早在1912年国外便有人提出利用声波清除受热面积灰的理论，直到70年代，该项技术的试验研究工作才得到发展。80年代中期到90年代我国研制开发了适用于电厂的声波吹灰器。1997年3月九江电厂在1号炉上成功应用了由河北国网江山电力设备有限公司研制生产的低频声波清灰除焦技术系统，随后又分别于1998年2月及1998年11月在2、3号炉上安装了该系统。本文对声波吹灰器在九江电厂的应用情况做一介绍。
锅炉的炉内燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程，燃煤特性、受热面的结构、温度水平及空气动力场工况等因素，都影响着受热面的沾污结渣程度。特别是对易沾污结渣煤种，仅依*锅炉本体设计和运行调整解决沾污积灰结渣是不够的。据测试，积灰结焦层的导热系数只有金属管壁的1／400－1／1000。灰焦的存在将极大地影响锅炉受热面的热量传递，导致排烟温度升高、锅炉效率下降，严重时还将影响锅炉的正常运行。因此，作为火力发电厂锅炉不可缺少的重要辅助设备，吹灰器的正常投运与否将直接影响到锅炉运行的安全性与经济性。我国电站燃煤锅炉大多沿用传统的蒸汽、钢珠以及水力清灰等方法，由于其设计原理及实现方式上的不足，使得传统吹灰器投入率很低，且除灰效果均不理想。
1 设备概况
九江电厂共有2台400t／h炉，2台670t／h炉，总装机容量650 MW。1、2号炉系上海锅炉厂生产的SG－400／13．7－M410型煤粉炉，设计燃用烟煤。原在锅炉炉膛出口水平烟道的对流过热器处两侧对称安装2台cc－I长伸缩蒸汽吹灰器，在炉本体左、右墙和前墙分别安装12台Rc－III型短伸缩旋转吹灰器。3、4号炉为DG670／13．7－8型煤粉炉。该炉原在燃烧器区域及上部共布置了36只短伸缩式蒸汽吹灰器，在折焰角上部布置8只长伸缩式蒸汽吹灰器，在尾部竖井布置了8只固定旋转式蒸汽吹灰器。
近几年来，由于煤质的变化，运行煤种与设计煤种不符，造成运行中的锅炉受热面经常发生不同程度的结焦现象。其中对流过热器处结焦尤为严重，形成管排与管排横向节矩堵焦，不但增加了烟道阻力，严重时使锅炉降低出力运行；同时由于热交换性能变差，致使排烟温度升高，锅炉效率降低。由于对流过热器管壁长期结焦，外壁氧化皮较厚，管子球化程度升级，机械强度下降，致使在运行中造成过热器超温而发生爆管泄漏，影响了锅炉的安全经济运行。同时每次锅炉清焦时，要耗费大量人力和物力，且有时不易清扫干净，而原蒸汽吹灰器系统由于存在操作复杂、设备故障多、维修量大等缺点，长期以来无法正常投入使用。为了解决和防止锅炉受热面在运行中结焦积灰问题，提高锅炉运行的安全性、经济性，在大量调研收资的基础上，我厂选用了低频声波（蒸汽型）吹灰器。根据炉内结焦积灰情况于1997年3月，1998年2月和1998年11月分别在1、2、3号炉上安装了6台、8台和12台低频声波吹灰器，经过长期连续运行，均取得了良好的清灰除焦效果，为锅炉的安全、经济运行提供了可靠的保证。
2 声波吹灰技术系统简介
2．1 声波吹灰机理及实现
