（化学工程专业论文）燃气脉冲吹灰器在工业中的应用.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 本论文讨论了锅炉积灰种类、积灰沉积机理以及几种有效吹灰方法；通过分析比较 各吹灰方法的技术与经济性能，确立了吉林石化公司炼油厂重油催化裂化装置中余热锅 炉的除灰方式燃气脉冲除灰法：为了探讨燃气脉冲除灰原理、设计出合理的燃气脉 冲除灰器，按几何相似原理设计了燃气脉冲除灰器，从而由实验得到了火焰传播速度、 压力波形及其影响因素；论文最后介绍了吉林石化公司炼油厂重油催化装置余热锅炉燃 气脉冲除灰器成功应用。 吉林石化公司炼油厂重油催化装置余热炉的积灰属于干松积灰类型，主要成分是烟 气中的催化剂，积灰的增多致使排烟温度持续上升，锅炉热效率不断下降，影响了锅炉 安全、经济和有效的运行。根据积灰性质，工厂选用燃气脉冲吹灰器消除该安全隐患。 燃气脉冲吹灰器的型号选择及结构设计是该吹灰器在工业实际应用前最为重要的工作， 乙炔及液化石油气在不同条件下的火焰传播的速率和压力大小是决定吹灰效果的关键 数据。论文通过对重油催化装置余热炉运行数据的研究，确定了余热炉燃气吹灰器的选 型及布置方案，并且采用旋转分配集箱后点火方案。并引入先进的控制系统，使脉冲吹 灰器设备更容易操作，吹灰的时间间隔更合理。 论文对重油催化装置余热炉脉冲吹灰器的实际应用后所产生的效益进行了详细的 计算。从实际应用可看出，脉冲燃气吹灰器具有投资少，吹灰效果好的特点，在重催装 置余热炉的应用是非常成功的。 关键词：积灰；锅炉；吹灰器；燃气脉冲 燃气脉冲吹灰器的工业应用 i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s o fg a sp u l s ea s h r e m o v e r a b s t r a c t b yd i s c u s s i n gt h eb o i l e r - a s hd e p o s i t i o nt y p e s ，m e c h a n i s m sa n de f f e c t i v ea s h r e m o v a l m e t h o d s ，g a sp u l s ea s h - r e m o v a lm e t h o dh a sb e e nc h o s e nf o rt h ew a s t eh e a tb o i l e ru s e di nt h e h e a v y - o i lc a t a l y t i cc r a c k i n gu n i to fj i l i nc h e m i c a lr e f i n e r yp l a n t i no r d e rt oe x p l o r et h e m e c h a n i s m so f r e m o v i n g a s hb yg a sp u l s ea n dt od e s i g nb a s e do ng e o m e t r i c a l s i m i l a r i t yp r i n c i p l e sa n de x p e r i m e n t sh a v e b e e np e r f o r m e d t 1 1 em o v i n gs p e e da n dp r e s s u r e d i s t r i b u t i o no ft h ef l a m ei nt h er e m o v e rh a v e b e e no b t a i n e da n dv a r i o u sa f f e c t e df a c t o r s h a v eb e e ni n v e s t i g a t e d f i n a l l y ，t h es u c c e s s f u la p p l i c a t i o n so ft h eg a sp u l s ea s h - r e m o v e ri n t h eh e a v y - o i lc a t a l y t i cc r a c k i n gu n i to fj ih u ar e f i n e r yp l a n th a sb e e nd e v e l o p e d a n db a s e d o nt h es t u d i e sa b o v e ，c o n t r o l l i n gm e a s u r e m e n t sw e r ep r o p o s e d ，n l et y p eo ft h eb o i l e r - a s hi n t h eh e a v y o i lc a t a l y t