湖北荊門電廠
一、 改造原因
在各種鍋爐設備中(包括燃煤鍋爐和燃油鍋爐)其爐膛和煙道內的各換熱器表面上，幾乎毫不例外地出現積灰和結渣現象，灰渣的積結降低了鍋爐的熱效率，嚴重時還會影響到鍋爐等設備的安全運行，被迫停運進行人工清焦、除渣，從而降低了鍋爐的利用率和使用壽命，增強了工人的勞動強度，甚至發生人員傷亡事故。
荊門發電有限責任公司4臺鍋爐受熱面原設計均為蒸汽吹灰器，蒸汽吹灰器吹掃半徑小，耗用大量高參數蒸汽，且對鍋爐受熱面管壁特別是一級過熱器、低溫再熱器沖刷嚴重。在歷次大小修受熱面檢查中都發現受熱面管排局部有明顯減薄現象，嚴重影響機組安全運行。鑒于上述原因。2002年公司被原電力部勞動保護研究所推薦為首例300MW機組使用WSB型聲波吹灰器。聲波吹灰器是利用聲波的振動、擾動和波動對積灰和結垢在受熱面的附著狀態產生分離。并使結垢疲勞斷裂和破碎。積灰和結垢在聲波的作用下。從受熱面剝離而被帶出煙道，以達到清灰目的。
二、 鍋爐受熱面積灰的原理：
鍋爐受熱面積灰、結渣是一種普遍現象。在一般鍋爐的爐膛火焰中心處，溫度可達1600~C，燃料中的灰分大多呈熔化狀態，而在水冷壁附近的煙溫則較低，熔融的灰分一般在接觸受熱面時已凝固，沉積在壁面上形成疏松狀，稱為結渣。
根據最新的研究結果，結渣的機理可描述如下。在與粉煤火焰接觸的表面上，首先形成了一層厚度多為0．2mm--O．5ram的化學活性高的薄“原生層”，它具有良好的絕熱性能。它的出現不僅引起爐膛溫度升高，而且造成了被原生層覆蓋的加熱面外邊溫度比原來高很多。然后在原生層上出現了一層厚得多的覆蓋層。首先出現結渣的時間總是取決于原生層出現的時間。
原生層的形成相當復雜。它的產生或是由于揮發的灰組分的冷凝。或是由于相當小的灰粒因粘附力而附著在爐膛壁上。前者(冷凝和升華)主要是發生在燃燒有結渣傾向的煤時。后者(附著)主要發生在燃燒元結渣傾向的煤時。
原生層的出現不僅由于某些灰組分的冷凝，也來自這些灰分之間的反應產物，因此，這種原生層的化學組成與灰的化學組成有所不同。若原生層系由小的灰粒的附著而形成。則其化學組成與灰的化學組成相似。在燃燒具有快速揮發、蒸發而后凝結的組分的煤時常會出現這種凝結現象。
有的煤的煤灰盡管對溫度而言相對穩定，但粒度相當細。以致于附著力超過了重力的作用。這種煤的燃燒過程中常會發生灰粒的附著現象，因此，煤的結渣傾向并不直接取決于灰的軟化、流動或熔化溫度。這些溫度只是表征在實驗室中煤燃燒后灰的物理特性，只能說它與灰的熔化特性有關，這個特性對液態排渣爐的排渣至關重要。
三、 鍋爐受熱面積灰對運行鍋爐中危害作用
鍋爐受熱面積灰主要有三種形態：干松灰、低溫粘結灰和高溫黏結灰。干松灰是粒度小于30∪．~m的灰的物理沉積，呈干松壯，易清除。在燃用固體燃料時，易在對流受熱面及省煤器和空氣預熱器處沉積。
低溫粘結灰呈硬結狀，會把管子或管間堵死，消除低溫粘結灰也很困難，它對鍋爐正常運行影響很大。在燃用多硫、多水及多灰的燃料時或鍋爐較長時間低負荷運行燃油燃煤混燒時，易形成低溫粘結灰，這種灰的形成與S0，的生成和結露有關。因為在燃煤燃燒過程中，燃燒中硫分在燃燒后大部分形成S0 進入煙氣中，同時一部分S0’又會再氧化生成SO，和煙氣中的水蒸汽結合生成硫酸霧，又由于空氣預熱器處的排煙溫度及冷風入口溫度都較低，以至管壁溫度較低。當管壁溫度低于硫酸蒸汽的露點時硫酸蒸汽就會凝結在壁面上黏結煙氣中的灰分，所以在空氣預熱器處最易形成低溫粘結灰。
