空预器的激波吹灰使用情况及效益分析

燃气脉冲激波吹灰技术
在锅炉回转式空气预热器使用情况及经济分析

孟宪杰 宋超翼 王咏梅
( 辽宁华电铁岭发电有限公司 辽宁 铁岭112000 )

摘 要: 文章通过多个电厂机组选用燃气脉冲吹灰装置的调研，结合本厂具体情况，寻求新的吹灰装置，并采用燃气脉冲吹灰装置替代了老式吹灰器，取得了明显的节能改造效果，值得推广。
关键词: 空气预热器 燃气脉冲激波吹灰器 堵灰 经济分析

1 概述
铁岭发电厂现安装有四台300MW发电机组，锅炉型号为HG—1021/18.24—YM4，亚临界压力、平衡通风、一次中间再热、自然循环汽包锅炉。锅炉尾部装有二台型号为29-VI（T）-1730容克式三分仓回转式空气预热器，每台空预器装有HG—DL54I—1905B型蒸汽吹灰器1台，发电机组相继于1993-1996年投产发电。
自发电机组相继投产运行，尤其是机组运行4年后，回转式空气预热器传热元件磨损、腐蚀非常严重，磨损成薄纸状后堆积倒塌，虽空气预热器传热元件定时采用蒸汽吹灰器吹灰，但传热元件堵灰现象仍非常严重，锅炉空预器漏风率高达25~35%。造成锅炉制粉系统一次送粉风、二次稳燃送风严重不足，发电机组不能带足满负荷运行。还使锅炉排烟温度高，电除尘超负荷运行，除尘效果差，维护工作量大，环境污染，影响空气预热器的安全运行及锅炉经济运行。铁岭电厂1998年开始对空预器逐台采取了改造：更换新传热元件盒，改造新型的扇形自动密封装置，空预器传热元件盒由24分仓变为48分仓，改造后空预器漏风率都在7~8%达到了空预器设计标准，一次送粉风、二次稳燃送风量、风温都有增加、提高，基本能满足机组运行需要。但在空预器改造运行半年时间后，空预器阻力逐渐增加，检查空预器传热元件盒腐蚀、堵灰较严重。分析原因，由于空预器流过烟气时会有飞灰积存，因此要经常吹扫，以保证空气预热器出口风温，满足锅炉燃烧及制粉系统制粉要求，现每台空气预热器装有蒸汽吹灰器一台，运行时每8小时吹灰一次；由于蒸汽吹灰器故障率高，运行中时常出现吹灰器吹灰管卡涩，阀门泄漏、吹灰器管堵灰等，蒸汽吹灰器故障率很大，很难投入运行，后来就干脆不投蒸汽吹灰器运行。我厂机组投产初期及空预器改造后堵灰、腐蚀较轻，但近几年随着运行时间的增长空预器传热元件盒堵灰、腐蚀明显加剧，有时空预器前后压差高达0.8~1.2kPa以上（1.2kPa堵灰压差保护限值），造成空预器阻力和漏风率及三大风机（一、二次风机和引风机）耗电量逐渐增加，严重威胁锅炉安全、稳定、经济运行。由于回转式空气预热器是由许多波纹板密集排列所组成换热面，这就给空预器的清理堵灰工作带来了较大的困难，蒸汽吹灰器又难已胜任空预器的清理堵灰工作，换热面堵灰、腐蚀一直是发电厂中较难解决的问题。
鉴于如此，有必要对现有的空预器吹灰方式进行研究，寻求新的空预器吹灰方式。

2 燃气脉冲吹灰器装置
2．1 CGP2A-III燃气脉冲吹灰器装置简介
CGPZA-Ⅲ燃气脉冲吹灰装置，能够快速、彻底、有效地清除空气预热器积灰，显著延长空预器蓄热组件的使用寿命，避免空预器冷端受热面的堵灰，防止空预器阻力增加，降低排烟温度，提高空预器的传热效率及利用率。
CGPZA-Ⅲ燃气脉冲吹灰装置是利用可燃气体（如：乙炔气、天然气等）与空气按一定比例混合后爆燃所产生的冲击波振打空气预热器波纹板片，清除受热面积灰的清灰装置，是传统吹灰装置的理想更新换代产品，燃气脉冲吹灰装置具有以下特点：
设有为防止回火专门设计的阻尼器和阻燃元件，安全可靠；可靠的流量控制技术，可以充分利用冲击波能量；运行成本低、经济性好、投资少、见效快；垂直布置，可有效地防止爆燃室积灰、积水；除灰效果明显，已有积灰的空预器上能使烟气阻力和排烟温度下降，一般可使烟气阻力下降100-400Pa、烟温可下降5-10℃；清灰有效范围大，速度快、时间短、清灰彻底；在线除灰，每天一次，一次只需50-80炮，每次要40-60min；操作简单，可实现就地操作和集控室内操作；
燃气脉冲吹灰装置与传统的吹灰器比较具有如下优点：维修工作量小；运行安全可靠；自动化程度高；容易操作；投资少见效快；清灰效果好等特点，可以在线清除空预器尾部受热面积灰，提高锅炉的传热效率。
2．2 燃气脉冲吹灰器装置工作原理
燃气脉冲吹灰装置工作原理是：通过智能型流量控制装置对气体燃料乙炔气与空气按一定比例混合成一定浓度的可燃性气体控制，由高能点火装置引爆可燃气体，爆燃气体在紊流加速管中形成高压、高速气流，由发生器产生瞬间冲击波，当冲击波作用于空预器波形板灰垢表面时，借助于气流冲击对波形板冲击振打及热能、声能综合作用使灰垢脱落。