i cc r a c k i n gu n i to fj i l i nc h e m i c a l r e f i n e r yp l a n ti so n ek i n do fd r y a s h ，a n dt h ec a t a l y s tg r a n u l e si st h em o s tc o m p o n e n t t h e t e m p e r a t u r eo ft h ee x h a u s t s m o k eg r o w sw i t ht h ei n c r e a s i n gq u a n t i t yo fd e p o s i t i o n , a n dt h e e f f i c i e n c yo fb o i l e rd e c l i n e s t h eb o i l e rs a f e t y ，e c o n o m i cf a c t o r ，a n dv a l i d i t yi ss e r i o u s l y i m p a i r e d g a sp u l s ea s h r e m o v a lw a su s e dt oe l i m i n a t et h eh i d d e n t h em o s ti m p o r t a n tt a s ki s t oc h o o s i n gt h et y p eo f g a sp u l s ea s h - r e m o v e ra n dt h es t r u c t u r a ld e s i g n i n gb e f o r ei t si n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s n l ea c e t y l e n eo rl i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sf l a m ep r o p a g a t i o ns p e e da n dp r e s s u r e a l et h em o s tk e yf a c t o r so ft h eb l o w i n ge f f e c tu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s t h r o u g ha n a l y z i n g d a t ao ft h ew a s t eh e a tb o i l e r , t h ep l a n td e t e r m i n et h et y p eo ft h eg a sp u l s ea s h - r e m o v e ra n d t h el a y o u tp r o g r a m w i t ht h ea d v a n c e dc o n t r o ls y s t e m ，h eg a sp u l s ea s h - r e m o v e ra l em o r e e a s i e rt oo p e r a t i o n , a n dt h et i m ei n t e r v a la l em o r er e a s o n a b l e d e t a i l e dc a l c u l a t i o no ft h eb e n e f i t sw a sm a d ei nt h ea r t i c l ea f t e rt h eu s eo ft h eg a sp u l s e a s h - r e m o v e rf o rt h ew a s t eh e a tb o i l e r w i t hh el o w e ri n v e s t m e n ta n de n e r g y e f f i c i e n t ，t h eg a s p u l s ea s h - r e m o v e rc o m e st oas u c c e s s f u la p p l i c a t i o n s k e yw o r d s ：a s hd e p o s i t i o n ；b o i l e r ；a s hr e m o v e r ；g a sp u l s ec h i l l e r i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：一 燧氢魅泣噬灰墨在王些生鲍座周 作者签名：乏簪一日期：尘生年丝月亚日 大连理t 大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：燧氢丛生噬盔墨查三些主鲍座用 作者签名： 丕窿 日期：墅堕 年j 三月么l 日 导师签名： 大连理工大学专业- q , , j a t _ 硕士学位论文 己l吉 丁i仁j 锅炉、加热炉、余热炉是工业生产中主要能耗设备之一，而各类吹灰设备的应用， 可以有效的提高炉换热效率，确保设备长周期高效运行。