用气动方法对受热面进行吹灰的原理及装置

用气动方法对受热面进行吹灰的原理及装置一、气动方法吹灰原理吹灰的必要性吹灰器是电厂锅炉不可缺少的重要附件之一，其使用的合适与否，直接影响着锅炉的安全经济运行，炉内过程是一种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工况等因素，都影响着受热面的沾污与结渣。迄今，还缺乏真正能解决炉内积灰、结渣的理论与实践。因此，仅通过锅炉设计和运行调整往往是不能完全解决炉内积灰、结渣问题的。我国煤质资源丰富，动力用燃料中低灰熔点煤质较多，且以燃用高灰份、低热值劣质煤作为动力燃料发展方向。这加剧了受热面的沾污和结渣过程。实验证明，采用足够数量的吹灰器，在锅炉运行过程中，经常对受热面进行吹扫，能较好地预防锅炉的结渣、积灰和受热面腐蚀，保障锅炉安全运行，提高机组可用率。同时，由于受热面在运行中保持着清洁状态和有效的传热，还可提高锅炉效率和降低辅机电耗，具有显著的经济效益。吹灰的方式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。对于炉膛出口凝渣管和下部冷灰斗斜坡等局部地区，使用耐热钢固定喷嘴的排污水吹扫较为有效。而对尾部受热面，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率声波和次声波，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。气动吹灰的力分析积灰层开始形成时，细小的灰粒可以由范德瓦尔引力、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。这种粘附只能在沉积层较薄时起作用而不能粘附大量的沉积物。然而，在炽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，在吹灰器作用周期（每8h吹灰一次）内，积灰的粘结强度可达5kN/m2。粘结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冲方式的动力清灰时，沉积物所能承受的剪切强度是不同的。表4-24列出了原苏联煤不同类型沉积物用静力除灰和用动力除灰时沉积物的剪切强度。沉积物粘结强度大，因此必须采用高压射流（蒸汽或压缩空气）吹扫，表4-25列出了一台500MW燃煤锅炉吹灰器数量、用汽量和撞击压力。对蒸汽吹灰器，有资料推荐对不同的积灰，所需要达到受热面上的蒸汽冲击动压可参考以下数值选用：表面浮灰200-250Pa，已结块积灰500-1000Pa，熔渣或焦渣大于2000Pa。蒸汽射流在到达吹扫点的过程中，不断卷吸周围高温烟气。蒸汽射流到达吹扫点的动压可按下式计算：(4-87)式中，p和V分别表示吹扫射流密度和速度。

表4-24静力除灰和动力除灰煤剪切强度灰 渣 类 别正常膨胀数度（m/s）剪切时间（N/m2）清除时作用特性静力的动力的松散沉积物——褐煤（含灰量达48%）、库兹涅茨克劣质煤等灰渣8.0500-800200-500弱粘合沉积物——卡拉干达煤、库兹涅茨克煤、切利亚宾斯克褐煤.低硫重油等的灰渣10-35800-1600400-800中等粘合沉淀物（粘结在起的） 灰份大的褐煤灰渣，在煤气温度500—600°C时,KAHCKO-A4 CKOrO煤的灰渣、重油的湿灰等40-1001600-3000700-1500NN表4一25位置数量每个吹灰器运用汽量喷射孔处气压撞击压力行时间（min）(kg/min)(kN/m2)(kN/m2)炉 膛460.25681.022屏式过热器6171320.716二次过热器847850.818一次过热器811730.818二次过热器817850.818一次过热器811730.818省煤气46730.818空气预热器820530.716注：25mm吹射孔在2m处的压力气力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0.25-1.25%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气含量，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10年为周期，蒸汽吹灰维护费用比空气吹灰高约70%。空气吹灰系统专门配有出力为114-340m3/min、压力达3.43MPa的压气机装置。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。表4-26列出了某台862t/h时锅炉采用二种吹灰介质时的介质消耗量。表4-26吹扫介质蒸 汽压缩空气锅炉蒸发量D=862t/h燃 料煤粉及油吹灰器型式、数量及其控制方式短旋转伸缩式27台，长旋转伸缩式20台，空气预热器上2台。均自动程 序控制每天吹扫三次的总共吹扫时间9h18min吹扫介质参数p=17.6MPa(表压)，t=143Cp=2.06MPa,Q=73Nm3/min每天吹扫介质耗量50.2t40900Nm3注：压气机贮气罐的容积V=13.3m3压力p=2.06MPa（压表）。所统计的锅炉容量范围（t/h）所统计的锅炉容量范围（t/h）136-316318-452454以上采用蒸汽与压缩空气作为吹扫介质的统计比例（％）蒸汽61%，空气39%蒸汽50%，空气50%蒸汽63%，空气37%从表中可以看到，蒸汽吹灰的锅炉约占60%，空气吹灰约占40%。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，图4-35为美国的装机容量500MW以上燃煤电厂采用吹灰系统的统计结果，显然空气吹灰比例要比蒸汽吹灰高。图4-35美国500MW图4-35美国500MW以上燃煤机组吹灰系统统计logl0( -■■-",■ ■:■图4-36吹灰器轴线动压与射程关系气力吹灰的射程当来自蒸汽吹灰器或空气吹灰器的高压吹灰射流膨胀时，它不断与周围气体混合。当射流经过一个喷嘴直径距离时，射流约卷吸了同等体积烟气量。因此，当膨胀射流经过40-100倍喷嘴直径距离而到达锅炉管子时，吹扫流体中很大一部分是烟气，在回扫点处射流压力可按式（4-87）计算。图4-36为吹扫动压随射程衰减对数曲线图。从图中可以看到，吹灰器与被吹扫表面距离是影响吹扫动压的非常重要参数。二、蒸汽和压缩空气吹灰旋转伸缩式吹灰器旋转伸缩式吹灰器广泛地使用在炉内各部分受热面的吹扫上。通常采用的吹扫介质为蒸汽，也可用压缩空气和水。这种吹灰器分短式和长式两种。短式用于水冷壁管的吹扫，其行程约为350-400mm，而长式则用于吹扫炉内悬吊式受热面，如屏式和对流式过热器。