燃气脉冲吹灰器基础原理优点及投资估算.docx
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燃气脉冲吹灰器基础原理优点及投资估算
一、燃气脉冲吹灰器（激波吹灰器）原理及优点
1、工作原理：
燃气脉冲吹灰器（激波吹灰器）是公司科技人员借鉴前苏联的有关发明技术，结合国内众多脉冲吹灰器厂家的技术优点，经过长时间的摸索、改进，开发出来的最新分散技术锅炉吹灰器，技术上又称弱爆吹灰器、燃气脉冲吹灰器、激波吹灰器。
其工作原理是利用可燃气体（乙炔）与空气按一定比例混合产生特性气体，在高湍流状态和可调脉冲频率基础上，通过燃烧混合气体产生强波射气流，同时伴有冲击波和热辐射，综合应用气体的动能、声能和热能进行吹灰。
通过合理设计燃气智能能脉冲吹灰装置系统，使空气和燃气在一个特殊的容器中混合，经高频点火，进行爆燃，混合气体急剧膨胀，生成高温、高压气体。
该气体在一个特殊结构的罐体内得到加强和加速，形成高能爆燃气体，并从喷嘴以冲击动能、热能和声能的形式进入炉内，作用在锅炉受热面的积灰层上，使积灰脱落，再被烟气带出炉外。
合理地设计吹灰装置系统及各部分结构、尺寸、形状，从而获得可控的吹灰强度，达到最佳的吹灰效果。
燃气脉冲吹灰器主要利用爆燃气体的冲击波强烈冲压、吸拉的交变作用，兼有激波微振、高速喷射气流冲击和声波振动三种功能，综合利用爆燃气体的动能、热能、和声能吹灰。
其原理为乙炔与空气混合，经高能点火爆燃后，生成二氧化碳和水，并释放出热量。
首先是经过爆燃产生的高温高压气体通过喷管喷射出的高温高速射流的喷射冲击作用，这种机理与传统的蒸汽吹灰器的吹灰机理基本相同，所不同的是：
1.在冲击的同时还伴有高温气体对灰垢的“热解”作用；传统蒸汽吹灰器对受热面的吹灰方式是对“点”的吹灰，而燃气脉冲吹灰器对受热面的吹灰方式实现的是对：
“面”的吹灰。
其次，是爆燃引起受热面的激振，干松积灰和已经被冲击波松脱的高温结渣、低温板结积灰会由于振动产生的强烈的交变惯性力而脱离受热面，这与传统的振动清灰器的清灰机理是完全相同的，只不过振动清灰器的振动是通过机械运动产生的，工作时是振动几分钟至几十分钟，而弱爆吹灰器的振动是由爆燃产生的，振动的时间很短，一般不足3秒。
再次，是爆燃产生的强烈的声波作用，这与声波吹灰的机理是完全相同的，不同的是这种声波的声级要大得多（≥160dB），也不是长时间连续不停的作用于受热面上，而是只持续一个很短的时间（只有3-5秒）。
我公司的燃气弱爆吹灰器，吹灰无死角，能吹除各种较严重的积灰，且无介质磨损，同时运行费用低、可靠性高、使用寿命长等特点，燃气弱爆吹灰器已经逐步替代了传统的蒸汽吹灰器，声波吹灰器。
2、系统综述：
燃气脉冲吹灰器又称弱爆炸波吹灰器、燃气吹灰器、激波吹灰器、脉冲吹灰器等。
东创KD-18吹灰器是公司研发的最新一代并处于国内领先地位的脉冲吹灰器，该吹灰器系统由控制系统、乙炔和空气供应系统、配气点火控制柜、混合、点火单元、脉冲发生器及连接管路组成，采用了新式树状分散布置，配气点火控制柜实现了供气、供风、点火集成化、模块化。
对供气系统、供风系统的管路、电磁阀等组成部分进行了大量的研发改进，对脉冲发生器进行了重新创新设计，克服了国内锅炉现使用的燃气类吹灰器的许多缺陷，大幅度提高了爆燃波对锅炉过热器、省煤器、空预器等换热面的吹灰强度和安全可靠性，实现了安全性高、可靠性好、自动化程度高，使用、维修成本低，吹灰效果显著、节能效果明显，减排效果显著（排烟温度明显下降）；极大地拓宽了燃气脉冲吹灰器的适用范围,产品既广泛适用于各类电站锅炉，还以极高性价比适用于石油、化工、冶金、建材、造纸、热电等行业的工艺加热炉、余热锅炉、化工厂热交换炉、造纸厂碱回收炉、供暖锅炉等工业锅炉的换热器受热面的除灰。