燃气脉冲吹灰器是近几年开发 的最有效的吹灰方法之一，较蒸汽吹灰、压缩空气吹灰、振动吹灰及钢珠吹灰等具有吹 灰效果好、运行成本低、设备简单、投资较少等优点。锅炉加装燃气脉冲吹灰器后，不 仅可清除受热面上的疏松型积灰，还可清除受热面上的坚硬积灰，可以明显降低锅炉排 烟温度，提高锅炉热效率。从而保证锅炉长期低能耗，高效率，安全，经济、稳定运行。 燃气脉冲吹灰器的工业应用 1 文献综述 1 1 课题的选择背景 炼油、石化、电力等企业广泛使用的锅炉、加热炉是企业内耗能最大的设备之一， 通过技术改造和新技术的使用，提高炉效率，降低燃料成本，是降低工厂成本的有效途 径之一。 影响锅炉与加热炉高效运行的因素很多，其中积灰是最为突出和严重的问题，它影 响受热面的传热效率，直接导致锅炉热效率下降，更为严重的是当积灰达到一定程度后， 会引起换热管束堵塞、炉膛负压降低等险情，迫使生产装置无法保证长周期连续运行， 造成重大经济损失。 工业锅炉可分为燃煤锅炉、油气混烧锅炉、燃油锅炉、余热锅炉等。锅炉所用燃料 不同直接导致锅炉积灰机理和程度的不同。余热锅炉在炼油企业的应用非常广泛，它是 通过废热的再回收利用来降低能耗。因此，余热锅炉的高效运行对炼油装置效益的增加 起到举足轻重的作用。 一台3 0 0 m w 锅炉，其燃煤量约3 0 0 0 吨天( 热值大于2 0 0 m j k g ) ，按电站用煤灰 分平均为2 8 的标准来计算 2 1 ，那么将有8 9 0 吨天的煤灰产生。依次随时效作用，只要 极小比例的灰沉积就会对锅炉运行产生巨大的影响。美国是世界上最发达的产煤国，其 典型烟煤的灰分为1 0 3 1 。依中国的煤矿条件来看，原煤灰分却多在2 5 以上，远远高 于世界主要产煤国家 4 1 。这使中国电站锅炉的积灰问题更加严重。 对于炼油厂重油催化装置余热炉来说，它的积灰问题所引起的直接经济损失也非常 大。吉林石化公司炼油厂重油催化装置的余热炉，最初的设计产气量为3 0 吨4 , 时，而 实际上，由于存在严重的积灰，每小时只能产中压蒸汽2 5 - 2 7 吨。按每吨8 0 元计算， 每年的经济损失为1 9 2 3 2 0 万元。该余热炉的积灰成分主要是烟气中的催化剂粉末。根 据催化剂的跑损量为3 6 0 吨年计算，附着在炉管上的积灰大致为3 0 0 吨年。可见其积 灰量是非常大的。该装置所用催化剂的种类及大致组成如表1 1 所示。 一2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 积灰对锅炉运行的影响首先体现在传热方面。从烟气侧到汽水侧的传热中，沉积物 所引起的附加热阻在受热面总传热热阻中占主导地位，如得不到及时清除必将显著地影 响传热。 图1 1 所示表明【6 、7 】：当受热面积有3 m m 疏松灰或 0 m m 熔融渣时，就可造成炉膛传热量下降4 0 ， 相应炉膛出口烟温升高近3 0 0 k 。而锅炉运行实测也表明，当炉膛积灰厚度由1 m m 增加到2 m m 时， 传热量减少2 8 。传热效率的降低必将导致经济效益的下降。为满足发挥负荷的要求，往往还要增 加燃料量以增加发热量，最终增加了机组的煤耗。在回转式空气预热器中，由于流通较窄，积灰更 加严重，使回转式空气预热器的热效率下降更多。另外一定程度的堵灰，可使流道阻力增加，导致 风机电耗的增加。 邑 旦 罂 量 ； 兰 d e p o s i tu 1 i c k n e s s ( m m ) 图1 1 疏松灰沉积、熔融渣厚度对烟温和传热的影响 f i g 1 1 i n f l u e n c eo fh e a tt r a n s m i s s i o na n dg a st e m p e r a t u r ef o ra s hg r a ys e t t l i n g s 一3 一 燃气脉冲吹灰器的工业应用 轻度的结渣和积灰，一般对应于灰沉积的初始阶段，如不及时处理，则会继续发展 恶化。 文献【6 l 介绍国外情况；一台设计良好的四角切圆燃烧锅炉，燃用灰分为6 一1 0 ， 挥发分为2 5 一3 8 的不结渣煤，在连续运行5 0 0 0 小时后，炉膛也出现了轻微结渣， 而炉膛出口温度则由1 2 3 0 升到1 4 0 0 。我国有研究表明，若灰沉积得不到及时清除 会使中等锅炉( 1 2 5 m ) 排烟温度升高1 5 - - 3 0 ，相当于锅炉效率降低1 一2 ； 而对容量较大的锅炉( 2 0 0 m w ) 排烟温度升高1 5 - - - 1 8 ，相当于锅炉效率降低0 9 一1 2 。