当吹扫完毕时，吹灰枪自动退缩至炉外，这样就可避免它长期处于高温环境下而烧坏。表4-28列出了国产吹灰器与一些国家吹灰器主要特性比较。从表中可以看到这些吹灰器吹灰行程在3.48-10m。对于更大容量锅炉，炉膛宽度可达20-30m,吹灰器要水平移动约12-17m。据介绍美国有一种长行程吹灰杆，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254mm。支撑吹灰杆的腔体，亦只需710mm深就够了。图4-37为国产长伸缩式吹灰器，主要由阀门、启闭机构、工字梁、跑车、转动密封结构、密封支架、吹灰内管和吹灰枪等几部分组成。吹灰器主要性能指标见表4-28中第一行。A13.转动卿封机构13.转动卿封机构2品闻机构6.工字架7.吹衣椅億车B.密封支架吹灰动作。喷头伸进时的轨迹吹灰动作。喷头伸进时的轨迹图4-37长伸缩式吹灰器吹灰器启动后，跑车即沿工字梁向前移动，当吹灰枪喷头离开炉墙进入烟道一段距离后，吹灰吹灰器启动后，器阀门自动开启，进行吹灰。吹灰枪的行程依靠安装在工字梁两端的行程开关控制。当跑车前进到触及前端行程开关时，电动机即反转，跑车退回，吹灰枪喷头退到距炉膛适当距离时，阀门自动关闭，停止吹灰；到跑车触及后端行程开关时，吹灰器回到起始位置，电源切除，吹灰器完成了一次当跑车前后移动时，吹灰枪一边前进（或后退），一边转动，作螺旋运动。吹灰枪喷头上的两只拉伐尔喷嘴沿螺旋线轨迹将两股流体射向对流受热面。这种吹灰器上有专门的调节机构，以使吹灰器伸进和退出时的轨迹恰好错开约1/4节距（见图4-38）， 退回时的轨迹第4页共28页图4-38吹灰器喷嘴进、退轨迹错开示意示意图从而用尽可能少的吹灰介质，收到尽可能高的吹灰效果。图4-38吹灰器喷嘴进、退轨迹错开示意图■1在使用同样的吹灰介质流量和压力下，吹灰效果的好坏与喷嘴结构形式有关。目前，广为使用的喷嘴基本形式有：直角直孔型、渐缩直孔型、文丘里型和拉伐尔型喷嘴。其中直角直孔型喷嘴由于内部的热膨胀不够完全，使得射流在离开喷嘴后，有一向外扩张的作MS用，使得射流的有效吹扫范围较大，而其速度较低，所以它通常适用于吹扫大面积管簇和疏松积灰。由于介质喷射速度较低，因此对炉管危害性也较小。渐缩直孔型喷嘴具有较高的喷射效益，它的喷射特性与直角直孔型是相近的。文丘里和拉伐尔喷嘴由于其渐扩部分的断面将介质的内能最大限度地转化为动能，介质离开喷嘴后，形成狭长的高kl国4-29蕊汽吱荻哽啞速射流，它对结实积灰的吹扫效果较好，一般都采用这种形式喷嘴。图4-39为几种不带水冷蒸汽吹灰喷嘴结构。为了获得充分的吹扫，喷嘴在吹灰杆上的安装角度及其组合形式与被吹扫管簇的排列方式有关。图4-40和图4-41示出了长伸缩式吹灰枪上喷嘴的不同组合方式。对于布置较密集管排，喷嘴与伸缩杆垂直，而对于布置大节距管屏，喷嘴安装应与伸缩杆成一定倾斜角。ca3团于■1在使用同样的吹灰介质流量和压力下，吹灰效果的好坏与喷嘴结构形式有关。目前，广为使用的喷嘴基本形式有：直角直孔型、渐缩直孔型、文丘里型和拉伐尔型喷嘴。其中直角直孔型喷嘴由于内部的热膨胀不够完全，使得射流在离开喷嘴后，有一向外扩张的作MS用，使得射流的有效吹扫范围较大，而其速度较低，所以它通常适用于吹扫大面积管簇和疏松积灰。由于介质喷射速度较低，因此对炉管危害性也较小。渐缩直孔型喷嘴具有较高的喷射效益，它的喷射特性与直角直孔型是相近的。文丘里和拉伐尔喷嘴由于其渐扩部分的断面将介质的内能最大限度地转化为动能，介质离开喷嘴后，形成狭长的高kl国4-29蕊汽吱荻哽啞速射流，它对结实积灰的吹扫效果较好，一般都采用这种形式喷嘴。图4-39为几种不带水冷蒸汽吹灰喷嘴结构。为了获得充分的吹扫，喷嘴在吹灰杆上的安装角度及其组合形式与被吹扫管簇的排列方式有关。图4-40和图4-41示出了长伸缩式吹灰枪上喷嘴的不同组合方式。对于布置较密集管排，喷嘴与伸缩杆垂直，而对于布置大节距管屏，喷嘴安装应与伸缩杆成一定倾斜角。ca3团于tj^UE力1J7-1翻HP和CbJ胃WUI力0.78-1.27MPa*frB用干草丸圧h1 Q©MPn图4-40纵向管距排列紧密管簇采用图4-41宽纵向管距管屏采用

的对向直角喷嘴的带倾斜角喷嘴表4-28国产吹灰器与国外吹灰器性能比较型号（生产国）伸缩行程（m）喷头运动参数吹灰介质参数选用电机结构特点资料来源移动速度（mm/min）转速(r/min)武锅T200-17吹灰器5688015.4汽源：p=1.96—3.92MPa,t=350°CJ02-12-1T2型0.6kW910r/min单马达驱动，采用新型密封结构和阀门结构，移动靠齿轮齿条380410Pargo型吹灰器（波兰）6.075.975.48121022.1max汽源：p=15.30MPa1t=460C减压后max气压BZTKr22b0.6kW2670r/min单马达驱动，移动靠齿轮齿条750830550淮南电厂orII-0H-63吹灰器（前苏联）不详—12.82汽源：1.96-3.92MPatmax=350C两只电机：转动0.27—0.4kW移动 1kW转速1410r/minOIIK-8-62的改进型，双马达驱动，移动靠链条765HOP-KINSON吹灰器（英国）4.54.71495/17954.95/5.95汽源：p=3.92MPatmax=350C两只电机：0.33马力（0.242kW）双马达驱动，马达固定，靠一根空心方轴传递转动运动，移动靠链条，转动密封使田效果好不详青州造纸厂EA-48型吹灰器（日木）51070/12905.3/6.40.25kW单马达驱动，马达固定，链条转动500胜利炼油厂IK吹灰器RSB-53型吹灰器（日本—10及以上220020汽源：1.96MPa以上，喷射压力0.69—1.72MPa1.1kW单马达驱动，马达固定，转动运动行靠一根空心方轴传递，移动靠齿轮齿-条 不详厂样本吹灰器采用单侧布置或双侧布置，需根据各锅炉间距等具体条件决定。单侧布置的吹灰器数量要比对称少一倍，管道系统也简单，但是要求锅炉附近有足够的空间位置。当锅炉的同一侧需要布置数台吹灰器时，相邻吹灰器的间距应按吹灰器的有效半径考虑。吹灰器喷嘴和被吹扫的受热表面的最小距离一般应小于350mm。若因结构布置条件所限，不能满足这一要求时，应在靠近吹灰枪的第一排管上装保护瓦，以防受热面管的磨损。同时应考虑到因温差导致的膨胀不均，保护瓦不宜直接焊在受热面上。弯管式吹灰器图4-42为美国发明的弯管式吹灰器，其特点是结构较紧凑：吹灰管是弯曲的，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。图4-42图弯4管-4式2吹弯灰管器式结吹构灰示器意结图构示意

第6-页共--28-页--1—吹灰管，2—传动装置，3—导轨，4—喷嘴头，