3、结构及布置
本系统包括流量控制部件（全部采用不锈钢材料）、混合点火单元、吹灰分配单元、吹灰动力单元。
由于燃料采用乙炔气，现场安装可燃气报警系统，结构设计有五重防回火措施，确保安全性万无一失。
主要部件性能说明一览表
序号
部件名称
功能说明
1
程序控制柜
自动控制运行程序
2
漩涡气泵
供应空气
3
高能点火器
点燃空气与燃气的混合物
4
电磁阀
控制进气时间和吹灰能量
5
PLC
编制运行程序
6
空气逆止阀
防止空气回流
7
乙炔逆止阀
防止燃气回流
8
混合装置
空气燃气比例混合
9
点火装置
点燃混合气体
10
脉冲发生器
储存、发射能量
3.1、设计原则：
根据不同的锅炉积灰情况，确认积灰参数，根据锅炉吹灰部位确认环境参数，根据现场环境确认安装实用性。
对于各种类型锅炉和不同类型积灰，可以选择合适的装置类型，获得适当的脉冲能量，实现优化配置。
3.2、混合单元：
混合单元具有混合燃气和空气的作用，同时具备防止爆燃气体回火的功能。
3.3、点火单元：
主体为密封罐体，内部设有高能点火器、防回
火结构及疏水装置，设计安全系数5-8倍。
高能点火器采用航空、航天高端技术，具有输出电压高、火花能量大、抗污染、不积炭、耐高温、自净能力强、可连续放电等特点，绝对保证点火质量。
保证达到五万次点火无故障。
克服了火花塞点火能量低、易积炭、使用寿命短等项缺点。
高能点火器
高压线圈式点火器（火花塞）
点火能量高，可达1.2-1.5焦耳。
点火能量低，只有30-50毫焦。
点火可靠性强，点火电咀采用半导体材料，本身有自洁功能，无积炭现象产生，耐水、耐油、耐酸碱，适应环境强。
点火可靠性差，适应环境差，易积炭。
工作时放电，输出电压低，不会对人体造成损害
连续放电，输出电压高达万伏以上，一旦接触会对人体造成损伤。
使用寿命长，平均点火寿命在20-50万次，正常吹灰使用可达三年以上。
使用寿命短，平均点火寿命在3万次以下，正常吹灰使用仅达两个月左右。
高能点火器与火花塞的性能比较
3.4、脉冲发生器：
开口容器，用于高能气体的膨胀和吹灰气体能量的集中与释放，是主要的吹灰部件。
容积达85L，能量可调余地大。
脉冲发生器是燃气预混合气体进行爆燃的罐体，用于组织和加速
爆燃过程，建立高湍流路线，调制、发射冲击波。
脉冲发生器内部为
有稳流隔板分离的罐体且用混合气导管（火焰导管）与混合点火装置连接。
保证气体混合均匀、点燃充分，能量有效发挥。
蓄积吹灰能量、发生爆燃、调制发射冲击波的功能均由脉冲发生器完成，它要反复承受脉冲压力的作用。
尽管为开口容器，也参照压力容器标准（《GBl50—98钢制压力容器》）设计、制造、检验。
3.5、激波喷嘴：
用于控制爆燃冲击波的气流方向。
常规的为圆形管斜切450—600，定向性不好。
激波喷嘴采用定向曲型喷嘴，扩散范围大，使冲击波能量有效利用，确保对炉体的安全。
激波喷嘴是吹灰器工作的关键部件，冲击波是以球面波的形式沿喷嘴出口法线方向传播。
为了使其能量有效作用于积灰受热面，减少对炉墙的冲击，激波喷嘴采用定向曲型喷嘴。
3.6、管路系统：
该系统主要由燃气管道、空气管道、混合气管道及配备的阀门和测量仪表组成，通过调节阀门控制不同的可燃性气体与空气的混合比例，以达到最佳的空燃比和良好的吹灰效果。
3.7、控制单元：
通过压力、温度、阀门开度及流量信号的采集分析，设定最佳空气／燃气比，控制发生点火信号，调节时间间隔及频率，反馈脉冲除灰效果。