当燃用有结渣、积灰倾向的煤种时，尤其是燃用劣质煤( 高灰分，高硫分， 低热值) 时，锅炉效率则会降低更多。 尽管定量估计结渣、积灰造成的经济损失是困难的，但由此引起的损失确实是巨大 的。根据美国有关方面的粗略估计【6 】，一台燃用易积灰褐煤的5 0 0 m w 的锅炉，仅灰沉 积一项所造成的经济损失就可达8 0 0 万美元年。 多年来国内外的实验和研究表明，积灰对于锅炉运行的危害是不可避免和极其严重 的，尤其对于满足工业生产中节能、降耗、环保等新的需要来讲，锅炉积灰问题都是要 亟待解决的。 1 2 常见的几种积灰沉积机理 1 2 1 干松灰沉积机理 干松灰【1 3 】是指在燃用升华物质不多的固体燃料时产生的灰。它呈干松状，它含有各 种不同的粒径，粒径范围3um 一3 0pm 。它通过碰撞、分子吸附、机械磨擦、静电力 沉积于换热表面。它在过热器、省煤器、空气预热器上都有沉积。烟气流速度加大，干 松灰沉积减小；灰粒径愈大，沉积愈小。在管式换热器中主要沉积于管的背风面，迎风 面较少。干松灰虽易吹除，但其热阻大，对传热影响也大。重油催化装置的余热炉积灰， 其组成为烟气中的催化剂，该积灰主要是通过静电吸附附着在管壁上，所以余热炉积灰 属于干松积灰类型。 1 2 2 粘结灰沉积机理 燃用含有较多升华物质( n a ，k ，c a ，s t ，p ，a 1 2 0 3 等) 的燃料时所生成的 灰。它不但具有粘结性，而且有随时间的增加按指数规律无限增长的特点【1 4 1 。因此粘结 灰往往在受热面上产生坚硬的沉结层。这种灰比干松灰危害性更大。粘结灰在管壁上结 积的大致形状如图1 1 。文献【1 5 1 也有类似的结论。可见粘结灰不仅在管子的背风面形成， 大连理工大学专业学位硕士学位论文 而且更多地存在于管子的迎风面。对结灰层进行分析发现靠近管壁的薄层中的成分多为 升华物质，最外层为飞灰沉结层。粘结灰层呈硬结状，象瓦块一样包在管子上，非常坚 硬，不易清除。粘结物的成分和粘结程度与燃料的性质及燃烧方式有很大的关系。不同 燃料、不同的燃烧方式以及不同位置的尾部受热面将产生不同的结灰层。 5 l 一飞灰沉结 2 硼 红结积层 3 一白色升华物质层 4 一黑色腐蚀产物 5 一管壁 图1 2 结积的大致形状 f 远1 2s h a p ef o r mo f a s hg r a y w a l s h 1 6 】通过扫描电镜对这种沉结层做过定量分析，发现黑色的、坚硬的、致密的 沉结层是富含铁以及碱金属的，虽然在温度高的时候紧密地粘结于换热表面，但是当温 度低的时候它就开始与换热表面分离。当这层的厚度达到l m m 时，结灰层的厚度开始 快速增长，而且密度开始降低。白色升华层主要是金属氧化物与三氧化硫生成的硫酸盐。 由于这些结灰层的存在大大增加了换热表面的热阻，使得结灰层的温度迅速升高，灰颗 粒之间的粘性进一步增强，一方面使沉积速率增加，另一方面使结灰层烧结变成更硬的 深色物质。最外面是含硅、铝元素较多的干松灰。 1 2 3 低温积灰嘲 此外还有一种具有极高腐蚀性的积灰类型，即低温积灰。它存在于低温区省煤器和 空气预热器上，形成的积灰与冷却表面上发生的酸或水蒸气凝结有关。 1 3 可用的降低及铲除积灰的几种措施 锅炉积灰除了与煤中所含灰分比例有一定的关系外，还与以下因素有关。 a 、与锅炉结构形式，燃烧器结构及布置方式、锅炉设计参数有关 b 、与锅炉运行工况有关( 包括炉内烟气温度、煤粉细度等) 燃气脉冲吹灰器的工业应用 c 、与受热面的布置有关( 包括管径、节距、排管方式等) d 、与炉内空气动力工况有关( 气粉刷墙、烟温局部过高等) 克服以上不利因素，从主观上预防或减轻锅炉积灰程度，从设计和运行方式上减少 锅炉受热面的积灰是非常必要的 1 4 吉林石化r f c c u 余热锅炉的积灰状况 吉林石化公司炼油厂重油催化装置有一台余热锅炉，锅炉运行参数如下： c o 焚烧炉出口温度：9 0 0 余热锅炉入口压力： 0 0 0 6 _ o 0 0 7 m p a 余热锅炉总产汽量：3 i 卜3 5t h 烟气量： 1 5 0 0 n m 3 m i n 余热锅炉的热源主要来自装置烟气，由于装置烟气中含有大量的催化剂细粉( 细粉 量的多少取决于操作是否平稳和各级旋分器的分离效率) ，再加上静电吸附的作用，造 成大量的催化剂粉末聚集在余热炉的管束表面上，形成了一种属于干松灰类型的的积 灰。 重油催化装置余热锅炉的各受热面在运行过程中都有相当程度的积灰。这些积灰导 致各受热面的传热阻力增加，致使锅炉的排烟温度持续上升，锅炉热效率不断下降，影 响了锅炉安全、经济和有效的运行。 由于锅炉受热面积灰较为严重，锅炉在运行中的各参数值严重偏离锅炉的最初设计 值。排烟温度的设计值为2 0 0 以下。当锅炉在停炉清灰后再启动时，锅炉出力能达到 额定蒸发量，排烟温度可以达到要求。但是，一旦锅炉投用后，换热面上积灰不断地加 剧就会使锅炉出力逐渐下降，排烟温度逐渐升高。