PLC在火电厂吹灰系统中的应用

第三章PLC在吹灰系统中应用的分析

3.1 火力发电厂吹灰系统介绍

3.1.1 吹灰系统的组成

我国动力用煤质量普遍偏差，含灰量与含硫量都较高，所以锅炉在运行中，其受热面不可避免的会发生积灰和结渣，它直接影响着锅炉的安全与经济运行。吹灰器可以有效地清除锅炉受热面的积灰和结渣，使受热面保持清洁。锅炉吹灰系统一般由蒸汽减压站、管道系统、吹灰器本体和程序控制设备组成。

吹灰器的种类很多，按结构特征的不同，有简单喷嘴式、固定回转式、伸缩式（又分短伸缩和长伸缩型）以及摆动式等。

各种吹灰器的吹灰工作机理基本是相似的，都是利用吹灰介质在吹灰器喷嘴出口处所形成的高速射流，冲刷受热面上的积灰和焦渣。当气流（或气、水流）的冲击力大于灰粒与灰粒之间，或灰粒（焦渣）与受热面之间的粘着力时，灰粒（或焦渣）便脱落，其中小颗粒被烟带走，大块渣、灰则沉落至灰斗或烟道。

常用的吹灰装置主要有蒸汽吹灰器、声波吹灰器和燃气冲击波吹灰器三种形式。目前电站锅炉安装的吹灰设备主要是蒸汽吹灰器和声波吹灰器。蒸汽吹灰器为传统吹灰器，目前使用数量最多，由于结构和介质的特点，加上高温环境的影响，吹灰枪管易发生卡涩、失灵、漏汽等现象，设备故障率相对较高，要求维护水平较高；声波吹灰器，由于能量不足（目前最大声能在140分贝左右），与灰粒的固有频率差别很大，与积灰特性不适应，吹灰效果很差，基本上不能除掉已有的积灰，只能在其吹灰时阻止积灰的产生，造成锅炉受热面积灰严重，排烟温度升高，从而大大降低了锅炉热效率。

此外燃气脉冲激波吹灰器技术还有许多不足之处：首先在锅炉上的应用范围很窄，由于爆燃后极易卷吸高温烟气和燃气泄漏等方面的考虑目前还只能应用于温度相对较低的尾部烟道下部（如空预器等）。其次存在一定的安全隐患，由于工作介质为可燃气体，一旦设计结构不合理，生产质量有问题，都易引起可燃气体的泄漏，从而造成炉膛或环境发生安全事故。第三系统较为复杂，对控制系统的要求很高。第四没有稳定气源，需定期更换。

蒸汽吹灰器是火力发电厂锅炉和其它行业锅炉，必须配套清除锅炉受热面积灰，以提高锅炉热效率的节能设备。蒸汽吹灰器是煤粉锅炉采用的常规吹灰方法，

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它是利用水蒸汽的自由射流冲击力，消除受热面积灰的吹灰方法，它使用蒸汽压力P=0.8-1.5MPa，温度t ≤320℃的蒸汽吹除受热面积灰。蒸汽吹灰器作为一种传统的吹灰方式，高温高压蒸汽直接吹扫受热面，对清除受热面的积灰和挂渣都有较好的作用，对结渣性强、灰熔点低的灰效果也很好。其主要优缺点如下：

优点：(1) 可以布置在锅炉各个部位，能对炉膛、水平烟边、尾部竖井的受热面直接进行吹灰。

(2) 对结渣、灰熔点低和较粘的灰效果也很好。 (3) 蒸汽直接从锅炉引接，按设定程序运行吹灰。 (4) 短吹灰器运行可靠，长吹灰器也较为可靠。

缺点：（1）吹灰耗费蒸汽，降低了烟气露点，增加了锅炉补给水。 （2）吹灰只能清除所吹到的受热面，吹灰有死角。

（3）长伸缩式吹灰器伸缩部分易变形卡涩，蒸汽吹伤受热面引起爆管，且维护量大，结构尺寸大，占用较大的空间位置。

尽管蒸汽吹灰器存在着许多缺点和问题，但是目前尚没有更好的蒸汽吹灰器替代产品，还没有一种集吹灰、节能、效果好、自身能耗小、使用安全、运行可靠、使用寿命长、故障率低、锅炉全范围适用于一身的蒸汽吹灰器新产品、新技术，市场在期待着、呼唤着革命性的蒸汽吹灰器新产品、新技术的出现。

一般锅炉吹灰器安装在锅炉炉膛、水平烟道和后竖井包墙上以及空气预热器系统中[4]。通过定时吹扫锅炉各受热面防止锅炉积灰。锅炉本体吹灰器用的汽源取自高温过热器进口连接管。锅炉启动时，空气预热器用的吹灰汽源取自辅助蒸汽。炉膛四面墙折焰角以下布置炉膛吹灰器；在屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温再热器及低温过热器布置可伸入锅炉宽度一半距离的长伸缩式吹灰器；在省煤器和低温再热器区域的半长伸缩式吹灰器。 3.2.2 吹灰器的结构及工作原理