5—喷嘴头移动的轨道，6—压缩空气软管固定式吹灰器(1)辐射受热面的吹扫图4-43为吹扫水冷壁及屏式过热器的扇形射流吹灰装置。它可以成任意角度安装于炉内任何位置，一般固定于炉墙或钢架式受热面上。这种吹灰装置的吹扫介质通常采用蒸汽，也可用水和压缩空气，其冷却系统可与炉内循环系统并联，喷嘴扩散角B—般设计成4°8°其喷嘴进口宽度h决定于所要求的射流厚度，喷嘴断面与引入管道断面比以0.25-0.3为宜。这种喷嘴可产生垂直于吹灰装置轴线的最大扩散角为180°的平面射流，喷嘴与被吹扫受热面的相对距离最小可调整到25-30mm,这样可以有效地利用射流的动能。为了保证喷嘴的安全运行，在冷却介质的通道内装隔板，使得喷嘴得到更好的冷却。在使用中应控制吹扫与冷却介质之间的温差不超过40-60°C，以防止喷嘴遭受过大的热应力。实验测试结果表明，压力为1.18MPa的水，可以产生喷射角Y=0-180°、半径约为4.5m的平面射流。在这种情况下，蒸汽耗量为6kg/s。如果产生半径约为3-4m平面射流时，则蒸汽耗量可减至3.5kg/s。在实际应用中，吹扫持续时间一般取为8s左右。每天吹扫次数和喷嘴前压力的大小，可根据具体要求加以调整。a图4-图4-水冷壁a图4-图4-水冷壁冷壁扇形吹灰装置1，，3土吹扫介质质进口,口管，板一隔板(2)尾部受热面的吹扫尾部受热面的清扫，通常采用钢珠吹灰较为有效。在尾部各段受热面之间距离较小的情况下，也可用蒸汽或压缩空气吹灰，由于这些区域的烟温较低，可以采用多喷嘴、不退出的吹灰杆结构。尾部受热面固定吹灰喷嘴一般有三种形式，第一种为圆柱形喷嘴射流。这种喷嘴使用参数为p=8.82MPa，t=450C蒸汽时，射流刚射出喷嘴就有较大的扩散。因此，安装这类喷嘴时， 图4-44长方形喷嘴射流要与炉管稍稍错开，以免炉管受到磨损。第二类为拉法尔喷嘴。其结构为喉部直径d=30mm，喷嘴扩大部分长度L=300mm，开口角为5°这种喷嘴出口射流细而狭长。第三类为长方形喷嘴，在临界压力以内，如长方形喷嘴出口截面的短边与长边之比a:b=1:4时，则产生垂直于长边的、开口角为135°的扇形射流，并且射流扩散角随着a:b的增大而增大。图4-44为长方形喷嘴射流扩展示意图。三、声波吹灰

声波吹灰原理声波吹灰的机理是边界层在声振动作用下形成断续，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，而且可能破坏以生成的沉积物。声波发生器一般采用低频率声波(20-400HZ)和次声波(20Hz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135-137dB,实际使用的声波发生器声强一般在140-145dB。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4-29列出了燃用不同类型燃料时，声波发生器工作周期。表4-29燃料种类使用周期(S)间隔时间(min)煤，重油10—205—10树皮，木片，垃圾10—202—5声波发生器结构图4-45为典型声波发生器，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震荡，这种振荡在传播器中扩大。孔是冷却膜片和传播器的通风孔，在声波器工作间隙起冷却作用。短管使声波器膜片空隙空气流通。箱壳中填有隔音材料。根据声波发生器使用条件，外壳、顶盖和传播器既可用铸钢材料制造，也可用不锈钢材料制造。图4-46为安装在锅炉上的另一种发生器装置，声辐射器、电动机和谐振管用弹簧拉杆悬吊在梁上。发生器的安装要使管子出口截面的距离达0.5m。谐振管长度应等于1/4声波的长度，即当频率为20Hz左右发声时,直径为0.4m的谐振管的长度应是4m左右。这种发生器可以保证容积15X15X15m3空间内受热面除灰工作，发生器可以安装在温度达1000的烟气流中清除受热面积灰。表4-30列出了KVB公司生产的支波发生器技术参数。图4-46锅炉上安装声波除尘器i芒舞空气1——外壳，2——顶盖，3——图4-46锅炉上安装声波除尘器i芒舞空气1——外壳，2——顶盖，3——膜片，4——传播器,5 孔,6 短管，7 箱壳1 声辐射器，2 电动机，3 谐振管,4一梁,5——弹簧拉轩，6——烟道臂，7——除灰表面边界声波吹灰注意问题声波吹灰法具有投资低、清灰效果好，可以影响沉积物生成机理、防止和延缓沉积物形成，锅炉部件几乎不产生热应力的作用等优点。但使用声波发生器时，应明确规定声发声器在工作声强允许标准内。图4-47为人体允许承受声强与频率的关系。从图中可以看到，随着频率的降低，对人体有影响的声强允许值增加，但必须指出2-15Hz的声波会使人体内部器官产生危险的谐振现象，应当尽量避免。四、脉冲燃烧喷射法除灰脉冲燃烧喷射法是利用甲烷、氢气、乙炔等高反应性能的燃料，在特制的紊流管内使之产生爆燃，爆燃火焰以音速或超音速从脉冲燃烧室喷出，利用脉冲波清除受热面上的沉积物。用沉积物的膨胀速度(膨胀速度定义为灰渣微粒开始脱离沉积层的速度)表示沉积层与受热面粘接牢固程度。显然，当膨胀速度越大时，沉积层粘接越牢固。对不同类型沉积层，膨胀速度数值为松散沉积物，其膨胀速度为&0m/s；弱粘结沉积物，其膨胀速度为io-35m/s；中等粘接沉积物则为40-100m/s。用脉冲燃烧室中喷出的单位脉冲波强度J°作为清除沉积物能力的度量，则对不同沉积物极限膨胀速度与J0的关系示于表4-31中。清理半径R定义为：在单位脉冲波强度时从脉冲燃烧室喷出的射流及冲击波能对沉积物构成作用的范围。R的数值为：粘接沉积物R=2.2-5.0m,对松散沉积物R=8-10m,对多个喷嘴燃烧室，则应将R的数值乘以喷口数。有了上述基本数据后，脉冲燃烧室混合气体热量按下式计算：E=0.06JaR (4-88)0式中，E为混合燃料热量(KJ)。脉冲燃烧室体积：E (m3) (4-89)V=()Q耳V1- -3.3U2.5P式中，UH为气体燃料常规燃烧速度(m/s),Q为燃料热值(kJ/m3)，耳为混合气体燃料化学量。H对清除锅炉受热面局部沉积物的脉冲燃烧室，其体积不应大于2-2.5m3。对灰渣沉积物沿烟道相对均匀分布情况，建议采用体积不超过1m3的几个燃烧室。(4-90)对直径为0.15-0.25m范围的脉冲燃烧室，其长度按下式计算：(4-90)Lm式中，d为喷嘴直径(m)，n为喷嘴个数。射流从脉冲燃烧室喷出后的有效长度L是保证清除膨胀速度为U的沉积物的有效作用范围。实p践经验表明，当清理半径R与有效长度L满足下列关系时，可保证受热面上沉积物能被均匀清除：表4-30KVB公司生产声波发生器的技术参数技术参数频 率220Hz工作气压0.412-0.549MPa耗气量：18.9X10-3-37.8X10-3m3/s工 作