根据以前的经验，余热锅炉在运行一 段时间后，排烟温度升高到2 6 0 以上。另外，由于锅炉的对流管束积灰较为严重，使 省煤器段温度升高，换热量加大，使省煤器的出口水温高于设计值达2 0 以上，影响锅 炉的循环。 为解决上述问题，保证锅炉安全可靠地工作在满负荷、高效率和长周期的理想状态， 重油催化装置余热锅炉需要寻求一种能有效清除其受热面上积灰的新型吹灰器。这种新 型吹灰器应该有比目前使用的各类形的吹灰器都更好的吹灰效果，同时，它还应该有极 好的可靠性，保证在实际使用过程中各种工艺指标控制在合理的范围内。 这篇论文的主要内容：通过比较，分析各类吹灰装置在实际生产中的应用，选择出 效率高、吹灰效果好、操作方便且安全可靠的吹灰装置。在安装投用后，解决吉林石化 公司炼油厂重油催化装置余热炉的积灰严重的难题。 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 5 几种有效吹灰方法的比较 国内外在锅炉运行中采用的较为有效的吹灰清扫方式有如下几种：对于水冷壁、屏 式过热器、对流过热器，多数使用旋转伸缩式吹灰器或振动除灰器，吹扫介质一般使用 蒸汽压缩空气和水等，在使用蒸汽吹扫某些盐类硬块积灰时，用饱和蒸汽比用过热蒸汽 更有效，对于尾部受热面，一般采用钢珠除灰，也有采用固定式吹灰管，以蒸汽或压缩 空气吹扫，目前国外还研制了一种声波吹灰法，使用低频声波和次声波，对锅炉对流受 热面管束以及烟道中不易触及的区段进行吹灰。 在锅炉的实际生产运行中，如果在有效的时间间隔内，采用有效的吹灰方法，就可 使锅炉的积灰状况得到改善。因此，有效的吹灰方法是提高锅炉运行效率的最为有效的 措施。以下将对国内外的几种有效吹灰清扫方式的原理及装置进行详细介绍，并结合它 们在实际生产中的使用效果，以及使用范围、造价比、运行费用、投资回收期等诸多方 面进行综合比较、审定，从中得出几种适合于r f c c u 余热锅的吹灰方法，为吉化炼油 厂r f c c u 余热锅选择一种有效的吹灰器。 1 5 1 气动方法的吹灰原理及常见气动吹灰器的形式 积灰层开始形成时，细小的灰粒可以有范德瓦尔引力、表面张力或管子表面凹凸处 的机械粘附等作用附着于管子表面，这种粘附只有在沉积层较薄时起作用而不能粘附大 量的沉积物，然而，在炙热钢材的氧化表面与灰层之间可能出现很大的粘合力，并且粘 合力随加热时间呈线性增加，而粘合强度随加热温度成指数关系增加，在吹灰器的作用 周期( 每8 小时吹灰一次) 内，积灰的粘接强度可达5 k n m 2 。 粘接强度与沉积物的类型有关，因而不同类型沉积物用冲压等方式的静力清灰和用 脉动方式的动力清灰时，沉积物所能承受的剪切强度是不同的。一般静力除灰所作用的 剪切强度要大于动力除灰所作用的剪切强度( 2 倍左右) ，并且当沉积物粘接强度大时， 必须采用静力的高压射流( 蒸汽或压缩空气) 进行吹扫。 对于蒸汽吹灰器，有资料推荐对不同的积灰，所需要达到的受热面上的蒸汽冲击动 压可参考以下数值选用：表面浮灰2 0 0 - - 2 5 0 p a ，已结块积灰5 0 0 , 、, 1 0 0 0 p a ，熔渣或焦渣 大于5 0 0 0 p a 。不断卷吸周围高温烟气，蒸汽射流到达吹扫点动压可按下式计算： p = i1 2 p v 2 式中p 和v 分别表示吹扫射流密度和速度。 燃气脉冲吹灰器的工业应用 1 5 1 1 气动吹灰介质的选择 蒸汽吹灰系统的优点是蒸汽来源比较充裕，特别是较难吹扫或需连续吹扫时，使用 蒸汽较为适宜，蒸汽吹灰系统安装的初投资也较低，运行中吹灰压力易于增加而不需要 变动基建投资值，但蒸汽吹灰也有缺点，第一，蒸汽吹灰需增加约0 2 5 - - 一1 2 5 锅炉补 给水，而对于亚临界或超临界锅炉，对给水纯度的要求又很严格，这增加了水处理设备 运行费用。第二，蒸汽吹灰增加了排烟中水蒸汽含量，使空气预热器冷端堵灰现象更趋 严重。第三，蒸汽吹灰维护费用较大，同时对蒸汽管道、吹灰器元件、控制阀、减压阀、 排水管等都要考虑保温和热膨胀措施，据资料统计，以1 0 年为周期，蒸汽吹灰维护费 用比空气吹灰高约7 0 。 空气吹灰系统专门配有压气机装置，空气吹灰具有不消耗补给水，不加剧空气预热 器冷端堵灰；空气吹灰系统低温、低压，管道维护工作量小，运行中没有蒸汽或凝结水 泄漏，改善环境卫生等优点，但是空气吹灰必须配备专门压气机，设备初投资大。对于 同一台锅炉，当采用不同介质进行吹扫时，表1 1 列出了介质消耗量的具体差异。表1 2 为不同容量锅炉采用空气吹灰和蒸汽吹灰的统计比例。从表中可以看到，蒸汽吹灰的锅 炉约占6 0 ，空气吹灰约占4 0 ，但是对于更高容量锅炉，技术经济比较表明，采用 空气吹灰比蒸汽吹灰更为有利。因而，许多大型锅炉趋向于使用空气吹灰。 