截至目前，火力發(fā)電仍然是生產(chǎn)電能的主要方式。大型火力發(fā)電廠的鍋爐是煤炭的化學能轉(zhuǎn)換為高溫高壓蒸汽熱能的能量轉(zhuǎn)換設備。為了實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換效率，煤粉要在很短的時間里完成燃燒過程，煤炭被專門的設備磨制成極細的煤粉，燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒產(chǎn)物的熱量通過一系列的熱交換設備的受熱面?zhèn)鬟f給在管道里的水或者水蒸汽。在煙氣里灰粒的直徑大多在10～30μm，這樣微小的灰塵顆粒由于灰塵與管壁之間的分子吸引力、機械網(wǎng)羅作用力、熱泳作用力及靜電吸引力等使其黏附在受熱面管壁上，1mm的積灰對于傳熱的阻力大約是鋼鐵材料的50倍，大大降低了傳熱效率。
??????? 為了清潔受熱面，傳統(tǒng)使用的蒸汽吹灰裝置，由于蒸汽清灰需要可以用于做功的過熱蒸汽，在吹灰的同時正氣夾帶著灰塵顆粒對受熱面管道產(chǎn)生強烈的磨損，導致鍋爐爆管停爐事故。在電廠事故分類中，鍋爐設備事故占70，而在鍋爐事故中，因磨損而發(fā)生爆管的事故占70，另外，吹灰所使用的過熱蒸汽，在鍋爐尾部受熱面中由于煙氣溫度逐步降低而使煙氣濕度增加，導致尾部受熱面發(fā)生低溫腐蝕。
??????? 由于蒸汽吹灰存在的缺陷，人們開始尋求一種新的清灰裝置。
??????? 聲波吹灰與NP聲波吹灰器。
??????? NP聲波吹灰器利用壓縮空氣在調(diào)制成一定頻率、振幅、聲壓級的聲波，聲波在傳播過程中具有繞射、衍射的作用，不但能夠清除管道正面的積灰，對管道背面的、側(cè)面的積灰也能有效地清除，清灰不存死角；由于使用壓縮空氣，不影響煙氣濕度，可以有效地防止管道的酸腐蝕；不考慮對受熱面吹損，可以根據(jù)清灰需要設置啟動時間和間隔時間，隨時保持受熱面的清潔；與同時存在的旋笛式、膜片式聲波吹灰器相比，更因為沒有機械傳動、轉(zhuǎn)動，沒有油潤滑系統(tǒng)，不存在機械故障、潤滑故障和漏油等，無需經(jīng)常維護保養(yǎng)，提高了裝置的可靠性；爐內(nèi)安裝，聲音泄漏小，對操作環(huán)境無噪聲污染。
??????? 1積灰與清灰
??????? 1.1鍋爐受熱面積灰及影響
??????? 由于燃料中含有不可燃成分，統(tǒng)稱為灰分，在鍋爐燃燒過程中，灰分被析出，一部分沉積在受熱面上，另一部分隨煙氣帶出鍋爐。沉積在鍋爐受熱面上的灰，有兩種形態(tài)，即積灰和結(jié)渣。所謂積灰，指的是溫度低于灰熔點時灰沉積物在受熱面上的聚積，一般多發(fā)生在鍋爐爐膛出口至空氣預熱器段的對流受熱面上。所謂結(jié)渣，指的是熔化了的灰粘附在受熱面上，一般多發(fā)生在爐膛、屏式過熱器、爐膛出口等高溫受熱面。積灰、結(jié)渣受物理因素和化學因素的交替相互作用，生成過程十分復雜，按積灰、結(jié)渣的特性來分類的方法繁多?，F(xiàn)僅按積灰強度來劃分，可分為松散性的積灰和粘結(jié)性的積灰，積灰結(jié)渣部位多數(shù)發(fā)生在鍋爐出口水平煙道及尾部豎井煙道的受熱面管壁上。
??????? 1).松散性積灰