表4-31极限膨胀速度与脉冲波强度J关系oU (m/s)J(N・s/m2)57.5108.5259.0359.5501010012.3表4-32燃料化学式燃烧速度(m/s)在空气混合气体中可燃气体的浓度正常燃烧速度(m/s)燃烧的热f(KJ/m3)氢H228000.31.610800甲烷CH421500.0950.28-0.435850丙烷CH3826000.040.391300丁烷CH41026000.03120.3118740乙炔CH22000.0771.059100R=(0.5-0.6)L(4-91)当R"L时，射流有效长度L太小，不能保证受热面上沉积物均匀清除。有效长度L按下列方法确定：按下式算出脉冲燃烧室断面上气流初始速度uo=0.8d(1--3.3吟］ (4-92)计算射流马赫数：Ma=U『C (4-93)式中，C为烟气温度下的音速，按下式确定：20(4-94)20(4-94)其中，T为锅炉烟气温度(K)。⑶用M值，按图4-48查出系数入2。图4-47图12011010020(Hz)405060010642入2246810马赫数M⑷根据沉积特人体确1图4-47图12011010020(Hz)405060010642入2246810马赫数M⑷根据沉积特人体确1定膨胀速度频率关系p(5)根据U/U值和入2值，由图4-49查出L/r数值,p0出射流有效长度L。图4-48—48速冲燃烧赫数数关关系系r为脉冲燃烧室管道半径。已知r,便可算图4图-449-4用9于确用于定确脉定冲脉燃冲烧燃室烧射室流射长流度长的度曲的线曲图线图A—弱磨蚀性灰，B―等磨蚀性灰表4-32列出了常规气体燃料的正常燃烧速度及爆燃速度值。五、气力吹灰对受热面寿命的影响气力吹灰对受热面的磨损蒸汽或空气吹灰器，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8h约运行一次，每次吹灰约10-20s。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。图4-50为吹灰冲击速度与管子寿命曲线，试验时使用壁厚为5mm的管子。该图可用于确定吹灰器位置，以保证吹灰喷嘴与锅炉管子之间距离大于最小允许值。幸运的是，高结渣性灰通常具有低石英含量，因此只是属于中等磨蚀性灰，这将允许吹灰器安装得更靠近锅炉管子，从而取得更有效的吹灰效果，而不致引起锅炉管子严重磨损。但对一些高石英、钙、钠含量的次烟煤，它既是高结渣性，又是高磨蚀性的，因此要更加注意受热面积。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1.5m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，它可能将再次被烟气夹带。因而在锅炉停炉时，应尽量清除沉积在过热器、再热器第11页共28页和省煤器部位的粗灰。反复吹灰产生的热应力锅炉吹灰时，受管壁表面灰沉积层脱落及吹灰介质冷却的影响，管子表面温度会发生变化，图4-51为结渣和掉渣过程管子表面温度变化的实测值。其温度变化幅度达50C，时间在180s以上。(4-95)图4-51屏过管子在结渣和掉渣过程温度变化(4-95)图4-51屏过管子在结渣和掉渣过程温度变化图4-M结渣过管子在结渣程掉渣过程温度变化吹灰产生热应力会降低受热面的使用寿命。通常，可用允许的相对寿命参数A来衡量：gmmTOC\o"1-5"\h\zN/N / Aj j i pij1 j1[N].为jj式中，[N].为jjja—结渣过程，b—掉渣过程类型热负荷允许变动的周期数,Ta—结渣过程，b—掉渣过程管子的工作时间，.为i类型工况下管子被破坏的工作时间。pi容许热负荷变动周期数［N］和温度应力，波动振幅及金属壁温值有关。而T则与由管内压力所P确定的稳定热应力及管壁温度有关。从式(4-95)可以看到，金属壁温波动大，管子长期工作壁温高时，相对寿命数降低。第五节用水射流方法对受热面进行吹灰的原理及装置一、水力吹灰的原理水力吹灰的优点蒸汽和空气吹灰器对炉膛水冷壁和屏式过热器进行吹扫时，吹灰管的热负荷非常高，这常常使冷却吹灰管所需介质大大高于吹灰的所需量。试验表明，吹灰管传导的热量是周围烟气绝对温度四次方的函数，这种四次方的函数关系使得炉膛上部及屏区少数几个吹灰器的吹灰介质需要量远远大于其它吹灰器。特别是对用空气作为吹灰介质的系统，将产生下列不利条件：第一，要求空气压缩机必须能为少数几个大流量吹灰器提供足够的空气，使初投资提高；第二，大流量吹灰器运行时对空气需求量很大，这严重地限制了其余吹灰器同时运行。高温烟区的吹灰对于整个锅炉结渣和积灰控制常常是关键，因而它们常比其它吹灰器使用得更为频繁。大块灰渣常会砸落在吹灰管上，各种原因引起吹灰介质减少或中断也会使这些吹灰管迅速过热。再则，对高粘结性灰，蒸汽吹灰或者空气吹灰往往效果不佳。水吹灰则不存在上述问题。首先，水吹灰对高温受热面上任何机械强度的灰渣都能进行卓有成效地吹扫。从式(4-87)可以看到，吹灰冲击压力直接正比于冲击介质的密度，而水的密度至少要比空气、烟气或蒸汽高近千倍，显然水射流具有高得多的冲击力。冷水将导致灰渣块碎裂，灰渣与水冷壁粘结疏松，大冲击力和猝冷作用使水吹灰能清除强粘结硬灰。其次，水吹灰器可以利用廉价的工业水，水射流的射程较远，因而可以减少吹灰器的数量。与空气和蒸汽吹灰相比，水射流相对速度较低，这排除了管子被磨损的危险。最后，水吹灰器能够破坏管子上的第一层积灰，因而减少了结渣的倾向。水力吹灰的原理水力吹灰具有较高的冲击力，炽热灰渣受水猝冷破碎，并从管子上脱落。水力吹灰器一般安装在垂直于水冷壁的炉外支架上，其端部装有喷嘴。使用时吹灰杆边旋转边伸入炉内，当其端部到达一定深度时水门自动开启，压力水从带有后倾角的喷嘴内以与水冷壁成一定夹角的方向射向水冷壁渣层，吹灰杆继续旋转着前进，射流以吹灰杆为中心由内向外作螺旋状扫过。到达终点后，反向开关把吹灰杆的移动方向倒过来，仍继续旋转，射流在壁面上形成收缩的螺旋线。由于射流吹扫直径随着吹灰杆的行程在不断扩大或缩小，这将导致吹扫工况发生下列变化：(1)由于衰减的影响，射流冲刷水冷壁管的动量随着螺旋线的张大而减弱，再随着螺旋线的收敛而加强；射流扫过水冷壁面的速度随着螺旋线的张大而加快，再随着螺旋线的收敛而减慢。冲刷力和扫过速度对清渣效果和交变热应力有很大关系。显然，按一定工况设计的吹灰器如能满足吹灰杆行程中某一端的条件，则在其另一端就必须大大偏离原设计的要求。一般可采用两种手段来使吹灰工况均匀化：一种是采用一个受吹灰杆行程控制的水门使喷嘴前的水压随着吹灰杆进入炉内而增高，并随着其退出而降低，从而保持水冷壁管的射流动量不变。