表1 2 某台8 6 2 t h 锅炉采用不同吹灰介质时的介质消耗量 t a b 1 2 c o n s u m p t i o no fd i f f e r e n tk i n d so fm e d i u mo f h eb o i l e r ( 8 6 2 t h ) 表1 3 不同容量锅炉采用空气吹灰和蒸汽吹灰的统计比例 t a b 1 3 s t a t i s t i c a ls c a l eo fa i ro rs t e a ma s h - m o v e ri nd i f f e r e n tc a p a c i t yb o i l e r s 锅炉容量范围( t h ) 采用蒸汽与压缩空气作为吹扫介质的统计比例 蒸汽6 1 ，空气3 9 蒸汽5 0 ，空气5 0 蒸汽6 3 ，空气3 7 6 2 七引郴虬 m m 似 大连理工人学专业学位硕十学位论文 在实际生产中以蒸汽吹灰器的应用较为普遍，所以蒸汽吹灰器出现的类型就比较 多。 1 ) 旋转伸缩式吹扶器 旋转伸缩式吹敷器较为广泛地使用在炉内各部分受热面的吹扫上，通常采用的介质 为空气也可用压缩空气和水，这种吹扶器分短式和长式两种，短式用于水冷壁管的吹 扫，而长式则用于吹扫炉内悬吊式受热面，如屏式对流式过长式吹灰器主要是通过马达 驱动的执行机构使吹灰枪喷头离开炉墙进入烟道一段距离后开始吹灰，当吹灰结束时， 吹灰枪自动退缩至炉外。此种设计的目的在于节省蒸汽，同时又避免了吹扶枪长期处于 高温环境下而被烧坏。 国外在长式畎扶器的研究和设计方面已经达到了很高的水平，据资料介绍美国有一 种长行程吹灰杆，其在行程达1 7 m 以上的情况下，却不需要任何特殊支撑，只需控制喷 嘴的推进型线，使喷嘴在横穿过各悬吊受热面时，其总的弧垂不超过2 5 9 m m 。支撑吹 灰杆的腔体，亦只需7 1 0 m m 深就够了。 2 ) 弯管式吹灰器 图1 3 为美国发明的弯管式吹灰器，其特点是结构较紧凑，吹扶管是弯曲的，当抽 出时，与烟道炉墙成一定角度。这样当吹灰装置退出时，占据的位置就较小这种结构 能保证喷嘴头具有很大的行程，而装置的安装尺寸较小。 ：一t i f ，2 一* 自；l 一3 _ # 4 一j - * 5 一t t * # 自自# t5 蚺# f 图l3 弯管式吹灰器结构示意图 f i g l3 s c h e m a t i c d i a g r a mo f b e n t - r o b e t y p eb o i l e r a s h - m o v e r 燃气脉冲吹灰器的工业应用 3 ) 固定式吹灰器 固定式吹灰器是与旋转伸缩式吹灰器相对应的一种吹灰器，它是固定于炉墙或钢架 式受热面上，而不退出锅炉外的一种吹灰器。 l 一 l 一砖却舟羹盎b f ? 狰毒衣井毫蕾3 一欢扫介曩进口 4 - - - - 形t 曩5 一冷每介蕊出口蕾一蕊鬣 图1 4 水冷壁扇形吹灰装置 f i g 1 4 f a na s h m o v e rd e v i c eo fw a t e r - w a u 对于安装于锅炉前部及中部这样高温环境下的固定式吹灰器，常带有可以通入冷却 介质的外套管。图1 4 为一种吹扫水冷壁及屏式过热器的扇形射流固定式吹灰装置。 1 5 1 2 气力吹灰的缺点 蒸汽或空气吹灰器，如果安装位置不当，会引起锅炉管子的严重磨损。如前所述， 当吹灰射流经过一个喷嘴直径距离时，射流将卷吸与射流本身的体积相同的烟气，即射 流体积约增加一倍。因此，到射流冲击锅炉管子时，射流大部分是由载灰的烟气组成。 吹灰器每8 小时约运行一次，每次吹灰约1 0 2 0 s 。然而，由于冲击射流速度高且含有 灰粒，这个短时间吹灰也可能产生管子严重磨损。 将吹灰器安装在过热器下方靠近灰斗处会带来严重问题，吹灰器离水平烟道底部或 灰斗至少要有1 5 米距离，否则高速吹灰射流将卷起大量粗灰粒及高磨蚀性灰粒。粗灰 粒是高磨蚀性的，如果不从沉积处清除，它能再次被烟气夹带。因而在锅炉停炉时，应 尽量清除沉积在过热器、再热器和省煤器部位的粗灰。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 5 2 声波吹灰的吹灰原理及常见声波吹灰器的形式 声波除灰机理是边界层在声振作用下形成断续，断续的性质由近炉墙区的压力场和 摩擦力相互作用所决定，边界层的断续伴有烟气逆向流动，烟气流的声振荡周期性地改 变边界层中的压力纵向梯度，这种不稳定流动使微粒难以在筒体表面沉积，而且可能破 坏已生成的沉积物。 简而言之，声波吹灰器除灰原理主要是依靠声能的作用，使积灰层颗粒表面处于沸 腾状态，避免了产生致密的灰垢层，所以烟气流就很容易将疏松的积灰带走。 声波发生器一般采用低频率声波( 2 0 - - - 4 0 0 h z ) 和次声波( 2 0 h z 以下) ，次声波 在声强较小的情况下仍能取得较好除灰效果，因而在锅炉对流受热面、锅炉烟道及其它 不易触及的区段上应用更广泛，但是也应该指出，在技术上使次声波强度提高要比低频 率声波更困难，在烟气中开始出现作用的声强临界值为1 3 5 - - 1 3 7 d b ，实际使用的声波 发生器声强一般在1 4 0 - - 1 4 5 d b 。 