高溫粘結灰與結渣在爐內部位上沒有明顯的分界，多發生在屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器區域。在這一區域內對流換熱面逐漸成為主要換熱形式，煙溫雖開始低于灰的變形溫度，但灰中的堿土金屬氧化物在這一區域仍會升華。遇到相對較冷的受熱面管束即產生冷凝，并與煙氣中的氧化物相互起化學作用形成各種硫酸鹽，而沉積的硫酸鹽由于熔點較低，在一定溫度范圍內成液態會沾結大量的飛灰。積灰最終被高溫燒結成較為堅實的積灰層，并且不斷增加和加厚。高溫粘結灰主要出現在燃用燃料中含堿土金屬較多的鍋爐上，同時和管壁溫度煙氣流速有關。其中Fe’03等為燃料灰分中各成分的重量份額。結灰指數越大，則受熱面越容易形成高溫粘結灰。運行中管壁溫度較高時，低熔點的硫酸鹽更容易熔化，也會加劇結焦。
四、 鍋爐受熱面積灰、結渣對公司的影響
目前，隨著鍋爐容量的增大，爐內粘污、結渣、腐蝕等問題更為嚴重。這是由于爐膛容積增大，清灰困難，煙道尺寸增大、煙速和煙溫分布不均勻，大容量鍋爐蒸汽參數高，壁溫升高，易引起積灰和結渣。鍋爐受熱面結渣是經常發生而又難以解決的問題。結渣影響了鍋爐運行的安全性，經濟性及鍋爐可用率。
對鍋爐運行經濟性的影響;鍋爐受熱面結渣后，黏結層熱阻很大，受熱面傳熱能力下降，爐內吸熱減少，導致排煙溫度升高，鍋爐排煙損失加大。與此同時會引起汽溫偏高，運行中為保持額定參數不得不加大減溫水量，甚至被迫降低出力。
對鍋爐安全性的影響; 水冷壁結渣后其傳熱能力下降，同時使受熱不均勻。結焦渣部分水冷壁吸熱量減少循環流速下降，嚴重時會使循環停滯而造成水冷壁爆管事故的發生。同時加劇對流煙道內左右和上下側煙溫落差、使過熱器和再熱器管壁超溫。
爐內結渣后，爐膛出口煙溫上升引起過熱器溫上升，輻射吸熱量減少，爐膛出口煙溫升高。而且過熱器、再熱器結焦會加大熱偏差，導致高溫過熱器、再熱器的爆管。爐內大量結渣還將使爐內燃燒工況惡化，造成未燃盡煤粉局部結聚及爐膛熄火，誘發可燃氣及煤粉爆炸，造成設備損壞及人員傷亡的嚴重事故。同時爐內大量結渣使塊渣從爐內水冷壁上掉落會砸壞冷灰斗斜坡水冷壁管，卡死或堵塞灰斗與渣池問的喉口，導致鍋爐被迫停爐清渣或檢修，從而增加了機組非計劃性停爐，降低了機組可用率。
綜上所述鍋爐受熱面積灰、結渣影響了鍋爐正常安全、經濟運行。為此。需要解決以下問題：
(1)積灰的清除問題。如何在鍋爐運行中自動或人工清除受熱面的積灰和沉積物，以保持煙氣通道安全運行。
(2)傳熱條件變差問題。由于受熱面所沉積的灰層絕熱性很強，使鍋爐遠離設計值運行，不能達到相應的出力。
(3)受熱面壽命下降問題。由于積灰層和熔渣有較強的腐蝕性，致使金屬被強烈腐蝕，管壁減薄而爆管。因為積灰使爐內的傳熱惡化，爐膛出口溫度升高，所以高溫過熱器、高溫再熱器容易形成局部過熱，從而引起金屬強度降低而爆管。
五、WSB-10型聲波吹灰器機理及技術特點
鍋爐聲波吹灰技術主要依靠低頻聲波在爐內傳播時，通過聲波場的運動方式，向四周全方位傳遞聲波能量，脈動作用于積灰，使之受到交替的受壓和受拉的作用，實際上就是靠聲振蕩與聲疲勞達到清灰的目的，振蕩的作用是阻止灰塵沾附在受熱面上，聲疲勞的作用是使粘附在受熱面上的灰塵通過疲勞而與受熱面剝離。隨著煙氣的流向帶出去。
