1 前言

　　近年来，伴随着国民经济的快速发展，由此产生的能源消耗也在逐年节节攀升，根据最新数据统计，2014年发电装机容量11.37亿千瓦，非化石装机容量占比32.6%，煤炭消耗量占比64.2%，煤炭依然是我国能源和电力消费的主体，由此引发的资源枯竭、环境日益恶化。自“十一五”以来，国家把节能降耗列为国家产业政策的重要工作。而作为直接能源生产转换的火力发电企业，节能减排工作尤为重要。

　　2014年7月1日《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)刚刚执行，8月份即颁布《关于推进燃煤发电机组超低排放的实施》，9月份国家发改委、环境保护部、能源局联合下发【2014】2093号《煤电节能减排升级及改造行动计划(2014-2020)》，明确提出到2020年现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时。笔者参考已经投运成功的技术经验，探讨几种技术路线的设计思想，在降低污染物排放浓度的同时实现节能降耗。

　　2 节能减排现状

　　随着国家环保政策要求的日益严格，同时为了达到降低能耗提高企业自身生产效率的目的，火力发电企业在短短几年内进行了一系列的改造，以确保单位能耗、污染物排放全部达标。

　　然而，节能减排工作却并未就此告一段落。由于能源枯竭、煤质变差，在火力发电机组的日常生产中，锅炉水冷壁结焦、屏过挂焦、水平烟道受热面积灰、尾部烟道积灰等问题严重降低了锅炉效率，增加了单位煤耗。通常洁净换热器表面的导热系数在46.5-58.1W/m2·0C之间，但积灰结焦以后的导热系数只能达到0.0581-0.116 W/m2·0C，因此积灰结焦后锅炉的出力下降，燃料增加，热效率降低。

　　同时，在脱硝、脱硫设施投运后，一系列影响能耗、影响排放指标的问题接踵而至：

　　(1)由于脱硝设施选用高含尘布置(即布置在省煤器与空预器之间，烟气未经除尘处理，含尘量高)，催化剂易积灰堵塞甚至垮塌，严重影响了脱硝效率;

　　(2)由于脱硝过程中不可避免的喷氨过量或局部喷氨过量，空预器冷端换热元件易出现ABS腐蚀以致积灰堵塞等情况，不但降低其换热效率，增加了风机能耗，严重时直接影响机组带负荷能力甚至被迫停炉冲洗;

　　(3)由于脱硫旁路取消以实现脱硫装置100%投运， GGH一旦堵塞则将直接导致机组停炉。

　　无疑，这些问题不但给电企的节能减排工作造成了不小的困扰，而且严重时会直接影响企业的正常生产运营。

　　3 吹灰器现状及发展趋势

　　为了克服积灰积垢结焦的不利影响，从19世纪末人们就开始对锅炉换热器进行吹灰除焦的研究。1903年戴蒙德动力专业公司研制出世界上第一台锅炉吹灰器，经过一百多年的发展，尤其是最近十几年来，由于蒸汽吹灰器吹损导致爆管引起机组停机的情况频繁发生，兼其本身机械故障率高、蒸汽耗能高、吹灰死角区域大等原因，火电行业一直在寻找一种节能、高效的替代吹灰设备。这个时候，激波(弱爆)式吹灰器、声波吹灰器应运而生，经过十数年的发展，已形成了一定规模。然而，在对全国火电行业进行统计后发现，蒸汽吹灰器仍然占国内火电机组吹灰器总数的90%以上。

　　综而观之，激波、声波吹灰器虽然形成一定规模，但由于锅炉参数、容量的不断提高导致锅炉受热面布置更为紧密，煤质变差导致受热面积灰情况日趋严重，上述两种吹灰器根本无法满足目前锅炉的吹灰需求。甚至很多电厂对激波、声波吹灰器产生了抵触情绪。

　　因此，尽管蒸汽吹灰器有着吹损、能耗高等诸般缺点，它却仍然是火电行业万般无奈之下的选择。

　　然而，在锅炉因积灰难以清除导致热效率下降，脱硝、脱硫等环保设施关键部位积灰影响机组正常运行的情况下，寻求更完善的解决方案成为燃煤发电厂的诉求。下面，我们先对目前得到广泛使用的吹灰器进行技术分析。

　　根据其吹灰原理进行以下分类：

　　(1)物质射流型：其清灰除渣机理主要是利用物质射流的动能直接冲刷换热器表面上的灰渣，当冲刷力大于灰粒与灰粒及灰粒与管壁之间的结合力时，灰渣便会脱落，从而实现清洁换热器表面的目的。其主要特点是：触及式、动能冲击、有吹损、有死角。蒸汽吹灰器、压缩空气吹灰器、在线高压水冲洗装置以及空气炮等就属于此类。

　　(2)能量流型：能量流型吹灰器是将能量以空气声波或固体声波的形式传播到换热器表面，对积灰、结渣、结焦部位施加来回振荡力，使附着在换热器表面的灰渣因声疲劳而破碎并进一步剥离脱落。其主要特点是：以声波形式体现、能量振荡(引起灰垢焦的共振)、无吹损、无死角。此类主要为声波吹灰器，而激波(弱爆、其脉冲)则兼有上述两种吹灰器的特点。

　　当我们分析出吹灰器的工作原理后发现，无论是哪种形式的吹灰器，它都是通过外部能量强行破坏灰垢与换热面间的粘结力，从而达到其吹灰目的。应用中所出现的各种效果差、有负面影响等问题，归根结底都是能量的传递方式、区域和量级的问题。也就是说，我们只需要寻找到一种量级足够、传递方式、吹扫范围满足目前吹灰需求的吹灰方案，所有问题便可迎刃而解。