3 采用燃气脉冲吹灰器调研论证
3．1未改造前空气预热器蒸汽吹灰器情况
营口电厂2台300MW机组锅炉尾部烟道，设计、安装了三台三分仓回转式空气预热器，预热器吹灰采用摆动蒸汽吹灰器，该吹灰器投入运行，每次吹灰后空预器前后压差基本无明显变化，排烟温度基本没变化，在空预器修时，发现灰垢沉积在传热元件中间，传热元件金属板腐蚀，部分气流通道截面完全堵死，影响预热器的正常工作，锅炉排烟温度高。
3．2安装燃气脉冲吹灰器后运行情况
营口电厂从1999年11月份在锅炉安装国网江山JSR燃气脉冲吹灰器，到今年9月份，两台炉的空气预热器已全部安装上JSR燃气脉冲吹灰器，运行时间最长的燃气脉冲吹灰器为6个月，据运行人员讲“每次吹灰后空预器两侧压差”大约降0.2~0.4kpa，排烟温度无明显变化，一次、送风机电流下降3~4安培，在投入燃气脉冲吹灰器后，空预器原有堵灰，停炉后检查，堵灰有明显减少，锅炉排烟温度降低5~8℃。
2000年12月调研山东十泉发电厂，该厂采用北京华能达公司生产制造的燃气脉冲激波吹灰装置（吹灰器），调研得到的结论是：
(1)燃气脉冲吹灰器结构简单、安装方便，该装置安全可靠，操作比较简单。
(2)该装置在1999年6月在十里泉发电厂#5炉空气预热器上投运成功，为彻底解决空气预热器传热元件堵灰问题，寻着了较好的吹灰方式。接着该厂又在#1、#2、#6、#7炉空预器上安装了燃气脉冲式激波吹灰装置。一、二次风机电耗下降4~5安培，排烟温度降低7~10℃，空预器前后压差降低0.1~0.25kpa。
另外，我们还电话调研了江苏常熟发电厂有限公司，宁夏大坝发电厂应用燃气脉冲吹灰器情况，都反映使用效果良好。
据了解燃气脉冲吹灰技术起源于前苏联，因其高效性能和高可靠性，近20年来得到了广泛的应用，20世纪90年代中期引入我国，由中科院在理论上对该技术进行了充分的消化，国内多家公司针对我国情况充分理解消化的基础上，成功地应用于工程中，经过几年来的实践证明该技术除灰效率可靠性及高。
通过调研，认为燃气脉冲激波在线吹灰装置，能够迅速、彻底、有效地清扫空气预热器蓄热组件（传热元件盒组件）内的积灰，显著延长空预器蓄热组件的使用寿命，避免空预器冷端、热端热面的堵灰，防止空预器传热元件腐蚀、阻力增加，降低了锅炉排烟温度，降低了一次、送风、引风机电流，提高了空预器的传热效率及利用率，空气预器的维护费用大大降低。
因此推荐在我厂空气预热器上安装使用CGPZA-III型燃气脉冲激波吹灰装置。该燃气脉冲吹灰装置费用低，质量好，而且投入运行后安全可靠稳定，从未发现传热元件被爆燃的气体冲击打坏变形，已经在10多个电厂的锅炉及尾部空气预热器上应用，且效果良好。