1.炉膛吹灰器

（1）炉膛吹灰器的结构组成

炉膛吹灰器是短伸缩型吹灰器，它是一种短行程、可退回的吹灰器，用来吹扫炉膛水冷壁，它的螺纹管在行进中可以360°旋转，并有一个凸轮控制，对预先设置的部位进行吹扫。驱动系统分为吹灰器的喷吹、旋转、和伸缩提供动力，

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控制箱控制吹灰器喷吹的圈数和提供吹灰终了信号。螺纹管的法兰上安装了一个弧长合适的凸轮，控制启动臂，在喷嘴对准所需吹扫的部位时开启阀门。当阀门开启后，装在螺纹管的端部的喷嘴随即进行吹扫。鹅颈阀是吹灰器的主要支撑部件，与不锈钢内管（供气管）连在一起，输送吹灰介质（蒸汽）经过螺纹管到嘴，装在内管和螺纹管之间的填料在吹灰器旋转时起密封作用。

图 3.1 VO4型吹灰器结构图

（2）炉膛吹灰器的工作原理

电源接通，吹灰器启动，大齿轮顺时针转动，螺纹管伸出，凸轮部件前移。凸轮法兰上的导向槽在导向杆内移动，防止螺纹管和凸轮的转动。当螺纹管前进到前极限时，凸轮脱开导向杆和弹簧定位的棘爪，螺纹管、凸轮和喷嘴顺时针转动，吹灰过程开始。固定在法兰上的凸轮环面触及启动臂打开吹灰介质阀门，按照预定的圈数进行吹灰。吹灰完成预定的圈数后，控制系统使电机反转，大齿轮逆时针方向转动，螺纹管和凸轮也逆时针方向转动，当凸轮上的导向槽导入弹簧定位的棘爪后，作用于蒸汽阀阀杆上的顶力即消失，于是在复位弹簧力及残余蒸汽压力的作用下阀门立即关闭，蒸汽被切断。棘爪阻止了凸轮的继续转动，使螺

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纹管和凸轮沿着导向杆回到了起始位置。螺纹管回到起始位置后，凸轮上的导向槽脱开导向杆继续逆时针旋转，螺纹管前端的定位环防止螺纹管继续后退。 2.烟道长伸缩型吹灰器

（1）烟道长伸缩型吹灰器的结构组成

烟道长伸缩型吹灰器用于吹扫锅炉受热面，主要用来清除过热器、再热器及省煤器上的积灰和结渣。

长伸缩型吹灰器主要由电动机、跑车、吹灰器阀门、托架、内管、吹灰枪、喷头和螺旋相变机构等组成。

1）跑车。跑车驱动吹灰枪进出锅炉烟道，它包括电机、齿轮箱及吹灰枪和内管间的填料密封压盖。跑车内的主减速机构是一副涡轮蜗杆副，涡轮蜗杆副的输出轴驱动末级位移正齿轮使吹灰枪移动，同时驱动伞齿轮使吹灰枪旋转。末级正齿轮带动主传动轴，主传动轴两端的行走齿轮分别与梁两侧的齿条啮合。跑车填料室包括吹灰枪的安装法兰和密封内管的填料压盖，跑车完全密封，能有效的防止脏物及腐蚀性气体的侵害。

2） 吹灰器阀门。机械操纵的阀门位于吹灰器的最后端，它可用蒸汽或压缩空气作为介质，并用一个压力调节装置。阀门的开与关由跑车进退自动控制。跑车上的撞销操纵凸轮和启动臂机构自动启闭阀门。撞销位置可调节，以保证在吹灰枪处于吹灰位置时提供吹灰介质。吹灰器退到非吹灰位置时，阀门将自动关闭。

3）梁。梁为一箱盖型部件，两端有端板，后端板支承阀门和内管，前端板支承吹灰器后部，固定在钢架上。

4）托架和内管。托架在吹灰器的前端，大约支承着吹灰器重量一半。托架底部有拖轮，这些拖轮支承着吹灰枪管。内管是高度抛光的不锈钢管，用以将吹灰介质送到吹灰枪。

5）吹灰枪。吹灰枪的材质有多种，它取决于每台吹灰器的安装位置，对每一种枪管安装时必须“对号入座”。吹灰枪由跑车和托架支承，托架的两个拖轮应调节到旋转方向与枪管螺旋线一致。

6）喷头。吹灰枪有一个旋转的喷头，喷头上钻孔以焊装喷嘴，喷嘴是垂直还是前倾或后倾根据吹灰要求而定。喷嘴的大小和数量由不同位置吹灰介质流量与压力要求而定。喷嘴的焊装非常重要，喷头在制造厂内已经做好了平衡试验，确保两个方向喷射介质的径向推力相等，从而防止枪管抖动。

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