另一种是采用变速装置使吹灰杆的旋转速度随其前进的行程而减慢，并随其退出行程而加快，从而保持不变的射流扫过速度。使用水力吹灰器后，炉内温度水平及燃烧状况会发生什么样的变化呢？是否会造成锅炉灭火？下面以某国产200MW锅炉为例加以分析。该炉为HG670/140-7型锅炉，超高参数一次再热自然循环汽包炉，烧阜新劣质烟煤，煤质数据为Ay=37.6%,Wy=20%,Vy=39%,Qy=12.12mJ/kg，灰熔点温度为t=1150°C,t=1210°C,t=1250°C。QDW 123该炉在燃烧器区域上部严重结焦,造成炉膛出口烟温升高,过热器管壁超温,影响了锅炉出力,甚至被迫停炉清渣。为此,安装了12台水吹灰器,每次程控投入2台,水力吹灰器吹扫时进退一次为6min40s,实际喷水时间为4min。12台水力吹灰器全部投用需40min，该水力吹灰器喷水量为453-480kg/min。按上限计算，在40min内喷水吸热为：Q=(2.875-0.084)X480X4X12=64.3X103MJxr式中，2.875MJ/kg为大气压下、温度为200C时过热蒸汽焓，0.084MJ/kg为大气压下、温度为20C时水焓。在40min内燃烧发热量为(按设计阜新劣质煤计算)：Q=12.14(MJ/kg)x171100(kg/h)x虹=1.385x106MJr60Qxr/Qr=0.046，即喷水吸热量仅为燃烧发热量的4.6%。xrr实际上吹灰器的投用是间断的，而燃煤的投入是连续的，炉膛及炉墙在长时间内积累的巨大的热容量可以瞬间把水化为蒸汽，除了被水喷扫到的水冷壁有局部降温外，整个炉膛及燃烧器区域的温度变化是很小的。对燃烧器区域8个看火孔进行火焰温度测量也证实了上述分析，因此水吹灰器投入不会破坏稳定燃烧工况。阜新劣质烟煤Wy=20%,燃煤量为171.1t/h，如不考虑空气中水份，入炉总水份量为34.22t/h,水力吹灰器喷水量为6.8-7.2t/h,假如将7.2t/h水全部注入171.1t/h锅炉煤中，水份变化为24.3%,即水份提高了4.2%。实际上入炉煤在雨季中水份变化完全达到甚至超过24.2%，上述水份的变化在正常的波动范围内。以上分析已为实践证实。燃烧器区域投用水力吹灰器喷水清渣，只要布置得当不会影响正常燃烧，更不会使锅炉灭火。二、水力吹灰对受热面的热冲力及所产生的热应力高温受热面管壁在水射流冲击下温度变化水吹灰器具有许多优点，但是长期使用它，管子金属会经常受到交变应力的作用，是否会产生管子热疲劳失效及外部腐蚀等问题的担心妨碍了水吹灰器的普遍使用。为了消除这种疑虑，曾进行

了大量的实验研究。假定水冷壁管温度为345C，而在水吹扫瞬间管子表面温度降至25C，管子金属导热系数取入=46.51W（m・C），对流放热系数a取为无穷大。用数值计算法，求出不同吹扫时间，离管表面不同深度处金属温度，计算结果列于表4-33中。从表中可以看到，当吹扫介质与管壁接触时间不超过0.03s时，管子表面温度降低仅在离表面2mm厚度的范围以内。用转速为40r/min,喷嘴前给水压力为0.25MPa的水力吹灰器吹扫炉内水冷壁,吹扫18s后，炉管表面温度降低为200-200C，而在离表面深度2mm处温降不大于60C。如吹扫时间减少到4s,则炉管温度降低为100C，在离表面深度2mm处温度降低25C。用带多喷嘴头的短旋转伸缩式水吹灰器吹扫水冷壁，吹扫时间4s,水流量由3t/h增至30t/h时，炉管表面温度变化约100C，而离炉管表面2mm处温度变化仅20C。计算和测量表明，水流射到炉管上所引起炉管温度降低，并不是在管子全部壁厚上，而仅是在不深的表面层内。因此，即使炉管表面温差很大，亦不至于导致破坏应力产生。表4-33离管表面不同深度处金属温度〜距离（mm）0.51.02.03.04.05.0时间（〕卜、温度（C）0.0122493323453450.0241892993453450.0481502473303450.073108215312340345345图4-52为旋转伸缩水力吹灰器吹扫水冷壁时，管壁温度变化测量值，水射流以200°C/s速率将管壁温度352C降低到252C,而几乎以同样速度恢复原数值。试验发现低碳钢在16000次热冲击后,有0.1mm深裂纹形成，其后，裂纹扩展减慢，在64000热冲击后，裂纹并没有明显加深。该试验也证明了管壁温度剧裂变化主要在管壁不深表面层内。热冲击的原理温度较低的水流喷射到处于饱和温度的水冷壁管上，产生一种激冷作用，使管皮的温度急剧下降，当射流扫过后，管皮的温度又很快上升，而且由于灰清除后，传热条件改善，管皮温度一般要05时间（S）10°C度温管壁冷水05时间（S）10°C度温管壁冷水热应力的大小同管皮的冷却程度、冷却范围以及作用时间等因素有关。根据国外研究结果，温度变化的幅度决定于喷射到并残留于管子表皮上的水滴蒸发吸收的热量。对于温度为260-370C管子，被蒸发水量约占到其表面水量的7.5-10%，而喷射的水量则又与水压、喷嘴直径、扫过速度有关，是个多变量的函数，而且它还受管子表面结渣状况，脱落的难易等随机因素影响。图4-52双喷嘴水吹灰器对管壁第水冷页共28页

确定热冲击的最直接有效的方法是直接测量吹灰过程中管壁温度变化，图4-53为某670t/h锅炉水吹灰过程管壁温度实测值，根据温度变化即可用分析方法确定热冲击下的热应力。国外也有全用数学模型求解温度变化及热应力的，根据锅炉管子在不同应力下热疲劳损坏前所能承受的温度交变次数，即可算出管子的使用寿命。)时间（S）图4-53670t/h锅炉水吹灰过程中壁温变化（负荷160—180MW，水温58C）管壁上的灰渣层对减缓热冲击有显著作用，水射流冲击时，灰渣层首先被冷却，管壁必须通过灰渣层向外散热才得以冷却，灰渣层的导热系数很小，这减缓了管壁温度变化速度和变化范围。图)时间（S）图4-53670t/h锅炉水吹灰过程中壁温变化（负荷160—180MW，水温58C）对炉管热冲击影响最重要的因素是水射流的流量大小。流量越大，蒸发潜力就越大，则热冲击也越大。因此，喷嘴面积的大小要设计得当。如果喷嘴太小，吹扫不干净；过大，则产生较大的热应力，而且吹扫介质的消耗量也增加。吹扫介质的压力和温度对热冲击的影响是不大的。水压力由0.69MPa增至1.52MPa时，壁温的平均变化只有6C；水温由15.5C增至65.5C时，热应力也只略有减小，即使在冬季接近冰冻的河水对热应力影响也是不大的。由于热冲击出现的疲劳寿命问题图4-55为西德SA210钢材、外径①51mm水冷壁管受热冲击时管子设计疲劳寿命。对某一吹扫对象，首先估算出在每天吹扫中，炉管受冲击的次数。由图左边曲线，以机组总寿命时间，可查得总共热冲击次数。同时由右边曲线，可得到适宜的吹灰器操作参数，或是吹灰杆转速或是允许最大水流量。