4 燃气脉冲激波吹灰装置的安装使用
铁岭发电厂2001年3月份#1机组小修，经过调研选用了北京华能达电力技术应用有限公司生产的CGPZA-III型燃气脉冲激波吹灰器，替换原A、B侧空气预热器的蒸汽吹灰器。
4.1安装技术要求
(1)清洗空预器传热蓄热片工作结束后，蓄热片见金属本色，对蓄热元件无任何腐蚀，按通光方法进行冷态验收，疏通率在95%以上。
(2)设备控制系统为PLC实现程控和手动操作。并在工业控制机上实现：
1)燃爆气温度显示及报警保护；
2)点燃状态显示；
3)甲、乙两侧电动闸阀及电磁阀开关指示；
4)燃气和空气流量显示及调节；
5)除灰次数显示；
6)具有回火、燃气温度超高报警保护功能；
7)采用高能点火器；
采用乙炔管道的自检漏、保护功能。
(3)控制柜中控制原件与柜壁保护足够的散热空间及检修空间，控制柜采用薄板弯折成型、美观、刚性好、密封好。
(4)为确保系统的安全性，乙炔进气管道设计布置双电门，一个采用电动球阀，做为乙炔进气管道乙炔开启门，保证其系统的密封性；另一个为电磁阀，及时阻隔乙炔进气管道与燃爆装置的联系，保证系统安全的灵敏性，同时，乙炔进气管道中设置逆止门，保证乙炔管道单向畅通。
(5)乙炔站、操作平台、管路布置等按甲方要求根据现场情况制作。本装置在布置风格、管路走向、外观颜色等方面要与甲方主要设备尽可能保持一致，符合达标、创一流等要求。
(6)零米乙炔站中各乙炔瓶带干式回火器，同时乙炔站中设置乙含量超2%的报警提示装置。
(7)编制燃气脉冲激波除灰装置的调试大纲、运行操作规程、检修维护要求。
(为电厂运行人员提供运行操作培训，为电气技术人员进行技术交底，直到学会为止。
4．2燃气脉冲激波吹灰器使用效果
燃气脉冲激波吹灰装置由北京华能达公司施工，3月下旬开始施工，4月初施工结束，安装验收合格，5月份投入运行。为了检验该吹灰装置的性能及对空气预热器前后压差的影响，4月30日燃气脉冲激波吹灰器投入前及投入运行三个月（9月5日）后，6个月（11月20日）后，对A、B侧空预器前后压差测量一次，并将前后测量结果进行比较，得出如下结论：
(1)第一次结论：
燃气吹灰器投入后第一次测量数值和燃气吹灰器投入前测量数值比较：
机组负荷250MW时，A侧空预器蓄热元件前后压差下降17.5Pa，B侧下降10.5Pa；机组负荷200MW时，空预器蓄热元件前后压差A侧下降34.3Pa，B侧下降10Pa。
(2)第二次结论：
燃气吹灰器投入后第一次测量数值和燃气吹灰已投入后第二次测量数值比较：机组负荷250MW以上时，空预器蓄热元件前后压差A侧下降107.5Pa，B侧下降117Pa。
经过三次测量数值结果的比较，投入后比较投入前压差都有所下降。尤其是投入六个月后，压差下降更为明显。运行现观查一次、送风机电流同负荷下比较都有下降2~3安培。停炉后我厂相关技术人员查看空预器蓄热器片上部没有积灰、堵灰现象，疏通率良好。由此，可以看出锅炉尾部空预器处安装北京华能达公司燃气激波吹灰器除灰装置投入运行后效果明显，符合技术协议设计的要求，运行可靠，是节能推广的好项目。

5.改造效果及经济分析
锅炉尾部空预器蒸汽吹灰改造为燃气脉冲激波吹灰器装置后，其节能效果比较明显，主要表现有以下几个方面：
(1)由于空预器堵灰现象基本消除，空预器烟气侧阻力下降了120Pa左右，空气侧阻力下降了100Pa，因此，一次风机、送风机耗电量都有不同程度减少，一次风机和送风机电流下降约2~3安培，如果发电机组每年按4500 h运行计算，全年一次、送风机可节电近32万kW•h，折合人民币8万元左右。
(2)空预器蓄热片严重积灰和堵灰现象基本消除，蓄热片低温端和热端压差减小，使冷端径向密封片两侧的压差得到减小，其结果是空预器漏风率降低了3%左右。同时，空预器受热面上的积灰明显减少后，传热元件外于较清洁状态，传热效率得到提高，使排烟温度下降5~7℃，空预器出口一二次热风温度均有不同程度的提高，因此锅炉效率约提高0.2%左右。若机组全年发电量13亿kW•h，每年可节约标煤800吨左右，铁岭电厂每吨煤为250元，因此每年可节约人民币20万元左右。
(3)采用燃气脉冲激波吹灰器年耗用费用比原空预器正常运行时采用蒸汽吹灰器吹灰，年耗用费用经统计可节约3万元左右。
(4)按投入产出比计算：一台炉尾部空气预热器改造为燃气吹灰器，改造费用为45万元；改造后的年维护费用耗用乙炔费用为3.5万元，改造前的维护费用及耗蒸汽费用为9万元，此系统按使用寿命12年计算。
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Rio=--------------=1 ：5.5
12×(9-3.5)
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从上述四项节能效果及经济分析来看，将锅炉尾部蒸汽吹灰装置改造为燃气脉冲激波吹灰装置，每年总计可节约人民币31万元左右，从投入产出比计算是1：5.5。综合上述比较，经济效益是比较可观的，有利于机组的安全、稳定运行，提高机组经济效益，减轻检修、运行工人的劳动强度。因此，燃气脉冲吹灰装置改造是成功的。

作者简介：
孟宪杰（1963-），男，辽宁新民人，高级工程师，从事火电厂检修管理工作。