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摘 要：介绍了声波吹灰的作用原理及其在辽河油田欢喜岭采油厂热采锅炉中的应用情况，应用结果表明，采用声波吹灰器后吹灰效果明显，锅炉的排烟温度稳定。
关键词：热采锅炉 声波吹灰 积灰
辽河油田以稠油油藏为主，大部分区块均采用蒸汽吞吐开发方式。由热采锅炉将软化水加热至干度为75%的湿饱和水蒸气，注入井内并与地层充分换热，将稠油举升至地面。热采锅炉在运行过程中经常出现的主要问题是受热面积灰，积灰可使热阻增大，传热效率下降，排烟温度升高，致使热采锅炉受热面得不到有效利用，从而影响装置的能耗，甚至导致停炉。
声波吹灰技术是指利用声场能量的作用来清除锅炉换热面结焦、积灰的方法。该技术包括声波发生器、声波辐射器（喇叭）、自动控制装置的设计、生产、安装、调试等一整套的软硬件技术。该项技术是在传统的吹灰技术实在无法解决锅炉结焦、积灰这一老大难问题的情况下而发展起来的，它满足了企业节能降耗，安全生产、劳动保护等方面的需要。
文中介绍利用声波吹灰技术清除热采热锅炉受热面积灰的情况。
一、声波吹灰原理
声波吹灰利用了声学、振动学和疲劳学等原理，把一定强度的声波送入运行中炉体内的积灰区域，通过声能量的作用使这些区域中的空气分子与灰粒子产生振荡，灰粒子间相互碰撞，使附在受热表面的积灰脱离受热表面而悬浮起来，并始终处于悬浮流化状态，以便烟气流将其带走，达到清灰的目的。此外，声波与烟气流、换热管之间的流体动力场关系、高声强非线性的特殊效应等都将对清灰除焦起作用。从清灰机理上来看，声波吹灰技术不像传统的清灰技术那样依靠工作介质的冲击力来一点一点地冲刷掉积灰，因而消除了传统吹灰方式中对换热管的磨损和腐蚀，对管子的使用寿命无影响。
与传统的除灰方法相比，声波吹灰的优点如下。
1.声波辐射具有全向性，极高的返射性和快速传播（声速），以及在气体中传播时衰减很小等特性。它能均匀布满整个空间，进行全方位清灰，可以清除到其他方法不易清除的死角。
2.声波除灰方式本身又可以影响沉积物生成机理，防止和延缓沉积物形成，起到了预防结渣的作用。
3.耗能量低。利用厂公用系统压缩空气系统，进行供能，不必单独安装压缩空机。
4.声波吹灰不会使锅炉部件产生热应力。
二、应用
1.吹灰器的布置
声波吹灰器的安装位置对清灰的效果有直接的影响，应当以最接近需要清灰的部位最好，尽量避免沿着声波传播方向有明显的转弯和阻挡，以避免声波能量的明显衰减。安装台数关系到能否使锅炉全面地收到清灰效果和恢复热效率。安装后的调试是关系到能否取得良好效果的关键一步，因为锅炉在运行中，其烟气声阻抗不同于声波吹灰器在锅炉冷态时运行的空气声阻抗，这样就使得声波吹灰器的实际工作频率不同于实验的频率，以便使声波能量能充分地辐射到工作空间。
根据受热面的结构确定清灰空间大小、吹灰器的型号、安装布置方式和数量。中国石油辽河油田欢喜岭采油厂1号热采锅炉过热段的清灰空间为1700mm×2762mm×3724mm，设计安装吹灰器3台，自由声场的作用长度为4～7m（自由声场情况），距声源1m处声压级不小于145dB。
2.吹灰器的控制
吹灰系统可自动控制系统发声器的工作间隔、工作时间和运行次序。热采锅炉投入运行后，专业人员现场通过声场测量确定每台吹灰器的最佳工作频点范围，再根据锅炉的工作特性及工作情况编程，将具体的运行方法存入控制系统的系统软件中，通过电气控制柜硬件自动调整每台发生器的运行。正常情况下，电控柜电源启动并设置自动运行，发生器将按照程序设置好的顺序依次工作，自1#吹灰器开始单台运行，一台运行结束后下一台即开始运行，每台运行5min，直至3#吹灰器运行结束后为1个运行周期，总共需50min。在间隔6h后，发生器将自动再开始从1#～3#的循环工作，如此每天吹灰4个周期连续清洁受热面，无需操作任何按钮。除自动控制外，亦可根据锅炉运行工况手动操作，使吹灰器分别运行，将自动运行切换为手动运行后，任何时候都可手动操作每台吹灰器的按钮来控制发生器的开与停，在手动操作条件下可使2台吹灰器同时运行。应该指出，本例中该锅炉的换热管采用翅片管取代了传统的光管，增加了积灰的趋向，但在设计中提高了烟气流速和排烟温度，排烟温度的提高使尾部灰垢的粘性降低，这两点又恰恰为声波吹灰创造了有利的条件，保证了有效的清灰。