锅炉运行过程中，由于灰粒子的表面引力、粒子之间及粒子与炉内管壁之间的粘结力、分子附着力、静电引力以及化学亲合力等多方面的作用，在炉膛及烟道各部位的换热面上就会逐渐形成积灰结焦。烟气中的灰粒是一种宽筛分组成，但大部分都＜220μm，其中多数为10－30μm的微粒。当烟气横向冲刷受热面时，管子的背风面产生旋涡，将许多小尘粒吸附进去，灰粒依*分子和静电引力吸附在管壁上，灰粒越小其单位重量的表面积就越大，因而相对分子和静电引力就越大。小于3－5μm的灰粒与管壁接触时，其分子引力大于本身重量，从而使其吸附在管壁上；另外烟气中的灰粒可以被感应而带有静电荷，当带电的灰粒与管壁接触时，静电引力大于灰粒自身重力的颗粒便会吸附在管壁上。一般情况＜10μm带电灰粒都会被吸附住，有时＜20－30μm的带电灰粒也能吸附灰管壁上。但大的灰粒不但不会吸附在管壁上，而且还有可能会冲击管壁，使积灰减轻，声波吹灰正是利用这一原理进行除灰的。
在声场中，细小尘粒可以凝并成大颗粒已被证实。声波引起的振动，致使不同大小（或不同密度）的尘粒被带动的程度不同，从而产生不同的移动速度。小尘粒由于质量小将参与大幅度的声波振动，并与难以振动的大尘粒相碰撞，在静电作用下凝并。凝并增大了粉尘粒径，从而达到减轻和清除积灰的目的。
另外，声波作为一种以能量形式存在的机械波，还可以使积灰表面产生附加振动而进行除灰。边界层的音数由近炉墙区的压力场和磨擦力的相互作用所决定，边界层的间断伴随着烟气的逆向流动，烟气的声振荡周期性可改变边界层中压力纵向梯度，这种不稳定的流动工况使微粒难以在管壁上沉积，并能破坏已形成的粘着层。简而言之，声波清灰的基本原理在于声波对积灰的高加速度剥离作用和振动疲劳破碎作用。此外，声波与烟气流，换热管之间的流体动力场关系，高声强非线性的特殊效应等都将对清灰除焦起作用。
在声波吹灰系统中，由声能转化机构（声波发生器）将蒸汽或压缩空气携带的能量转化为高声强声波，通过声波的作用力使灰粒子和空气分子产生振荡，破坏和阻止灰粒子在热交换表面结合，使之处于悬浮流化状态，以便烟气或重力将其带走。在声波的高能量作用下，粉尘不能在热交换表面积聚，可有效阻止焦渣的生长。由于高声强声波的声疲劳效应，对已结成的焦块在锅炉运行过程中，也能使其断为小块自行脱落。
2．2 声波吹灰系统的组成
声波吹灰系统由汽源、声波发生器、耦合共振管、程控柜四部分组成。汽源提供产生声能所需的机械能，程控用于改变声波频率和各台声波发生器的程序动作等参数，而声波发生器是将气流的机械能有效地转变为声能，通过耦合共振管送入清灰空间。
CHZ系列（JSF系列）声波吹灰器技术参数如下：
型号：CHZ－135D型
汽源属性：过热蒸汽
蒸汽吹扫压力：0.4－0.6MPa
蒸汽温度：≤350℃
蒸汽流量：1．5－3 m3／min
声压级：＞145 dB
工作频率：20－80 Hz（可调）
变频频率分辨率：0．01－1 Hz
变频频率控制范围：0．2－400 Hz
变频输出频率稳定性：键盘设定：±0．01％
有效作用范围：6－10 m（无死角）
电机功率：0．55 k W
3 声波吹灰器安装情况简介
我厂1、2、3号炉均安装了声波吹灰器，在此仅对1号炉的改造安装情况做一介绍。
该炉共计安装了6台声波发生器，按烟气流程，分为三组，每组工作5分钟，一个吹灰循环为15分钟。
吹灰器安装位置如下：
第一组：对流过热器部位标高24900mm处，左右墙各装1台，编号为1、2号，利用人孔门位置对称安装，声波导管的前端大径与锅炉连接孔位为φ300mm，导管设计为直型锥状；
第二组：两级再热器之间标高29200mm处，左右墙对角布置，编号为3、4号，利用人孔门位置安装，声波导管的前端大径与锅炉连接孔位为φ300mm，导管设计为弯型锥状；
