊時管子設(shè)計疲勞壽命。對某一吹掃對象，首先估算出在每天吹掃中，爐管受沖擊的次數(shù)。由圖左邊曲線，以機組總壽命時間，可查得總共熱沖擊次數(shù)。同時由右邊曲線，可得到適宜的吹灰器操作參數(shù)，或是吹灰桿轉(zhuǎn)速或是允許最大水流量。由此再確定噴嘴尺寸大小和吹掃水壓，并參照運行經(jīng)驗，看相對吹掃能力是否足夠，以最后確定噴嘴大小和吹掃水壓。動波度溫面表壁管(ax10030020000.30.40.50.60.70.80.91.0吹灰壓力(MPa)200動波度溫面表壁管(ax10030020000.30.40.50.60.70.80.91.0吹灰壓力(MPa)200C°100((b)° _O_h1■do3Illi10.30.40.50.60.70.80.9吹灰壓力（MPa）圖4-54水力吹灰時，金屬管表面溫度最大波動曲線（a）對清潔管吹灰時變化曲線，（b）對沾污管吹灰時變化曲線（清掃后1h）1至4—噴嘴直徑分別為25，16，12和8mm時的變化曲線數(shù)次環(huán)循數(shù)次環(huán)循圖4-55SA210鋼水冷壁設(shè)計疲勞壽命圖4-56為鍋爐上輻射區(qū)水冷壁的計算壽命與吹灰間隔時間關(guān)系。根據(jù)結(jié)渣狀況，確定吹灰周期和水吹灰器噴嘴直徑，便可從圖上確定不產(chǎn)生疲勞裂紋的機組運行時間。用水壓力吹灰器以某一鍋爐管子進行吹掃試驗，試驗時吹掃周期縮短了300倍，即每5min啟動一次。在每次吹掃后，經(jīng)5min爐管溫度恢復，又接著進行第二次吹掃，每次吹掃時間為18s,在總共950h內(nèi)，吹灰器共啟動11384次，其中57h爐管處于水射流作用下。試驗后取下9個割管樣品，進行外形、宏觀和微觀檢查、顯微硬度測定、壓扁試驗、機械性能以及化學分析。結(jié)果證明，即使在比正常吹掃周期縮短300倍的情況下，水冷壁工作是完全可靠的。10 : 圖4-56鍋爐上畐射區(qū)水冷的壁計算壽命與水吹灰器吹灰間隔時間關(guān)系1—圖4-56鍋爐上畐射區(qū)水冷的壁計算壽命與水吹灰器吹灰間隔時間關(guān)系1—噴嘴直徑為8mm；1噴嘴直徑為8mm，

在掃射區(qū)的數(shù)值2—噴嘴直徑為16mm■數(shù)值4_5574-57國產(chǎn)水力吹灰器一1—減速箱，2—週節(jié)閥，3—吹灰管,4—噴嘴，5—密封機構(gòu)，6—控制機構(gòu)表4-34列出了各國水力吹灰器在熱沖擊影響下平均最大溫變幅度及管子計算壽命。從表中數(shù)據(jù)可以看到，只要水吹灰器設(shè)計正確，運行合理，水吹灰對鍋爐整個壽命不起破壞作用。三、水力吹灰器的形式及布置1.水力吹灰器的形式及結(jié)構(gòu)圖4-57為國產(chǎn)安裝于670t/h鍋爐上的水力吹灰器。吹灰器由減速箱(1)、調(diào)節(jié)閥(2)、吹灰管、噴嘴(4)、密封機構(gòu)(5)、閥門啟閉和開度控制機構(gòu)(6)等部件組成。吹灰桿以14r/min速度邊旋轉(zhuǎn)邊向爐內(nèi)伸入，噴嘴前的水壓隨著吹灰桿的行程從0.294MPa逐步升高到0.98MPa。吹灰桿后退時，噴嘴前壓力從0.98MPa降低至0.294MPa，吹灰器完成一次吹灰歷時6.67min,其中噴水時間為4.33min，吹灰器設(shè)計參數(shù)為：供水壓力1.18-1.47MPa,水溫20-60°C；噴嘴個數(shù)為1，噴嘴孔徑8mm。噴嘴后傾角5°0‘，噴水量3.6t/h。