该单元系统采用现场自动控制，自动控制由PLC系统控制，PLC选用德国西门子品牌，能与主控系统按Profibus-DP协议进行通讯，实现个性化操作。
控制特点：
1 智能化控制，由DCS实现人机对话，触摸屏显示在线运行状态，精确到部件。
由供方提供满足DCS制造单位编程所需的所有资料。
2 可以实现锅炉尾部烟道连续自动吹灰，单个受热层面手动吹灰，以便合理利用资源，避免资源浪费。
3 脉冲吹灰器吹灰次数、间隔时间可以根据实际需要进行设置，完全实现自动化，操作方便。
4 控制系统有自检、自诊断功能，并可实现乙炔压力及哑炮报警提示。
5 可以根据吹灰部位的积灰情况和压力情况单独调节各个吹灰层面的吹灰强度，并自动检测各层的吹灰强度，可以通过设置进行自动调节。
吹灰器控制程序由控制柜的PLC独立完成，现场操作、远方操作（需方有要求的话）具有互锁功能。
满足DCS实现远方操作、远方监视运行的功能。
6 锅炉吹灰系统具有完整的故障报警、联锁、跳闸保护和自诊断功能。
3.8、系统各单元采用集中控制，集成化设计布置美观。
3.9、控制系统可以按操作员给定的参数自动安全地完成吹灰操作，也可单独对某一受热面进行吹灰工作。
3.10、气源布置在便于操作的平台上，混合点火单元和吹灰分配单元均集中布置在便于操作的平台上。
吹灰控制单元主控柜就地布置。
我公司生产的KD-18型燃气脉冲吹灰器自动化程度高，可靠性好，安全性能高，基本免维护，使用成本低，深得广大用户的信赖，公司优质一流的售后服务为广大用户免除了后顾之忧，是传统锅炉吹灰器更新换代最佳选择。
三、各种形式吹灰器性能比较
一）、蒸汽吹灰器：
1、属于传统吹灰系统,纯机械传动，长期受热易磨损，吹灰杆长期受热容易变形、卡死，从而失去吹灰功能，故障率高，自动化程度低，维护工作量特别大，需要经常更换传动部件和喷管。
以30万机组670吨锅炉为例，每年的维护成本大约在50万左右。
2、由于蒸汽吹灰器采用蒸汽作为吹灰介质，增加了烟气中水分的含量，极易造成二次积灰；对受热面管束冲刷严重，容易发生爆管等安全事故。
3、能耗高，由于蒸汽吹灰器采用蒸汽作为吹灰介质，而蒸汽本身是需要成本的，所以无形中给供热企业增加了成本。
以670吨循环流化床锅炉为例，每年光吹灰用的蒸汽消耗大致在30万左右。
二）、声波吹灰器：
1、属于淘汰产品，使用范围差，只对新装锅炉和经过检修的锅炉有效，而且只有短期效果，中后期效果很差。
2、吹灰能量低，仅靠声音的微震作用进行吹灰，效果很差。
3、持续180分贝以上的噪音对人体有害，不符合环保要求。
4、膜片需要经常更换，维修成本高。
三）、燃气脉冲吹灰器：
1、属于现阶段锅炉吹灰更新换代新产品，自动化程度高，采用彩色触摸屏和PLC控制，可以实现分时、定时、循环控制，实现人性化操作。
控制柜采集现场的流量信号、压力信号通过数字显示仪进行显示，并输入到PLC（PLC采用西门子S7系列）内。
PLC对系统进行实时控制，可实现手动、自动两种模式任意控制，实现手动对某一组或自动对整个系统的连续自动吹扫。
每一组的充气时间，各组之间的运行时间间隔可通过彩色人机触摸屏任意调整，整个系统达到运行状态检测和故障自动检测及声光报警，具有完整的连锁、保护和自诊断功能。
2、吹灰效率高，燃气脉冲吹灰器是采用乙炔和空气按照一定的比例混合后，用高能点火器点燃混合气体，在高湍流状态和可调脉冲频率基础上产生强波射气流，同时伴有冲击波和热辐射，是综合应用特性气体的动能、热能和声能综合能量吹灰。
对各种松散灰、灰垢、粘稠灰、结焦、结垢均有显著效果。