第三组：两级省煤器之间标高23600mm处，左右墙对角布置，编号为5、6号，利用人孔门位置安装，声波导管的前端大径与锅炉连接孔位为φ300mm，导管设计为弯型锥状；
4 声波吹灰器的使用情况
九江电厂1号炉声波吹灰器的使用已超过两年，3号炉吹灰器的使用也已近一年，通过几年来的运行实践，从现场吹灰效果及运行数据分析，我厂声波吹灰器已达到预期的使用效果，设备稳定性也达到了技术要求。吹灰系统均未因自身原因造成非计划停运。其使用效果可以从以下几方面分析：
4．1 低频声波吹灰器投入连续自动运行后，利用备用停炉时间，多次对吹灰受热面进行不定期检查，均发现安装了低频声波吹灰器的区域其管壁比安装前的干净、清洁，无挂焦积灰现象，取得了良好的效果。
4．2 因在过热器部位加装了声波吹灰器，消除了严重影响锅炉运行的过热器超温现象，折焰角积问题也得到遏制，为我厂锅炉（特别是1号炉）的安全运行提供了可靠保证。系统投运以来，未发生因对流过热器结焦引起的超温爆管泄漏现象。
4．3 通过对吹灰器投运前后的排烟温度等运行资料的分析，发现吹灰器投运后，排烟温度可降低5℃以上，如果考虑大修后受热面较干净以及其它外界因素影响，排烟温度降低幅度将更大。
5 结论及建议
5．1 结论
低频声波吹灰器在我厂的运行，起到了良好的吹灰效果和节能效果，受到了运行人员的好评，其特点如下：
a 投资少。与我厂调研的国内外其它品牌声波吹灰器产品相比较，整体安装费用最低，特别是采用的“蒸汽型”低频声波吹灰器节约了空压机设备，一次性投资成本更低，且避免了空压维护费用。
b 清灰效果好。该系列吹灰器采用低频声段，声波有效作用范围大，不留死角，且系统可根据不同煤种、不同除灰部位、不同工况有机地调整最佳工作点。
声波除灰装置不仅能清除受热面的积灰，而且由于声波对粉尘粒的凝并作用，可提高锅炉的除尘效率，降低粉尘排放以减少大气污染，其节能效果显著。根据不同炉型及工况，一般3－6个月就可收回全部投资。
c 安装简单。该系统体积小、设计精密，由于采用炉外安装，故不占用换热空间且对于安装部位的选择没有局限性，可安装在110－2000℃的工作温区。同时可根据现场实际情况，方便地使用蒸汽或压缩空气作汽源。
d 操作方便。由程控装置，由电脑实现全自动工作。
e 维护量小。声波发生器主机采用自平衡自润滑设计。
f 对设备和人体无害。所使用的声波频率远离锅炉炉体各部分结构固有振动频率，因此声波激励而产生的结构振动很小，而且绝大部分的声能量都被结构的炉壁隔绝在炉内。声波除灰器正常运行时产生的噪声均小于国际安全与健康机构（OSHA）规定的允许值（我厂技术人员在声波吹灰器投运时所测噪音均低于90dB），且为间歇运行，安装位置均很少有人，故不会对外部环境造成噪声污染，也不会伤害人体。
5．2 建议
a 声波吹灰器应在受热面未被灰污时就开始使用，效果会更显著。声波吹灰器不能单单理解为除灰工具，而应作为锅炉运行的重要辅助设备与锅炉同步运行。?
b 声波吹灰系统辅助设备的选择也很重要。用户或生产厂家要严把质量关。如电动门、减压阀、疏水阀等，如选用不当或使用不合理，不但影响清灰效果，而且会对吹灰系统的主设备造成损害。
c 在锅炉吹灰器改造过程中，由于现场条件所限，我厂吹灰器的安装位置，有些并不是最佳工作部位，因此建议生产厂家如配合锅炉厂在新装锅炉上直接设计，则该系统的效果将会更理想。