由此再确定喷嘴尺寸大小和吹扫水压，并参照运行经验，看相对吹扫能力是否足够，以最后确定喷嘴大小和吹扫水压。动波度温面表壁管(ax10030020000.30.40.50.60.70.80.91.0吹灰压力(MPa)200动波度温面表壁管(ax10030020000.30.40.50.60.70.80.91.0吹灰压力(MPa)200C°100((b)° _O_h1■do3Illi10.30.40.50.60.70.80.9吹灰压力（MPa）图4-54水力吹灰时，金属管表面温度最大波动曲线（a）对清洁管吹灰时变化曲线，（b）对沾污管吹灰时变化曲线（清扫后1h）1至4—喷嘴直径分别为25，16，12和8mm时的变化曲线数次环循数次环循图4-55SA210钢水冷壁设计疲劳寿命图4-56为锅炉上辐射区水冷壁的计算寿命与吹灰间隔时间关系。根据结渣状况，确定吹灰周期和水吹灰器喷嘴直径，便可从图上确定不产生疲劳裂纹的机组运行时间。用水压力吹灰器以某一锅炉管子进行吹扫试验，试验时吹扫周期缩短了300倍，即每5min启动一次。在每次吹扫后，经5min炉管温度恢复，又接着进行第二次吹扫，每次吹扫时间为18s,在总共950h内，吹灰器共启动11384次，其中57h炉管处于水射流作用下。试验后取下9个割管样品，进行外形、宏观和微观检查、显微硬度测定、压扁试验、机械性能以及化学分析。结果证明，即使在比正常吹扫周期缩短300倍的情况下，水冷壁工作是完全可靠的。10 : 图4-56锅炉上畐射区水冷的壁计算寿命与水吹灰器吹灰间隔时间关系1—图4-56锅炉上畐射区水冷的壁计算寿命与水吹灰器吹灰间隔时间关系1—喷嘴直径为8mm；1喷嘴直径为8mm，

在扫射区的数值2—喷嘴直径为16mm■数值4_5574-57国产水力吹灰器一1—减速箱，2—週节阀，3—吹灰管,4—喷嘴，5—密封机构，6—控制机构表4-34列出了各国水力吹灰器在热冲击影响下平均最大温变幅度及管子计算寿命。从表中数据可以看到，只要水吹灰器设计正确，运行合理，水吹灰对锅炉整个寿命不起破坏作用。三、水力吹灰器的形式及布置1.水力吹灰器的形式及结构图4-57为国产安装于670t/h锅炉上的水力吹灰器。吹灰器由减速箱(1)、调节阀(2)、吹灰管、喷嘴(4)、密封机构(5)、阀门启闭和开度控制机构(6)等部件组成。吹灰杆以14r/min速度边旋转边向炉内伸入，喷嘴前的水压随着吹灰杆的行程从0.294MPa逐步升高到0.98MPa。吹灰杆后退时，喷嘴前压力从0.98MPa降低至0.294MPa，吹灰器完成一次吹灰历时6.67min,其中喷水时间为4.33min，吹灰器设计参数为：供水压力1.18-1.47MPa,水温20-60°C；喷嘴个数为1，喷嘴孔径8mm。喷嘴后倾角5°0‘，喷水量3.6t/h。

图4-58为国外水吹灰器结构示意图，这类吹灰器的吹灰压力为0.784-1.57MPa,喷头同时作伸缩和旋转运动。喷头上可以装一个喷嘴，也可以装两个相对喷嘴，通过调节喷嘴处的压力保证水射流在不同位置时均匀作用。2.影响水吹灰效果的各种参数（1）水温水温对吹灰效果没有影响，而主要是对热冲击程度产生影响。但是，试验结果表明，水温从15°C提高70C，管壁温度幅度仅有很小改变，这是因为热冲击主要是由附着于管壁的水滴蒸发引起的，它比水温的作用要大得多。表4-34国外水吹灰的情况及计算寿命（a）（b）图4-58水吹灰器示意图（a）（b）图4-58水吹灰器示意图图4-59排污水吹灰喷嘴结构使用的电厂A（美国）B（美国）C（美国）阿夏芬堡（西德）梁赞（前苏联）燃用的煤种褐煤褐煤次烟煤褐煤褐煤水吹灰器的主要结构和参数水源未注明河 水未注明凝结水未注明水压（MPa）未注明1.202.061.370.780.590.59水温（C）未注明大气温度未注明未注明未注明耗水量（m^min）未注明0.03未注明0.02未注明喷嘴数未注明124未注明未注明喷嘴孔径（mm）未注明43.854.2未注明820喷嘴后倾角未注明20°20°20°未注明〜10°〜10°吹灰杆转速（r/min）未注明17.117.1282未注明吹灰杆进行速度（mm/min）未注明6456452845未注明未注明全行程（mm）750110011001100未注明350吹扫时间（min）未注明未注明未注明20（其中12分喷水）未注明有效半径（m）1.52-2.5未注明1.8-4（不同安装位置）2.2热冲击的影响平均最大温变幅度未测定〜55C〜44C〜33C未测定50-80C180C计算管子寿命经过计算，结论是不会出现管子破裂11年（每班以吹二次计）大于30年（每班以吹二次计）曾做过模拟试验，热冲击3100-6500次未发现管子受损经过计算，认为管子不会受损4年（每班以吹二次计）（a）吹灰器结构，（b）单喷嘴射流轨迹;1—喷头，2—吹灰管，3—水冷壁，4—压力调节装置，5—小车水压在同样喷嘴尺寸下，水压提高使射流动量增加，同时还增大有效吹扫半径，可提高清渣效果。水压提高，热冲击程度有所增加，但增加幅度很小。在研制水吹灰器的过程中曾用过高达2.06MPa的水压，但在常规水吹灰器上使用的水压，一般在0.59-1.47MPa。喷嘴尺寸及水量喷水量是喷嘴尺寸与水压的函数。水压一定时，随喷嘴尺寸增大，水射流流量增加。水流量对炉管的热冲击影响很大。水量大，水的汽化潜热就大，热冲击显著增大。但如果水量过小，清渣效果则降低，使炉管吹扫不干净。喷嘴大时，射流加粗，扫过时的螺旋线也加宽。喷嘴尺寸选择还应与吹灰杆的螺距相协调，使射流的螺旋形轨迹既无间隙，又不相互重叠。无间隙可保证水冷壁不留下螺线形残渣，不重叠可保证一次吹扫中炉管不受到多次热冲击。喷嘴尺寸在4-20mm之间，国产吹灰器喷嘴尺寸为8mm,图4-59为电厂常用的排污水吹灰喷嘴结构，喷嘴孔径为7mm。喷嘴个数增多喷嘴个数要相应地选择吹灰杆的螺距，以使射流轨迹不致重叠。常用水吹灰器喷嘴数目一般为1至2个。喷嘴后倾角吹灰杆的伸入深度一定时，后倾角越大，吹扫半径越小，但射流对渣层的冲击力越大。为了保持吹灰器的总长度在合适范围之内，目前一般采用小于10°后倾角。上述各项因素对吹灰效果影响是互相关联的。在具体应用时，要根据在尽可能小热冲击条件下取得最大清渣效果原则，结合燃料结渣特性、水冷壁结构等进行分析和选型。炉膛水力吹灰器布置水力吹灰器应根据吹灰器吹扫半径，炉内结渣严重部位进行布置。对HG670/140-7型锅炉及其类似的炉型，燃烧器区域可沿其中部向上布置水力吹灰器，每层布置4-10台，每层之间相距3m左右，每台之间相距4-5m，吹灰器布置位置见图4-60。四、掺水吹灰器原理掺水吹灰是在用蒸汽或空气为介质的吹灰器中掺入一部分水。如本节第一小节所述，对高烟温区吹灰器，为了保证吹灰杆冷却，所需的蒸汽和空气流量要比其它吹灰器大得多，这增加了压缩机系统的投资，限制了吹灰器运行灵活性。