声波发生器周期运行，即每隔一段时间，声波发生器工作一次，表1 3 列出了燃用 不同类型燃料时，声波发生器工作周期。 表1 4 燃用不同类型燃料时，声波发生器工作周期 t a b 1 4p e r i o do fs o u n dg e n e r a t o rf o rd i f f e r e n tf u e l 燃气脉冲吹灰器的工业应用 1 5 2 1 声波发生器结构 i 井凳2 一硬董3 一膜片一传鲁嚣 5 - - - - - 孔6 一鳆警，7 籀宪 图1 5 声波发生器结构图 f i g 1 5 s t r u c t u r a ld r a w i n go fa c o u s t i cg e n e r a t o r 图1 5 为一种典型声波发生器，它由外壳和顶盖组成，膜片压紧在外壳和顶盖中间， 外壳上装有传播器，从膜片底座下送给的压缩空气使膜片开始振荡，同时在周围的介质 中形成声振荡，这种振荡在传播器中扩大。短管使声波器膜片空隙空气流通。箱壳中填 有隔音材料。 声波除灰技术是二十世纪后期首先在欧美提出并发展起来的，因此国外的技术比较 领先和成熟。我国于八十年代末、九十年代初陆续引入了该项技术并应用于工程中，取 得了不错的效果，广东东糖实业集团公司东莞三联热电厂首次引进了两台瑞典科康声力 公司产的声波吹灰器【l7 1 。型号分别为i k t 2 3 0 2 2 0 型及i k t l 5 0 2 5 0 型，其系统连接方式 如图1 6 所示。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图1 6 声波吹灰器系统图 f i g 1 6s y s t e m i cm a po fs o u n dw a ：v ea s h - m o v e r lp 1k 声波吹灰器工作时需要配备稳定的气源，如果工作压力不稳定，将影响声波吹灰器 的运行。根据声波吹灰器的工作原理，选择合适的吹灰器动作时间和动作间隔时间是非 常重要的，以上面提到的两台声波吹灰器为例，该声波吹灰器工作时，动作时间为1 5 秒，动作间隔时间为1 6 分3 秒，并且这是冷态工作条件下通过实验观察比较其吹灰效 果而得出的。 1 5 2 2 宽频声波吹灰器 近年来出现了一种改进型的声波吹灰器宽频声波吹灰器，宽频高效声波除灰器 运用的是音频段、宽频带的低频声波，低频声波有波长和振幅大、能量衰减慢、绕射能 力强、振动位移幅度大、扩张传播远和指向性弱等特点，适宜在炉内等复杂空间里远距 离传播，使声波的作用可以达到整个预定空间，同时能在炉内产生混响，容易建立均衡 的能量场，增大除灰区域。 宽频高效声波除灰器采用的是旋筒发声原理。如果声波吹灰要达到良好的除灰效 果，就要求声波除灰器发出的声波具有足够的声强，声波频率范围尽可能宽广，各频率 段作用时间足够长。目前普通声波吹灰器的声波主频可以人为地在某个范围内变化，但 由于是单点频率离散分布，在时间运行表上明显地反映为单线痕迹，如图1 7 ( a ) 性能 上可理解为单频吹灰。宽频声波吹灰器是宽带主频的声波，实现了宽频声波频率扫描， 燃气脉冲吹灰器的工业应用 极大地丰富了有效除灰频率段声波，增强了声波对多种粒度灰份的激励作用，增强了除 灰效果。其运行扫描图如图1 7 ( b ) 所示。 t tc - ) 【- )鲁逼簟疑声潼豫灰矗运行扫短田 f 们d tto ( b )竞叛离效声竣豫灰运行扭描圈 图1 7 声波吹灰器运行扫描图 f i g 1 7r u n n i n gs o a l qm a po fs o u n dw a v ca s h - m o v e r 1 5 3 钢珠除灰的吹灰原理及常见钢珠吹灰器的形式 钢珠除灰是振动除灰法的一种，是一种尾部受热面除灰方式，它利用钢珠( m3 i i u i l 咖5 r a m ) 落下的动能，在管间弹跳碰撞以清除积灰。钢珠除灰可有效清除尾部受热面上 疏散的积灰和结实的灰垢，防止受热面堵灰、腐蚀，并降低引风机电耗，提高锅炉效率。 但钢珠除灰受到下列条件限制：尾部烟温最高不超过8 9 8o c ；被清扫管子金属壁温不超 过4 8 3 ，燃煤灰熔点要比最高烟温高约2 0 0 ，并有安装钢珠除灰系统的足够空间 大连理工大学专业学位硕士学位论文 i - - 帮璋收蔓靠2 - - 抽气f ，3 - - 进f 一上靠t 形髓气嚣5 一小斗t 一燕气 气薯人日，7 一蕾 抽气番。8 - - 曩冲嚣 9 一瓣融鲁l o 一飞采 f 出蕾1 l 分青嚣 图i8 钢珠畎灰装置系统示意圉 f i g l8 d r a w i n g o f s t ib a l l a s h m o v r 燃气脉冲吹灰器的工业应用 钢珠除灰系统主要由输送、播散、收集和分离等部分组成，其结构如图1 8 所示。 