圖4-58為國外水吹灰器結(jié)構(gòu)示意圖，這類吹灰器的吹灰壓力為0.784-1.57MPa,噴頭同時作伸縮和旋轉(zhuǎn)運動。噴頭上可以裝一個噴嘴，也可以裝兩個相對噴嘴，通過調(diào)節(jié)噴嘴處的壓力保證水射流在不同位置時均勻作用。2.影響水吹灰效果的各種參數(shù)（1）水溫水溫對吹灰效果沒有影響，而主要是對熱沖擊程度產(chǎn)生影響。但是，試驗結(jié)果表明，水溫從15°C提高70C，管壁溫度幅度僅有很小改變，這是因為熱沖擊主要是由附著于管壁的水滴蒸發(fā)引起的，它比水溫的作用要大得多。表4-34國外水吹灰的情況及計算壽命（a）（b）圖4-58水吹灰器示意圖（a）（b）圖4-58水吹灰器示意圖圖4-59排污水吹灰噴嘴結(jié)構(gòu)使用的電廠A（美國）B（美國）C（美國）阿夏芬堡（西德）梁贊（前蘇聯(lián)）燃用的煤種褐煤褐煤次煙煤褐煤褐煤水吹灰器的主要結(jié)構(gòu)和參數(shù)水源未注明河 水未注明凝結(jié)水未注明水壓（MPa）未注明1.202.061.370.780.590.59水溫（C）未注明大氣溫度未注明未注明未注明耗水量（m^min）未注明0.03未注明0.02未注明噴嘴數(shù)未注明124未注明未注明噴嘴孔徑（mm）未注明43.854.2未注明820噴嘴后傾角未注明20°20°20°未注明?10°?10°吹灰桿轉(zhuǎn)速（r/min）未注明17.117.1282未注明吹灰桿進行速度（mm/min）未注明6456452845未注明未注明全行程（mm）750110011001100未注明350吹掃時間（min）未注明未注明未注明20（其中12分噴水）未注明有效半徑（m）1.52-2.5未注明1.8-4（不同安裝位置）2.2熱沖擊的影響平均最大溫變幅度未測定?55C?44C?33C未測定50-80C180C計算管子壽命經(jīng)過計算，結(jié)論是不會出現(xiàn)管子破裂11年（每班以吹二次計）大于30年（每班以吹二次計）曾做過模擬試驗，熱沖擊3100-6500次未發(fā)現(xiàn)管子受損經(jīng)過計算，認為管子不會受損4年（每班以吹二次計）（a）吹灰器結(jié)構(gòu)，（b）單噴嘴射流軌跡;1—噴頭，2—吹灰管，3—水冷壁，4—壓力調(diào)節(jié)裝置，5—小車水壓在同樣噴嘴尺寸下，水壓提高使射流動量增加，同時還增大有效吹掃半徑，可提高清渣效果。水壓提高，熱沖擊程度有所增加，但增加幅度很小。在研制水吹灰器的過程中曾用過高達2.06MPa的水壓，但在常規(guī)水吹灰器上使用的水壓，一般在0.59-1.47MPa。噴嘴尺寸及水量噴水量是噴嘴尺寸與水壓的函數(shù)。水壓一定時，隨噴嘴尺寸增大，水射流流量增加。水流量對爐管的熱沖擊影響很大。水量大，水的汽化潛熱就大，熱沖擊顯著增大。但如果水量過小，清渣效果則降低，使爐管吹掃不干凈。噴嘴大時，射流加粗，掃過時的螺旋線也加寬。噴嘴尺寸選擇還應與吹灰桿的螺距相協(xié)調(diào)，使射流的螺旋形軌跡既無間隙，又不相互重疊。無間隙可保證水冷壁不留下螺線形殘渣，不重疊可保證一次吹掃中爐管不受到多次熱沖擊。噴嘴尺寸在4-20mm之間，國產(chǎn)吹灰器噴嘴尺寸為8mm,圖4-59為電廠常用的排污水吹灰噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴孔徑為7mm。噴嘴個數(shù)增多噴嘴個數(shù)要相應地選擇吹灰桿的螺距，以使射流軌跡不致重疊。常用水吹灰器噴嘴數(shù)目一般為1至2個。噴嘴后傾角吹灰桿的伸入深度一定時，后傾角越大，吹掃半徑越小，但射流對渣層的沖擊力越大。為了保持吹灰器的總長度在合適范圍之內(nèi)，目前一般采用小于10°后傾角。上述各項因素對吹灰效果影響是互相關(guān)聯(lián)的。在具體應用時，要根據(jù)在盡可能小熱沖擊條件下取得最大清渣效果原則，結(jié)合燃料結(jié)渣特性、水冷壁結(jié)構(gòu)等進行分析和選型。