3.应用效果
该热采锅炉各受热面烟气出口均设有温度测量点，各测量点温度的变化可直接反映出换热效率，也直接反映了声波吹灰器的吹灰效果。锅炉自2011年正式投用后受热面烟气出口温度稳定，排烟温度保持在180℃左右，期间停炉检修时发现受热面积灰较少。热采锅炉已经连续运行7个月，排烟温度没有明显的升高，锅炉的蒸发量稳定在16t/h左右。
三、结论
1.由于声波吹灰器具有免维护特点，大大减轻了检修工作量，节省了检修维护费用。对确保锅炉受热面安全经济运行，防止因常规吹灰方式对炉管产生任何冲刷磨损，造成管壁厚减薄爆管事故的发生，降低非计划停运次数，提高设备的健康水平，具有重要的作用。
2.根据灰的热传导率为0.058～0.165W/m℃，仅是钢板0.5%，灰厚1mm，热损失增加4%，可见换热面积灰、结焦会使大量的热量损失掉。可见，声波吹灰技术在国家能源日见短缺，企业降低生产成本，增强竞争优势的大环境下，该项技术的成功应用，给企业带来的经济效益和社会效益是巨大的。
参考文献
[1]陈强飞.声波吹灰器在锅炉吹灰中的应用[ J].环境工程， 2006， 4 （2）： 89-90.Chen Qiangfe.i Application of sonic blower to slag blo-wing of boilers [J]. Environmental Engineering， 2006，4 （2）： 89-90.
[2]佟小朋，安连锁，胡海燕.锅炉声波吹灰技术的应用探讨与展望[J].电力科学与工程， 2002， 18 （4）：58-61.Tong Xiaopeng， An Liansuo， Hu Haiyan. Applicationdiscussion and prospect of sonic ash cleaning in boilers[J]. Electric Power Science and Engineering， 2002，（4）： 58-61.
关键词：热采锅炉 声波吹灰 积灰
辽河油田以稠油油藏为主，大部分区块均采用蒸汽吞吐开发方式。由热采锅炉将软化水加热至干度为75%的湿饱和水蒸气，注入井内并与地层充分换热，将稠油举升至地面。热采锅炉在运行过程中经常出现的主要问题是受热面积灰，积灰可使热阻增大，传热效率下降，排烟温度升高，致使热采锅炉受热面得不到有效利用，从而影响装置的能耗，甚至导致停炉。
声波吹灰技术是指利用声场能量的作用来清除锅炉换热面结焦、积灰的方法。该技术包括声波发生器、声波辐射器（喇叭）、自动控制装置的设计、生产、安装、调试等一整套的软硬件技术。该项技术是在传统的吹灰技术实在无法解决锅炉结焦、积灰这一老大难问题的情况下而发展起来的，它满足了企业节能降耗，安全生产、劳动保护等方面的需要。
文中介绍利用声波吹灰技术清除热采热锅炉受热面积灰的情况。
一、声波吹灰原理
声波吹灰利用了声学、振动学和疲劳学等原理，把一定强度的声波送入运行中炉体内的积灰区域，通过声能量的作用使这些区域中的空气分子与灰粒子产生振荡，灰粒子间相互碰撞，使附在受热表面的积灰脱离受热表面而悬浮起来，并始终处于悬浮流化状态，以便烟气流将其带走，达到清灰的目的。此外，声波与烟气流、换热管之间的流体动力场关系、高声强非线性的特殊效应等都将对清灰除焦起作用。从清灰机理上来看，声波吹灰技术不像传统的清灰技术那样依靠工作介质的冲击力来一点一点地冲刷掉积灰，因而消除了传统吹灰方式中对换热管的磨损和腐蚀，对管子的使用寿命无影响。
与传统的除灰方法相比，声波吹灰的优点如下。
1.声波辐射具有全向性，极高的返射性和快速传播（声速），以及在气体中传播时衰减很小等特性。它能均匀布满整个空间，进行全方位清灰，可以清除到其他方法不易清除的死角。
2.声波除灰方式本身又可以影响沉积物生成机理，防止和延缓沉积物形成，起到了预防结渣的作用。
3.耗能量低。利用厂公用系统压缩空气系统，进行供能，不必单独安装压缩空机。