　　4 “奥笛”的求索之路

　　“奥笛”可调频高声强声波吹灰器，脱胎于航天器振动及声疲劳测试设备。该设备主要是模拟航天器实际运行中的各种工况，以检查航天器本体结构以及内部元器件的声振动疲劳性能，它采用了国际先进的气动式发生器，其原理是通过动静圈组件模拟人类咽喉发声，采用压缩空气/氮气作为工作介质，达到了10-10000Hz宽频带，30000声瓦高功率的发声性能指标。

　　在军品民用的转化过程中，我们保留了30000声瓦的高功率——这个功率可以实现半自由声场15m半径内的有效吹扫(实际应用中，由于声反射、衍射以及烟道内流场等因素存在，范围会略有变化)，仅将发声频带缩小到20-8000Hz(这个范围，已经涵盖了目前已知的锅炉受热面各种焦、垢、灰的共振频率)。而更为重要的是，我们保留了军工行业严谨的工作理念，由于不同锅炉间的燃煤成分、受热面布置等等均有区别，针对 “奥笛”吹灰器的每一个应用，我们都会采取下面的工作流程：

　　a、现场踏勘收资

　　b、吹灰机理研究

　　c、计算机声场模拟分析研究

　　d、受热面共振频率实地测试

　　e、设计制造

　　f、现场安装

　　g、投入正式运行

　　更为重要的是，我们会根据吹灰部位的实际运行参数(效果、煤质的变化)及时调整吹灰方案。

　　通过这样的工作模式，“奥笛”吹灰器成长至今，已解决十几台GGH因运行周期短导致机组频繁停炉冲洗的问题;解决了数十台空预器因硫酸氢铵结露、积灰堵塞导致机组不能高效经济运行的困扰。

　　作为“奥笛”面向火电行业的第一个项目，在解决某厂300MW机组GGH结垢堵塞的过程中，我们最先提供的吹灰方案是仅运行“奥笛”吹灰器。经过一个月的运行后压差有所上涨，说明这种方案是脱离实际的，因为回转式GGH采用换热元件作为热交换介质，其特点是布置紧凑，换热片间的通道狭窄，声波的能量振荡作用仅能将灰垢从换热元件表面剥离，要将灰垢从换热通道中清除出去还必须借助物质射流型吹灰器。

　　“奥笛”使用前堵塞情况 “奥笛”使用一个小修周期后的堵塞情况

　　在经过以上分析后，我们最终使用了声波+压缩空气+在线高压水冲洗的联合吹扫方式，该厂300MW机组GGH的运行周期最终是从三个月延长到了一个小修周期(十二个月)。

　　而在应对空预器硫酸氢铵积灰堵塞的问题上，我们借鉴了GGH结垢的解决方案，并根据空预器堵塞特点(硫酸氢铵积灰堵塞主要在空预器冷端)调整吹灰器的布置方式(从单烟气侧布置改为烟气侧/二次风侧布置)，不但解决了空预器堵塞的问题，还减少了约2/3的吹灰蒸汽，更避免了换热元件的吹损，保证了换热元件的合理使用寿命。

　　某厂350MW机组A侧声波吹扫 同机组B侧蒸汽吹扫

　　2013年，我们与中电投河南技术中心联合完成了某厂《1000MW超超临界锅炉强噪声吹灰技术研究》，不但使空预器长期稳定在低压差运行，锅炉排烟温度降低5℃左右，锅炉热效率提升0.25%，送风机、一次风机电流平均降低10A，蒸汽吹灰器由每天投运3次减少为每天1次，创造了良好的经济效益;更研发了空预器污染在线监测平台及智能吹灰系统。

　　2014年，“奥笛”也在炉本体受热面上的应用上取得了突破，成功化解了某厂600MW机组折焰角部位积灰严重的安全隐患，并完全取代该部位的蒸汽吹灰器。

　　以600MW机组为例，如在其折焰角及尾部受热面共安装10台“奥笛”声波吹灰器，可完全停用蒸汽吹灰器，同时提高锅炉热效率0.3%左右，标煤耗降低0.6g/kWh。

　　而针对SCR催化剂积灰、电除尘极板积灰，我们更是做了全面的技术储备。2012年6月与西安热工院联合完成了《催化剂声疲劳加速老化试验》，试验结果表明，在“奥笛”吹灰器的噪声加速试验后，催化剂强度无明显变化;随后在2013年10月进行了催化剂吹灰试验。试验结果如下：

　　高声强声波吹灰试验前后情况

　　由此可知，高声强声波发生系统发出的有效声波不仅可以去除在整个催化剂网格部位的积灰，还能最大限度地粉碎烟气携带的灰垢，使其更容易被烟气被带走，延缓了催化剂的老化，能够做到长周期运行。

　　5 结论

　　“奥笛”可调频高声强声波吹灰器作为新型声波吹灰器的代表，在锅炉GGH、空预器、折焰角、SCR催化剂、水平烟道、尾部烟道等积灰、结垢、结焦部位成功吹灰解堵，探索出了一条以 “奥笛”可调频高声强声波吹灰器为主体的燃煤电厂除灰解堵新型解决方案。该方案在一定程度上极大的降低了员工的劳动强度，提高了设备维护水平及管理水平;提高了锅炉运行效率和换热效率;降低单位煤耗，使企业节能减排工作也得到进一步落实，给公司带来了良好的经济效益和社会效益。