在蒸汽和空气中掺入水后，喷入的水能沿吹灰杆内壁形成一层水膜，大大增加了管子内壁的放热系数，从而为吹灰杆提供了良好的冷却，降低了吹灰器中介质流量。表4-35列出了掺水和不掺水时吹灰器中介质流量，对高温区吹灰器，掺水后吹灰杆冷却所要求的空气流量显著降低。掺水吹灰器的水流量用一套特定的水控制系统控制。当吹灰器伸进锅炉时，水流量按预定的级别增加，从而维持足够的液态水来冷却吹灰器。吹灰器缩回时，水流量逐级减少。掺水吹灰对炉管吹扫效果与蒸汽或空气吹灰效果基本相同，但由于使高烟温区吹灰器介质流量显著减少，降低了炉管被吹扫磨损的可能性，降低了吹灰管金属温度，增加了运行可靠性。掺水对炉管冲击影响见图4-61。由图中可以看出，在表面处温度梯度很大，但从管子表面向内，这一梯度迅速下降。根据温度梯度，管子表面热应力可以相当大。然而，这些热应力仅局限于管子表面附近的很小区域。编号（m3/s）1-24.956X10-3编号（m3/s）1-24.956X10-33-103.304X10-311-161.841X10-317-221.09X10-323-261.04X10-327-300.684X10-3吹灰器 常规空气流量31-3435—384.956X10-30543X103空气流量（m3/s）1.18X10-31.18X10-31.84X10-31.09X10-31.04X10-30.68X10-30.543X10-30543X10」最大水流量（m3/s）10注：空气流量按吹灰管冷却要求确定图600HGG6700i4型锅炉水力吹灰器布置图（图中标号为吹灰器布置位置）使用掺水吹灰后，在过热器处观察到表面裂纹，但长期运行及试验表明，这种裂纹主要位于炉管表面，并且裂纹发展随时间增长而减慢。从表面裂纹深度发展趋势推断，吹灰器每天运行三次，使用20年，则裂纹的最大深度也只有1.27mm，因而掺水吹灰热冲击对炉管寿命可控制在允许范围内。五、水力吹灰器的工况设计在实行定期吹灰、渣层比较稳定的条件下，最大温变幅度总是出现在靠近吹灰器，在较远的管子上造成的热冲击则小得多，但清渣程度仍能满足要求。由于水量是造成温变的原因，也是使渣层碎裂脱落的主要因素，为了在同样的清渣效果下将各点的温变幅度降至最小，以国产水吹灰器为例对水量进行分析研究。121面表外121面表外_____0.49210-3m3/sr{落降度温93663810「--■■0.36610-3m3/s530'...---0.25210-3m3/sr{落降度温93663810「--■■0.36610-3m3/s530'...---0.25210-3m3/s-IF-17.81.11.00.90.80.7半径(cm)面表内水流喷水终端与开丁始回扫位置吹灰杆轴线3=25°30' H图4-61SA214-T22过热器管在不同掺水吹灰图4-62吹扫示意图时壁面温度变化曲线吹灰器设计的全程时间为6.67min,即400s。以时间T作横坐标，整个吹灰过程是以200s为对称轴的，所以讨论可按1/2过程进行。喷水吹扫的时间是4.33min,半过程为130s,即从70至200s。为了便于讨论，假定喷出的射流不扩散，水压与时间的关系为一直线，且流量系数不变；吹灰杆转速不变(实际上变换行程的开关动作时有一个短暂的+3-0,0—W的过程)。在射流不扩散的情况下，可用吹扫轨迹螺旋线的单位长度所得水量(dQ/dS),即线密度p来表达水量分布规律。水量Q和曲线长度S都是时间r的函数，因此可得：dQ dQ dT dQ dS (4-96)TOC\o"1-5"\h\zP= = X = /dS dT dS dT dT式中，叫为单位时间所得水量，即流量q；站为单位时间所走过的线径，即线速度V。dT dT所以，线径上某点的线密度等于该点流量与该点线速度之比。流量q可用下式表示：q=卩F<2g八:p+K(T-T) (4-97)121式中，M为流量系数，F为喷嘴喉部截面血)，g为重力加速度(m/sE,丫为密度(kg/mj,p1为起喷压力(MPa),T1为时间(s),K2为压力与时间的比值。将p=0.294MPa,T=70s代入式(4-97)p—p0.981—0.294K=~F= =0.0538MPa/s2T—T200—7021将式中卩f、不当作常数K0,则q=Kp+K(T将式中卩f、不0 丄 0上1 2(4-98)根据曲线长度的微分为(4-98)dS='R2+(R,)2d①式中，R=K10,R为阿基米德螺旋线的半径，K1为半径与角度的比值，0为吹扫角度。根据图4-62可得：R-R 239-0-312K= 2 1 = =0.01091m/rad1 ⑷(t-t丿1.465x13021式中，R2为最大吹扫半径(2.39m)；R1为初始吹扫半径(0.312m)；3为角速度，14r/min，即=1.465rad/s；t-t=200-70=130s严为吹灰管转过的弧度。因为0=3T所以R=K13T，R'聲6021W，dQ=wdT。将以上R、Q与T的关系代入式(4-98)，得:dS■dS—dT将式(4-99)和W，dQ=wdT。将以上R、Q与T的关系代入式(4-98)，得:dS■dS—dT将式(4-99)和(4-97)代入式(4-96)，1(K®T)2+ ®)®dT1 1®2K"T2+11得：(4-99)dQdS为计算吹扫线径长度可将dS积分(4-100)S=52K1''T2+1dT(4-101)=丄32K21在时间T较大时(>4-5s),为了便于计算和分析，可以用T代替而不影响精确性，因此可得：T■'T2+1+In|t+*t2+1(4-102)(4-103)(4-104)二⑷RdTdQKp.+K./®K.(R-R.)dS ①R(T—R)Kf也S—RT2式(4-101)中的;卜+ 2+1比八t2+1要小得多，予以略去。利用式(4-102)、(4-103)、(4-104)等和R与T的关系，可以方便地算出T与R、S、比流q/q?和比线密度p/p2的关系。并作出图4-63，图4-64和图4-65。很明显，在设计条件下线密度分布很不均匀；离吹灰器中心线由近而远，线密度越来越小，其原因是流量增长低于线速度的增长，p1/p2高达4.18倍。从图4-63看出，温变幅度的分布与比线密度分布曲线是相似的。为了使各点线密度相等，可以有三个途径：(1)当角速度3为常数时，込_常数，即dSV1.0设p1＋K2(TKp+K(T-T)°T2L—常数fR陛密流比一匚一432/P度密线比0.8-0.60.40.2120160200T(S)(a)(4-105)图4第-632设1计页工共况2的8各页曲线图4-63设计工况的各曲线p度密线比R(m)图4-66在线密度相等时 p 和图4-63设计工况的各曲线p度密线比R(m)图4-66在线密度相等时 p 和3- 曲线图4-66在线密度相等时p-R和3-R曲线由于因此线动量p=p1+KT2丄y=pT+ KTT —2—PGT)_LC+ K 'T2—T2)1222T11212221dy dy/dT+KTp+KTT112=12dsds/dt dS/dt eR250「)200-m(经150一线50-0——1 1 1 80120160200时间T(S)图4-64s!