4.声波吹灰不会使锅炉部件产生热应力。
二、应用
1.吹灰器的布置
声波吹灰器的安装位置对清灰的效果有直接的影响，应当以最接近需要清灰的部位最好，尽量避免沿着声波传播方向有明显的转弯和阻挡，以避免声波能量的明显衰减。安装台数关系到能否使锅炉全面地收到清灰效果和恢复热效率。安装后的调试是关系到能否取得良好效果的关键一步，因为锅炉在运行中，其烟气声阻抗不同于声波吹灰器在锅炉冷态时运行的空气声阻抗，这样就使得声波吹灰器的实际工作频率不同于实验的频率，以便使声波能量能充分地辐射到工作空间。
根据受热面的结构确定清灰空间大小、吹灰器的型号、安装布置方式和数量。中国石油辽河油田欢喜岭采油厂1号热采锅炉过热段的清灰空间为1700mm×2762mm×3724mm，设计安装吹灰器3台，自由声场的作用长度为4～7m（自由声场情况），距声源1m处声压级不小于145dB。
2.吹灰器的控制
吹灰系统可自动控制系统发声器的工作间隔、工作时间和运行次序。热采锅炉投入运行后，专业人员现场通过声场测量确定每台吹灰器的最佳工作频点范围，再根据锅炉的工作特性及工作情况编程，将具体的运行方法存入控制系统的系统软件中，通过电气控制柜硬件自动调整每台发生器的运行。正常情况下，电控柜电源启动并设置自动运行，发生器将按照程序设置好的顺序依次工作，自1#吹灰器开始单台运行，一台运行结束后下一台即开始运行，每台运行5min，直至3#吹灰器运行结束后为1个运行周期，总共需50min。在间隔6h后，发生器将自动再开始从1#～3#的循环工作，如此每天吹灰4个周期连续清洁受热面，无需操作任何按钮。除自动控制外，亦可根据锅炉运行工况手动操作，使吹灰器分别运行，将自动运行切换为手动运行后，任何时候都可手动操作每台吹灰器的按钮来控制发生器的开与停，在手动操作条件下可使2台吹灰器同时运行。应该指出，本例中该锅炉的换热管采用翅片管取代了传统的光管，增加了积灰的趋向，但在设计中提高了烟气流速和排烟温度，排烟温度的提高使尾部灰垢的粘性降低，这两点又恰恰为声波吹灰创造了有利的条件，保证了有效的清灰。
3.应用效果
该热采锅炉各受热面烟气出口均设有温度测量点，各测量点温度的变化可直接反映出换热效率，也直接反映了声波吹灰器的吹灰效果。锅炉自2011年正式投用后受热面烟气出口温度稳定，排烟温度保持在180℃左右，期间停炉检修时发现受热面积灰较少。热采锅炉已经连续运行7个月，排烟温度没有明显的升高，锅炉的蒸发量稳定在16t/h左右。
三、结论
1.由于声波吹灰器具有免维护特点，大大减轻了检修工作量，节省了检修维护费用。对确保锅炉受热面安全经济运行，防止因常规吹灰方式对炉管产生任何冲刷磨损，造成管壁厚减薄爆管事故的发生，降低非计划停运次数，提高设备的健康水平，具有重要的作用。
2.根据灰的热传导率为0.058～0.165W/m℃，仅是钢板0.5%，灰厚1mm，热损失增加4%，可见换热面积灰、结焦会使大量的热量损失掉。可见，声波吹灰技术在国家能源日见短缺，企业降低生产成本，增强竞争优势的大环境下，该项技术的成功应用，给企业带来的经济效益和社会效益是巨大的。
参考文献
[1]陈强飞.声波吹灰器在锅炉吹灰中的应用[ J].环境工程， 2006， 4 （2）： 89-90.Chen Qiangfe.i Application of sonic blower to slag blo-wing of boilers [J]. Environmental Engineering， 2006，4 （2）： 89-90.
[2]佟小朋，安连锁，胡海燕.锅炉声波吹灰技术的应用探讨与展望[J].电力科学与工程， 2002， 18 （4）：58-61.Tong Xiaopeng， An Liansuo， Hu Haiyan. Applicationdiscussion and prospect of sonic ash cleaning in boilers[J]. Electric Power Science and Engineering， 2002，（4）： 58-61.