聲波發生器一般采用低頻率聲波(20Hz．-300Hz)和次聲波(2oHz以下)。次聲波在聲強較小的情況下仍能取得較好的除灰效果，因而在鍋爐對流受熱面，鍋爐煙道及其它不易觸及的區段上應用更廣泛。但是也應該指出，在技術上提高次聲波的強度要比低頻率聲波更困難。在煙氣中開始出現作用的聲強臨界值為135dB～137dB，實際使用的聲波發生器聲強一般在140dB 145dB，相當于400Pa變聲壓力波幅。燃燒固體燃料的松散粘著物的機械強度不超過1000Pa，而大部分煤燃料小于500Pa。
聲波除灰法與普通除灰之間的最大區別是聲波除灰利用載熱體本身達到除灰效果，不必向鍋爐煙道引入無關的物質。聲波除灰方式本身又可以改變粘著物生成過程，這樣也就起到了預防沉積的作用。在選擇相應的除灰工況時(假象靜態)，實際上就可以完全防止粘著物的生成，聲波除灰已經在美國、瑞士、法國、德國，以及其它一些發達國家的電力工業中得到應用。
六、聲波吹灰的優點；
由聲波除灰的技術原理可知，聲波對灰渣起著“聲致疲勞”的作用，即由于聲波振蕩的反復作用，施加于灰、渣以拉壓循環變化的載荷，當達到一定的循環應力次數時，灰渣的結合因疲勞而破壞。這不同于蒸汽吹灰或水力除灰的單向沖擊力，而是沿聲入射的反方向的雙向交變力，這一作用方式及聲波自身的傳播特性決定了聲波除灰的特點。有效作用范圍大，清灰不留死角。聲波除灰器的作用范圍主要取決予所作用的聲波頻率和強度，其作用半徑與聲波波長成正比。同時，由于聲波的反射、透射和繞射作用，不管聲波發生器安裝的位置如何，均能達到吹灰的效果。
荊門發電有限責任公司 鍋爐在使用聲波吹灰器以前，二級過熱器、高溫再熱器、水平煙道等各受熱面，迎火面及背火面，水平段及斜坡底部均無浮灰堆積。但受熱面管的迎火面及側面有較厚的硬焦渣。鍋爐在聲波吹灰器安裝完畢。運行三個月后，利用鍋爐小修期間，對上述部位進行檢查，該部位管子表面很干凈，沒有浮灰堆積，原來積的硬焦渣也有部分被清掉，水平段及斜坡底部無浮灰、焦渣堆積。其具體優點如下：
(1)消除了原蒸汽吹灰器吹傷低溫再熱器、一級過熱器受熱面的隱患，保證了機組的安全、穩定運行；消除了蒸汽吹灰器吹灰時對受熱面管排的沖刷，增加了鍋爐受熱面管排的使用壽命。
(2)吹掃范圍較大，且所產生的機械波具有衍射、繞射的特性，對于氣流不能正面沖刷的管道背面、邊緣死角，也能進行吹掃。
(3)爐外所占空間小，不影響檢修通道，為檢修工作提供了方便。
(4)無電動機和控制器，結構簡單，維護工作量小。
(5)與爐墻套筒處密封良好，杜絕了漏灰現象。
(6)使用壓縮空氣為吹掃介質，經濟性比蒸汽吹灰器吹灰明顯提高。
七、安裝聲波吹灰器使用總結
目前，大壩發電有限責任公司已應用了84臺宜昌微特電子公司精密旋轉閥式WSB-10型免維護聲波吹灰器。使用后，獲得以下幾點效益：
(1)聲波清灰器工作時間為l0秒， 停用時間為2秒，每次吹灰耗氣約2-3NM3。設每小時吹灰一次則一天24小時耗氣72 NM3（標準大氣）。氣壓)使受熱面保持連續清潔。
(2) 根據老式活塞式10 m3/min排氣量空壓機的出力可換算成耗電72/10/60 X 75約9度；吹灰器電功率1KW，實際一天耗電為：10秒/3600秒*1KW*24小時約等于0.1度。所以，一個吹灰器一天耗電約10度。聲波可貫穿和清潔所有的難以到達的位置，可望減輕或消除受熱面的積灰、結渣。
(3)操作和維護費用低，保證了鍋爐的安全可靠運行，提高經濟性。
(4)經測試計算。安裝每臺免維護聲波吹灰器，每年至少節約資金12萬元，4臺鍋爐每年共計節約資金960萬元。總之，通過4臺鍋爐的使用驗證，聲波吹灰器具有不吹損鍋爐受熱面，吹灰效果好，且安全、經濟、維護量小等優點。