3、安全性能高，燃气脉冲吹灰器采用回火阻止器、两套单向电磁阀、两套单项逆止阀作为止回装置，在混合点火系统内部也设置了有效的止回装置（共6级防回火装置），可以有效防止爆燃气体回流；安全性能极高。
4、结构简单，操作人员经过简单培训即可实现一键操作。
5、系统可靠性高，稳定性好，基本免维护；使用成本低，以75吨循环流化床锅炉为例，每年的使用成本大致在1万元左右；670吨锅炉使用成本大致在3万元左右。
四）、国内脉冲吹灰器结构性能比较：
目前，国内生产燃气脉冲吹灰器的厂家分两大流派，北方脉冲吹灰器结构布置是采用压缩空气作为空气源，配置中心控制岛、旋转分配器来实现整个吹灰过程（使用的点火器是火花塞）。
首先使用压缩机作为空气源，气流速度过高，不利于空气和乙炔的混合，由于系统对空气和乙炔的混合比例要求极严，所以经常造成哑炮现象；其次由于压缩空气含有一定的水分，极易造成火花塞积碳，从而造成点火失败，而且火花塞使用寿命短，平均点火寿命在3万次以下，正常使用寿命在三个月左右。
而且使用中心控制岛和旋转分配器来实现吹灰，爆燃气输送管路过长，威力减弱，吹灰效果差，旋转分配器主要是分配高温爆燃气体，长时间工作容易受热变形从而失去工作性能。
如果空气压缩机（一般是业主自备，给业主造成不必要的成本）出现故障，整个吹灰系统就会停止工作。
南方以采用每两台脉冲发生器配置一台点火控制柜（内装漩涡风机和高能点火器），漩涡风机作为空气供应载体，供风柔和，空气源干燥利于空气和乙炔混合；点火器采用我国航空航天行业最新产品：
高能点火器，点火能量高1.2-1.5焦耳，点火可靠性强，点火头采用半导体材料，本身有自洁功能，无积碳现象产生，耐油、耐水、耐酸碱，环境适应能力强，平均点火寿命在20-50万次。
由于采用近距离配置点火配气系统（一般不超过2米），爆燃气输送管道很短（1.5米）不回产生因爆燃气管道过长而产生的威力减弱现象。
我公司采用每两台脉冲发生器配置一台点火控制柜（内装漩涡风机、高能点火器）的分散布置形式，即使一台风机或者高能点火器出现故障，不影响其他脉冲发生器的工作，不会造成整个吹灰系统停机风险。
四、安全性能综述
1、乙炔瓶布置：
燃气脉冲吹灰系统，使用的燃气为国标瓶装乙炔气体，根据锅炉大小，每台锅炉配置2-4瓶，乙炔瓶设置在锅炉平台或零米位置，放置在专用乙炔柜内。
通过Ф20mm的无缝钢管作为乙炔输送管道，只有在工作时乙炔管道内才有乙炔气体，停止工作后乙炔瓶处于关闭状态，管道内并无乙炔气体留存，所以没有安全隐患。
2、乙炔和空气的混合比为1/10，混合室的容积为7.5升，每次混合时间为3秒，只有微量乙炔气体进入混合室内（不影响爆燃威力），而且混合室和点火室都属于开口容器，爆燃气体从混合到点火，到进入进入脉冲发生器，直至作用于受热面，只有3秒时间。
没有安全隐患。
3、乙炔气体管路安装两套不锈钢电磁阀（规格为2W—160-15），乙炔气体管路同时安装两套逆止阀（型号为DN15），以控制进气时间和防止可燃气体回火，保证操作安全。
乙炔管路安装不锈钢回火阻止器一套，防止爆燃气体回火；在混合室和点火室之间采用安装在爆燃气输送管路上的混配阻止器防止爆燃气体回流，保证安全运行。
总共设置6道以上防回火装置，做到万无一失。
4、系统安装自检乙炔泄露报警装置，超压、超温声光报警装置，发现故障，系统自动切断电源。
能有效避免事故发生。
五、智能燃气脉冲吹灰器性能保证及安全承诺
设计使用寿命
1、主体≥10年：
2、年连续使用小时数≧8500小时；易损件使用寿命＞3年
3、安全性：
无未燃气体进入锅炉烟道，无爆炸压力释放隐患。
4、使用性能：