爐膛水力吹灰器布置水力吹灰器應根據(jù)吹灰器吹掃半徑，爐內(nèi)結(jié)渣嚴重部位進行布置。對HG670/140-7型鍋爐及其類似的爐型，燃燒器區(qū)域可沿其中部向上布置水力吹灰器，每層布置4-10臺，每層之間相距3m左右，每臺之間相距4-5m，吹灰器布置位置見圖4-60。四、摻水吹灰器原理摻水吹灰是在用蒸汽或空氣為介質(zhì)的吹灰器中摻入一部分水。如本節(jié)第一小節(jié)所述，對高煙溫區(qū)吹灰器，為了保證吹灰桿冷卻，所需的蒸汽和空氣流量要比其它吹灰器大得多，這增加了壓縮機系統(tǒng)的投資，限制了吹灰器運行靈活性。在蒸汽和空氣中摻入水后，噴入的水能沿吹灰桿內(nèi)壁形成一層水膜，大大增加了管子內(nèi)壁的放熱系數(shù)，從而為吹灰桿提供了良好的冷卻，降低了吹灰器中介質(zhì)流量。表4-35列出了摻水和不摻水時吹灰器中介質(zhì)流量，對高溫區(qū)吹灰器，摻水后吹灰桿冷卻所要求的空氣流量顯著降低。摻水吹灰器的水流量用一套特定的水控制系統(tǒng)控制。當吹灰器伸進鍋爐時，水流量按預定的級別增加，從而維持足夠的液態(tài)水來冷卻吹灰器。吹灰器縮回時，水流量逐級減少。摻水吹灰對爐管吹掃效果與蒸汽或空氣吹灰效果基本相同，但由于使高煙溫區(qū)吹灰器介質(zhì)流量顯著減少，降低了爐管被吹掃磨損的可能性，降低了吹灰管金屬溫度，增加了運行可靠性。摻水對爐管沖擊影響見圖4-61。由圖中可以看出，在表面處溫度梯度很大，但從管子表面向內(nèi)，這一梯度迅速下降。根據(jù)溫度梯度，管子表面熱應力可以相當大。然而，這些熱應力僅局限于管子表面附近的很小區(qū)域。編號（m3/s）1-24.956X10-3編號（m3/s）1-24.956X10-33-103.304X10-311-161.841X10-317-221.09X10-323-261.04X10-327-300.684X10-3吹灰器 常規(guī)空氣流量31-3435—384.956X10-30543X103空氣流量（m3/s）1.18X10-31.18X10-31.84X10-31.09X10-31.04X10-30.68X10-30.543X10-30543X10」最大水流量（m3/s）10注：空氣流量按吹灰管冷卻要求確定圖600HGG6700i4型鍋爐水力吹灰器布置圖（圖中標號為吹灰器布置位置）使用摻水吹灰后，在過熱器處觀察到表面裂紋，但長期運行及試驗表明，這種裂紋主要位于爐管表面，并且裂紋發(fā)展隨時間增長而減慢。從表面裂紋深度發(fā)展趨勢推斷，吹灰器每天運行三次，使用20年，則裂紋的最大深度也只有1.27mm，因而摻水吹灰熱沖擊對爐管壽命可控制在允許范圍內(nèi)。五、水力吹灰器的工況設(shè)計在實行定期吹灰、渣層比較穩(wěn)定的條件下，最大溫變幅度總是出現(xiàn)在靠近吹灰器，在較遠的管子上造成的熱沖擊則小得多，但清渣程度仍能滿足要求。由于水量是造成溫變的原因，也是使渣層碎裂脫落的主要因素，為了在同樣的清渣效果下將各點的溫變幅度降至最小，以國產(chǎn)水吹灰器為例對水量進行分析研究。121面表外121面表外_____0.49210-3m3/sr{落降度溫93663810「--■■0.36610-3m3/s530'...---0.25210-3m3/sr{落降度溫93663810「--■■0.36610-3m3/s530'...---0.25210-3m3/s-IF-17.81.11.00.90.80.7半徑(cm)面表內(nèi)水流噴水終端與開丁始回掃位置吹灰桿軸線3=25°30' H圖4-61SA214-T22過熱器管在不同摻水吹灰圖4-62吹掃示意圖時壁面溫度變化曲線吹灰器設(shè)計的全程時間為6.67min,即400s。以時間T作橫坐標，整個吹灰過程是以200s為對稱軸的，所以討論可按1/2過程進行。