装于钢珠收集斗内的钢珠，由蒸汽抽气器所造成的负压，经供珠器和输送管汇集于钢珠 收集器中钢珠在收集器中因面积扩大而运动速度降低，并由百叶窗式格栅的阻挡而下 落，空气则由抽气管排入大气，分离下来的钢珠经锥形锁气器进人小斗，再进人缓冲器。 具有一定能量的钢珠落在播散器的半圆珠上，然后播散到尾部受热面上。清灰以后的钢 珠和灰一起进入分离器中。漏入分离器中的空气流( 可调节) ，将飞灰由飞灰引出管引 出进人烟道，清洁的钢球经下部锁气器落入钢珠收集斗，再经供珠器进入输送管，循环 使用。通过供珠器的挡板开度调节钢珠量的大小。 1 5 4 脉冲燃气吹灰法 1 5 4 1 脉冲燃气吹灰原理 脉冲燃气吹灰技术是中国科学院力学所燃烧研究实验室1 9 9 3 年研制成功的一项除 灰新技术。它主要通过可燃气体如乙炔、甲烷、液化石油气、水煤气等气体按一定比例 与空气均匀混合，然后输入特殊结构的燃烧室，使混合气体快速燃烧，并且火焰不断加 速，压力迅速提高，最后在输出管口造成气脉冲，向外输出气脉冲同时伴随强烈的声效 应，使灰尘脱离积灰表面，并随烟气流走，达到除灰的目的。 由于气脉冲吹灰器是利用燃烧气体进行吹灰的，这种燃烧气体又被称之为激波，所 以气脉冲吹灰器又被称为激波吹灰器。 1 5 4 2 脉冲燃气吹灰器的结构 图2 7 为激波吹灰器的系统示意图，由图中可看出激波吹灰器由三部分组成：主发 生器部分、控制部分和工作部分。主发生器部分包括空气和燃气的混合器、混合器的点 火器、层分配器以及控制进气和分层的各种控制阀门和压力、流量传感器等，控制部分 包括控制柜和上位计算机，工作部分包括激波发生器和激波喷口。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图1 9 激波吹灰器系统示意图 f i g1 9s y s t e m i cd r a w i n go f g a sp u l s ea s h m o v e r 1 5 5 各种吹灰器的技术性能比较 经过对各种吹灰器在工业生产中应用效果的比较，我们可以得到如表2 4 列的结论。 除激波吹灰器是近年来新崛起的一项新技术以外，其余的吹灰器都在工业生产中已 应用多年，并不断呈现出各自的不足： 如水力除灰器表现在温度较低的水流喷射到处于饱和温度的水冷壁管子上，产生一 种激冷作用，使管表面温度急剧下降，当射流扫过之后，管表面温度又会急剧上升，这 种往复的温度变化在管壁内引起交变的应力，如果达到定的次数就会发生疲劳损伤。 再如前面提到过的钢珠除灰器，它在应用过程中却受到下列条件的限制：尾部烟温最高 不超过8 9 8 ( 2 ，被清扫管子金属壁温不超过4 8 3 ( 2 ，钢珠收集也有一定的难度，而且回 收率很低。 1 9 9 3 年中国科学院力学所燃烧研究实验室在见到乌克兰一台除灰装置的一则信息 报道后，根据我国的国情自行研制成功新型的气脉冲除灰装置，并且取得了工业应用的 成功。它以技术的可靠性、先进性和有效性逐渐显示出优越性。 燃气脉冲吹灰器的t 业应用 气脉冲除灰技术自问世以来，经过在工业部门各类型锅炉上的实际应用，显示出了 其除灰技术的优点：( 1 ) 与声波除灰相比它的能量比较集中，除灰能力强，不仅能除去 干松灰而且能除去粘结灰，在长时间作用下也能除去硬质灰垢。特别值得一提的是气脉 冲除灰装置对去除油炉里的粘结灰效果特佳，不管是蒸汽吹灰还是声波除灰都达不到这 种效果。( 2 ) 运行的次数较少，每周只要运行- n 两次就能达到除灰要求。而声波除 灰要长时间、不中断运行才能起作用，蒸汽吹灰每天要运行3 4 个周期。( 3 ) 对尾部 受热面的冷端没有附加的腐蚀作用，而且不影响锅炉的正常运行。 在有障碍物的管道内火焰传播的特性国外已有过不少研究。1 9 2 6 年c h a p m a n a n d w h e e l e j t 2 0 1 首先发现了甲烷空气混合物火焰在直径5 e r a 管道内因一系列环形孔板的作用 可以很快加速到4 2 0 m s ，而在没有孔板的光滑管内与之相对应的火焰速度是6 m s 。后 来，r o b i n s i o na n d l e r 【2 0 j 在直径3 0 5 c m 的大管子内重复了上面的实验，尽管管子的 两端都是开口的，仍然得到火焰面传播速度为4 5 0 r r f f s 的相似结果。1 9 8 2 年i o m o e na n d j h s l e e 2 1 ，在直径2 5 m ，长1 0 m ，一端开口的圆筒形大型管道内进行了火焰加速实 验，研究了四种阻塞比r b = 0 1 6 ，0 3 ，o 5 ，0 8 4 的环形孔板对火焰面传播速度和压力 峰值的影响，并且也研究了管道内填充不同数目的孔板对火焰传播速度和压力波形的影