图曲线S"R曲线显然，压力与半径的关系为一抛物线。如果以现设计的最大半径处的线密度为准(因该处清渣效果以足够。当然也可通过试验确定一个合适的线密度)，则以p=0.98MPa,R=2.39m代入式(4-97)得K=1.75，再以不同的R代入，可得p-T关系于图4-63。很明显，p为常数的曲线与设计的曲线相比，除了一点重合外，其他各点压力都较低，特别是初始阶段的压力差值更大。因为在流量幅度变动时，流量系数不是常数，所以应根据流量实测结果来确定各点的压力。(2)当调节阀的特性难以符合设计要求且易损坏时，可以设计成流量q固定，而改变转速亠=p (4-106)wR式中，q、都是常数，则3R二常数。式(4-106)的意义为，当流量不变时，为保持密度不变，必须使吹扫的线速度不变。同样，如仍以R2=2.39m处的密度为准，则线速度3R=3R=1.465X2.39=3.5m/sxx22在采用现有的喷嘴、压力固定为0.918MPa时，3和R应保持图4-66曲线的关系。(3)可以同时变化角速度3和吹扫压力p,以满足吹扫径线上每点的线密度相等。另外，原设计中吹扫线径上单位长度所得的水动量d(mv)/dS也是很不均匀。因为m(水流质量)和v(水速)都正比于流量q，而q又正比于，而且m还正比于射水时间T，所以mv*pT。因此单位长度所得的水流动量正比于该处所受的压力与此压力作用时间的乘积。假定水速不衰减，喷嘴截面积为1时，吹扫中的动量为：根据上式也可把线动量理解为吹扫线径上某点所受的压力与该点的线速度之比。在角速度不变时，为了便于对比，起点的线动量可表示为旦 962，端点的线动量为亠斗。在不1= =9・62 2= =419R10-312 R22.39 -计水速衰减的情况下，起点的线动量为端点的2.3倍，也是偏高的。如果水速有所衰减，线动量的分布会更不均匀。从上述分析可见，等线密度的设计，除了可使热冲击保持均匀并维持在低水平外，还可减少吹灰水的消耗，从而也减少锅炉的热损失。在燃用更易结渣的煤种而需增加吹灰次数、加大吹灰水量时，等线密度的原则就显得更必要了。第六节用振动方法对受热面进行吹扫的原理一、振动除灰的原理振动除灰器装在屏式或对流式过热器上，利用激振器产生的激振力，通过振杆使受热面上产生振动，清除积灰。振动除灰器的清灰效果决定于由激振器产生的受热面振动惯性力。惯性力为振动受热面加速度与质量乘积，对不同积灰倾向的煤种，所要求的惯性力是不同的，以加速度作为惯性力大小衡量，则对无烟煤，要求振动加速度为(3-6)X9.8m/s2。对页岩，要求加速度为(8-10)X9.8m/s2。强迫振动频率与管子振动某一声调频率相吻合时，振动系统所产生加速度和应力都达到最大值，而在各种声调共振频率之间的中心点上的加速度和应力值则是最小的。同时，对于所有声调共振频率下所产生的最大加速度值是不变的，而对于应力，则是除第一声调外，随频率升高，共振时最大应力逐渐减小。因而振动系统的设计原则可考虑为在一定激振力下，大大提高强迫振动频率，保证振动系统在达到最大加速度水平的同时又可降低动应力水平。二、水冷壁振动除灰装置图4-67(a)为安装在水冷壁角隅上的水冷壁振动除灰装置，它由激振器、振动杆，连接弹簧和固定悬壁梁组成，激振器每分钟振2800次，产生激振力为400kg，电动机功率为10.4kW。振动杆用040mm的18H9T钢管制成，其一端用铰链与振动器相连，另一端则满焊于水冷壁管上。振动器底座用一弹簧固定于悬臂梁上。图4-67(b)为振动时振幅测点布置图。图4-68示出了沿水冷壁管高度各点测得的平均振幅。从图中可以看到，最大振幅位于振动器上方约5m处。振幅约为850pm,向上近于炉顶处的振幅减至260-370》m。下部冷灰斗处因管子有扰度，曲率、振幅也显著减少。当锅炉热态运行管内充水时，各点振幅比冷态测量要低。该振动器每天投运二次，每次振动5-6s，运行四个月后检查被振管子一直保持着清洁状态，并未发生任何故障。三、屏式过热器振动除灰装置图4-69为屏式振动除灰装置的结构，它由冷却式振动杆柱、铸铁套、铸铁法兰、密封套振动器组成。振动杆由076X6mm和057X3.5mm管子构成的套管组成，其间有3.5mm宽的冷却水通道。振动杆与屏面之间刚性联结，它沿垂直于屏面方向传递激振力。振动杆用p=2.45MPa、t=120°C给水作为冷却介质，每根杆的冷却水流量为1.5t/h,出口水温为150-160C。振动支座穿墙处用填塞石棉、熟石灰的铸铁套管来密封，配装振动器电机功率为0.6kW，转速为2800r/min。为防止系统共振，振动器在电机达额定转速后才投入运行。实际测量表明，靠近振动处的振幅为800-1100》m,而远处则为200-400》m。该振动器投运后，清渣效果很好，清渣后屏过每kg蒸汽平均吸热量增加20-30%。-27975Fi,r::if:::fH..r-:j..r<1....r\1..11「-D1.0-讦11»[V~A,B,C：理上管孑支吊和固定处图Fi,r::if:::fH..r-:j..r<1....r\1..11「-D1.0-讦11»[V~A,B,C：理上管孑支吊和固定处图4-67水冷壁振动除灰装置及振幅测点布置图(a)振动器，(b)测点布置0.0| | ill iii I I i i5791113151719212325标高(m)管i •管2 丄管3图4图--64-868水水冷冷壁壁角角上上管管子子沿高度平均振幅测值的变变化化该炉在系统投入振动除灰总共2625h后，检查了所有屏过管子和振动装置原件，都处于完好状态。经700X103次振动循环后，在屏过上按振动应力和热负荷最大处进行割管分析，屏过管子的机械性能没有任何变化。四、对流过热器振动除灰装置图4-70为一种安装在对流过热器上简易振动除灰装置。激振器由电动机和两只偏心轮组成。当电动机转速为2900r/min、偏心轮直径为①150mm、厚为20-25mm、偏心距为20mm时，激振力可达6860N。振动杆通过托板及管耳与受热面管子焊接(刚性联结)。由于振杆处于高温烟气下工作，除本身用耐热钢(如1Cr18Ni9Ti)制作外，尚需通风冷却。这种振动除灰装置在对流过热器上使用证明，运行安全可靠，效果良好。国外试验表明，对疏松积灰，振动除灰效果优于蒸汽吹扫。蒸汽吹扫沿被吹扫管子的长度和周界是不均匀的，不均匀吹扫使恢复到起始状态灰层的速度大大快于振动除灰