噴水吹掃的時間是4.33min,半過程為130s,即從70至200s。為了便于討論，假定噴出的射流不擴散，水壓與時間的關(guān)系為一直線，且流量系數(shù)不變；吹灰桿轉(zhuǎn)速不變(實際上變換行程的開關(guān)動作時有一個短暫的+3-0,0—W的過程)。在射流不擴散的情況下，可用吹掃軌跡螺旋線的單位長度所得水量(dQ/dS),即線密度p來表達水量分布規(guī)律。水量Q和曲線長度S都是時間r的函數(shù)，因此可得：dQ dQ dT dQ dS (4-96)TOC\o"1-5"\h\zP= = X = /dS dT dS dT dT式中，叫為單位時間所得水量，即流量q；站為單位時間所走過的線徑，即線速度V。dT dT所以，線徑上某點的線密度等于該點流量與該點線速度之比。流量q可用下式表示：q=卩F<2g八:p+K(T-T) (4-97)121式中，M為流量系數(shù)，F(xiàn)為噴嘴喉部截面血)，g為重力加速度(m/sE,丫為密度(kg/mj,p1為起噴壓力(MPa),T1為時間(s),K2為壓力與時間的比值。將p=0.294MPa,T=70s代入式(4-97)p—p0.981—0.294K=~F= =0.0538MPa/s2T—T200—7021將式中卩f、不當作常數(shù)K0,則q=Kp+K(T將式中卩f、不0 丄 0上1 2(4-98)根據(jù)曲線長度的微分為(4-98)dS='R2+(R,)2d①式中，R=K10,R為阿基米德螺旋線的半徑，K1為半徑與角度的比值，0為吹掃角度。根據(jù)圖4-62可得：R-R 239-0-312K= 2 1 = =0.01091m/rad1 ⑷(t-t丿1.465x13021式中，R2為最大吹掃半徑(2.39m)；R1為初始吹掃半徑(0.312m)；3為角速度，14r/min，即=1.465rad/s；t-t=200-70=130s嚴為吹灰管轉(zhuǎn)過的弧度。因為0=3T所以R=K13T，R'聲6021W，dQ=wdT。將以上R、Q與T的關(guān)系代入式(4-98)，得:dS■dS—dT將式(4-99)和W，dQ=wdT。將以上R、Q與T的關(guān)系代入式(4-98)，得:dS■dS—dT將式(4-99)和(4-97)代入式(4-96)，1(K?T)2+ ?)?dT1 1?2K"T2+11得：(4-99)dQdS為計算吹掃線徑長度可將dS積分(4-100)S=52K1''T2+1dT(4-101)=丄32K21在時間T較大時(>4-5s),為了便于計算和分析，可以用T代替而不影響精確性，因此可得：T■'T2+1+In|t+*t2+1(4-102)(4-103)(4-104)二⑷RdTdQKp.+K./?K.(R-R.)dS ①R(T—R)Kf也S—RT2式(4-101)中的;卜+ 2+1比八t2+1要小得多，予以略去。利用式(4-102)、(4-103)、(4-104)等和R與T的關(guān)系，可以方便地算出T與R、S、比流q/q?和比線密度p/p2的關(guān)系。并作出圖4-63，圖4-64和圖4-65。很明顯，在設(shè)計條件下線密度分布很不均勻；離吹灰器中心線由近而遠，線密度越來越小，其原因是流量增長低于線速度的增長，p1/p2高達4.18倍。從圖4-63看出，溫變幅度的分布與比線密度分布曲線是相似的。