5、有效冲击强度≧600KJ；
6、有效声压等级≥160dB：
7、能根据积灰种类对脉冲冲击波强度任意可调，保证锅炉烟气
通道畅通。
8、按照规程操作，保证锅炉尾部受热面无积灰、堵灰现象。
保证吹灰器投运后，其工作范围内无明显积灰。
提高锅炉现有运行参数。
吹灰系统运行一个月后排烟温度降到设计指标。
9、设备运行期间，对锅炉烟道对流受热面管组不产生共振现象。
10、设备运行期间不损坏炉墙。
不对受热面、保温层产生冲刷、腐蚀、损坏，不影响加热炉正常运行。
11、设备运行期间不损坏受热面管束。
12、设备运行期间不对人体产生任何危害。
13、完好性：
1）、主要设备完好率≥99％；
2）、系统静密封点泄露率≦0.055；
3）、系统动密封点泄露率≤0．1％；
4）、系统不漏气合格率≥99％。
5）、吹灰器故障率不高于3次/年
6）、设备运行期间炉外噪声：
≤80dB。
低于国家控制标准范围。
7）、振动：
无明显振动。
8）、设备能防止气路系统受到较大冲击及乙炔气管路回火等问题，确保绝对安全；保证吹灰器在锅炉额定负荷和允许超负荷情况下稳定长期运行。
9）、控制系统可以实现空气流量、乙炔气流量调节以及吹灰参数（如：
充气时间、点火时间、间隔时间、脉冲次数、脉冲次序等）实时调整的功能；
10）、控制系统就地操作采用先进、优质的触摸屏作为系统的人机交互操作界面，用于显示各种必要的信息。
通过触摸屏幕可完成各种设
置工作，能够实现手动、自动的运行要求并能随时切换。
控制系统在工作时，可根据实际情况在系统中选择与之匹配的程序进行工作，实现单点多次、多点多次，各点间任意组合循环作业，能够在工作状态下在线检测出当前故障，并通过画面直读排除故障办法。
操作简单、明了。
六、技术参数
1、可燃气种类：
国标瓶装乙炔气（2瓶，由业主自备）
2、可燃气压力：
0.1—0.15MPa
3、空气压力：
0.1-0.25Mpa，气源流量不小于0.5m3/min
4、空气消耗量≦200m3／h
5、系统工作压力（瞬时）：
<0．8MPa
6、系统工作温度：
<100度
7、脉冲发生器规格：
Ф325X1050mm
8、系统电源电压：
220V
9、电源频率：
50Hz
10、点火间隔范围：
3—30s
11、点火电极间隙：
0.1—0.5s
12、点火持续时间：
<2．5s
13、点火功率：
<30W
14、运行时最大功率：
3.5KW（间隔运行）
七、经济效益分析
1、燃气脉冲吹灰器使用成本极低：
按670t/h锅炉安装使用100台智能燃气脉冲吹灰器计算：
（吹灰器台数：
100，瓶装乙炔气75元/瓶，单台脉冲发生器每次乙炔消耗量25g，每台蒸汽吹灰器每次吹灰蒸汽消耗量100Kg，每吨蒸汽成本80元）
1.脉冲吹灰器：
每班用100（安装台数）*25g（每炮乙炔消耗量）*0.04（每g价格）=96元
2.蒸汽吹灰器:
每班用100（台数）*100*0.08元=800元
3.脉冲吹灰器：
安装当月每班工作一次，当月乙炔消耗8640元，一个月之后每天工作一次，每月乙炔消耗2880元。
4.蒸汽吹灰器需每月蒸汽消耗72000元
5.燃气脉冲吹灰器基本免维护。
6.蒸汽吹灰器由于其机械特点，经常受热变形，卡死。
维修率很高，每年维修费用大致在50-60万元左右。
综述:
30万机组使用燃气脉冲吹灰器每年的消耗及维护费用大致为6万元左右；而蒸汽吹灰器每年的消耗及维修费用大致为120万左右。
使用燃气脉冲吹灰器节能、减排、增效的效果十分明显。
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