為了使各點線密度相等，可以有三個途徑：(1)當角速度3為常數(shù)時，込_常數(shù)，即dSV1.0設(shè)p1＋K2(TKp+K(T-T)°T2L—常數(shù)fR陛密流比一匚一432/P度密線比0.8-0.60.40.2120160200T(S)(a)(4-105)圖4第-632設(shè)1計頁工共況2的8各頁曲線圖4-63設(shè)計工況的各曲線p度密線比R(m)圖4-66在線密度相等時 p 和圖4-63設(shè)計工況的各曲線p度密線比R(m)圖4-66在線密度相等時 p 和3- 曲線圖4-66在線密度相等時p-R和3-R曲線由于因此線動量p=p1+KT2丄y=pT+ KTT —2—PGT)_LC+ K 'T2—T2)1222T11212221dy dy/dT+KTp+KTT112=12dsds/dt dS/dt eR250「)200-m(經(jīng)150一線50-0——1 1 1 80120160200時間T(S)圖4-64s!圖曲線S"R曲線顯然，壓力與半徑的關(guān)系為一拋物線。如果以現(xiàn)設(shè)計的最大半徑處的線密度為準(因該處清渣效果以足夠。當然也可通過試驗確定一個合適的線密度)，則以p=0.98MPa,R=2.39m代入式(4-97)得K=1.75，再以不同的R代入，可得p-T關(guān)系于圖4-63。很明顯，p為常數(shù)的曲線與設(shè)計的曲線相比，除了一點重合外，其他各點壓力都較低，特別是初始階段的壓力差值更大。因為在流量幅度變動時，流量系數(shù)不是常數(shù)，所以應根據(jù)流量實測結(jié)果來確定各點的壓力。(2)當調(diào)節(jié)閥的特性難以符合設(shè)計要求且易損壞時，可以設(shè)計成流量q固定，而改變轉(zhuǎn)速亠=p (4-106)wR式中，q、都是常數(shù)，則3R二常數(shù)。式(4-106)的意義為，當流量不變時，為保持密度不變，必須使吹掃的線速度不變。同樣，如仍以R2=2.39m處的密度為準，則線速度3R=3R=1.465X2.39=3.5m/sxx22在采用現(xiàn)有的噴嘴、壓力固定為0.918MPa時，3和R應保持圖4-66曲線的關(guān)系。(3)可以同時變化角速度3和吹掃壓力p,以滿足吹掃徑線上每點的線密度相等。另外，原設(shè)計中吹掃線徑上單位長度所得的水動量d(mv)/dS也是很不均勻。因為m(水流質(zhì)量)和v(水速)都正比于流量q，而q又正比于，而且m還正比于射水時間T，所以mv*pT。因此單位長度所得的水流動量正比于該處所受的壓力與此壓力作用時間的乘積。假定水速不衰減，噴嘴截面積為1時，吹掃中的動量為：根據(jù)上式也可把線動量理解為吹掃線徑上某點所受的壓力與該點的線速度之比。在角速度不變時，為了便于對比，起點的線動量可表示為旦 962，端點的線動量為亠斗。在不1= =9?62 2= =419R10-312 R22.39 -計水速衰減的情況下，起點的線動量為端點的2.3倍，也是偏高的。如果水速有所衰減，線動量的分布會更不均勻。從上述分析可見，等線密度的設(shè)計，除了可使熱沖擊保持均勻并維持在低水平外，還可減少吹灰水的消耗，從而也減少鍋爐的熱損失。在燃用更易結(jié)渣的煤種而需增加吹灰次數(shù)、加大吹灰水量時，等線密度的原則就顯得更必要了。第六節(jié)用振動方法對受熱面進行吹掃的原理一、振動除灰的原理振動除灰器裝在屏式或?qū)α魇竭^熱器上，利用激振器產(chǎn)生的激振力，通過振桿使受熱面上產(chǎn)生振動，清除積灰。振動除灰器的清灰效果決定于由激振器產(chǎn)生的受熱面振動慣性力。慣性力為振動受熱面加速度與質(zhì)量乘積，對不同積灰傾向的煤種，所要求的慣性力是不同的，以加速度作為慣性力大小衡量，則對無煙煤，要求振動加速度為(3-6)X9.8m/s2。對頁巖，要求加速度為(8-10)X9.8m/s2。強迫振動頻率與管子振動某一聲調(diào)頻率相吻合時，振動系統(tǒng)所產(chǎn)生加速度和應力都達到最大值，而在各種聲調(diào)共振頻率之間的中心點上的加速度和應力值則是最小的。同時，對于所有聲調(diào)共振頻率下所產(chǎn)生的最大加速度值是不變的，而對于應力，則是除第一聲調(diào)外，隨頻率升高，共振時最大應力逐漸減小。因而振動系統(tǒng)的設(shè)計原則可考慮為在一定激振力下，大大提高強迫振動頻率，保證振動系統(tǒng)在達到最大加速度水平的同時又可降低動應力水平。二、水冷壁振動除灰裝置圖4-67(a)為安裝在水冷壁角隅上的水冷壁振動除灰裝置，它由激振器、振動桿，連接彈簧和固定懸壁梁組成，激振器每分鐘振2800次，產(chǎn)生激振力為400kg，電動機功率為10.4kW。振動桿用040mm的18H9T鋼管制成，其一端用鉸鏈與振動器相連，另一端則滿焊于水冷壁管上。振動器底座用一彈簧固定于懸臂梁上。圖4-67(b)為振動時振幅測點布置圖。圖4-68示出了沿水冷壁管高度各點測得的平均振幅。從圖中可以看到，最大振幅位于振動器上方約5m處。振幅約為850pm,向上近于爐頂處的振幅減至260-370》m。下部冷灰斗處因管子有擾度，曲率、振幅也顯著減少。當鍋爐熱態(tài)運行管內(nèi)充水時，各點振幅比冷態(tài)測量要低。該振動器每天投運二次，每次振動5-6s，運行四個月后檢查被振管子一直保持著清潔狀態(tài)，并未發(fā)生任何故障。三、屏式過熱器振動除灰裝置圖4-69為屏式振動除灰裝置的結(jié)構(gòu)，它由冷卻式振動桿柱、鑄鐵套、鑄鐵法蘭、密封套振動器組成。振動桿由076X6mm和057X3.5mm管子構(gòu)成的套管組成，其間有3.5mm寬的冷卻水通道。振動桿與屏面之間剛性聯(lián)結(jié)，它沿垂直于屏面方向傳遞激振力。振動桿用p=2.45MPa、t=120°C給水作為冷卻介質(zhì)，每根桿的冷卻水流量為1.5t/h,出口水溫為150-160C。振動支座穿墻處用填塞石棉、熟石灰的鑄鐵套管來密封，配裝振動器電機功率為0.6kW，轉(zhuǎn)速為2800r/min。為防止系統(tǒng)共振，振動器在電機達額定轉(zhuǎn)速后才投入運行。實際測量表明，靠近振動處的振幅為800-1100》m,而遠處則為200-400》m。該振動器投運后，清渣效果很好，清渣后屏過每kg蒸汽平均吸熱量增加20-30%。-27975Fi,r::if:::fH..r-:j..r<1....r\1..11「-D1.0-訐11?[V~A,B,C：理上管孑支吊和固定處圖Fi,r::if:::fH..r-:j..r<1....r\1..11「-D1.0-訐11?[V~A,B,C：理上管孑支吊和固定處圖4-67水冷壁振動除灰裝置及振幅測點布置圖(a)振動器，(b)測點布置0.0| | ill iii I I i i5791113151719212325標高(m)管i ?管2 丄管3圖4圖--64-868水水冷冷壁壁角角上上管管子子沿高度平均振幅測值的變變化化該爐在系統(tǒng)投入振動除灰總共2625h后，檢查了所有屏過管子和振動裝置原件，都處于完好狀態(tài)。經(jīng)700X103次振動循環(huán)后，在屏過上按振動應力和熱負荷最大處進行割管分析，屏過管子的機械性能沒有任何變化。四、對流過熱器振動除灰裝置圖4-70為一種安裝在對流過熱器上簡易振動除灰裝置。激振器由電動機和兩只偏心輪組成。當電動機轉(zhuǎn)速為2900r/min、偏心輪直徑為①150mm、厚為20-25mm、偏心距為20mm時，激振力可達6860N。振動桿通過托板及管耳與受熱面管子焊接(剛性聯(lián)結(jié))。由于振桿處于高溫煙氣下工作，除本身用耐熱鋼(如1Cr18Ni9Ti)制作外，尚需通風冷卻。這種振動除灰裝置在對流過熱器上使用證明，運行安全可靠，效果良好。國外試驗表明，對疏松積灰，振動除灰效果優(yōu)于蒸汽吹掃。蒸汽吹掃沿被吹掃管子的長度和周界是不均勻的，不均勻吹掃使恢復到起始狀態(tài)灰層的速度大大快于振動除灰