??????? 對單根受熱面管而言，松散性積灰發(fā)生在兩個部位，一是迎向煙氣流的正面上，在煙氣速度很小、飛灰顆粒很細時飛灰才會形成松散的沉積層，并且為顆粒較大的灰所破壞而減薄。當煤粉細度和鍋爐負荷不變，運行穩(wěn)定的條件下，這一薄層將在一定的時間內(nèi)達到動態(tài)平衡；另一個積灰部位是在受熱面管的背面，也是積灰最為嚴重的地方。由于受熱面管的背面處于煙氣渦流區(qū)，形成松散的楔形積灰，并與受熱面管一起構(gòu)成流線型，因此，不會增加煙氣的流動阻力。
??????? 2).粘結(jié)性積灰
??????? 它主要是在受熱面管子的正面形成，并迎著煙氣流成梳形狀生長，它不像松散性積灰那樣到了一定的積灰程度就停止了生長，而是隨時間的增加而增長。積灰嚴重時在受熱面管間搭橋，堵塞煙氣通道，增加煙氣流動阻力，鍋爐不得不被迫減負荷或停爐清灰。
??????? 鍋爐受熱面積灰是不可避免得普遍現(xiàn)象。受熱面積灰后使傳熱熱阻增加，管內(nèi)工質(zhì)的吸熱量減少，排煙溫度升高。據(jù)計算，鍋爐排煙溫度每升高10℃，鍋爐熱效率約降低0.5個百分點，相當于一臺300MW機組鍋爐損失標準煤若干噸（要計算一下）。同時，因受熱面積灰使管壁金屬超溫，對鍋爐安全運行造成威脅，因此，鍋爐吹灰勢在必行。
??????? 1.2傳統(tǒng)清灰方式及存在的問題
??????? 1.2.1蒸汽吹灰
??????? 國內(nèi)外蒸汽鍋爐受熱面吹灰廣泛采用蒸汽吹灰的原因之一是由于低壓蒸汽的獲得比較容易，其二是，蒸汽吹灰能起到“立竿見影”的效果，特別是粘結(jié)強度高的灰渣、熔融灰渣都能有效地被清除。它是利用蒸汽射流的動能，直接作用于灰渣的表面，沖擊動壓可達到2000Pa，灰渣可迅速地被吹離受熱面，排煙溫度即吹即降，有非常“明顯”的吹灰效果，因此，旋轉(zhuǎn)式長短干蒸汽吹灰器在吹灰領域仍然占著統(tǒng)治地位。但是，蒸汽吹灰也有它不利的一面。
??????? 1).蒸汽耗量大
??????? 蒸汽吹灰介質(zhì)壓力一般1.5MPa、＞150℃，耗汽量30～100kg/min。例如，省煤器一般安裝4臺吹灰器，每臺運行6分鐘，每臺耗汽量73kg/min，總耗汽量為1752kg。一臺300MW機組鍋爐安裝100多臺蒸汽吹灰器，按吹灰程序順序執(zhí)行吹灰，全面吹灰一次約需3小時，總耗汽量約60～100t，要增加鍋爐昂貴的補給水量約1，使水處理設備的運行費用提高；
??????? 2).增加排煙中水蒸氣含量，使尾部受熱面容易積灰和腐蝕，特別是處于末級的空氣預熱器受熱面更容易積灰堵塞，有時不得不停爐清灰；
??????? 3）.旋轉(zhuǎn)伸縮式吹灰器的結(jié)構(gòu)復雜，工作條件差，易磨易損件多，所以維修費用高，據(jù)統(tǒng)計，以10年為一周期，蒸汽吹灰維修費用比壓縮空氣吹灰高約70；
??????? 4）.蒸汽射流速度高，不斷卷吸周圍含塵高溫煙氣，直接沖刷到金屬受熱面上，致使受熱面磨損很嚴重而爆管，
??????? 5）.特別是過熱器部位的長伸縮式吹灰器容易卡澀，退不出來，吹損受熱面管道。
??????? 6).吹灰時效果很明顯，一旦停止吹灰，受熱面上又很快積灰，這與蒸汽吹灰留有死角和不徹底有關。因沿被吹掃管子長度和周界的不均勻吹掃，殘留的部分積灰是進一步積灰的基礎，同時蒸汽也使灰粒容易粘到管子上，吹灰后一般3小時左右又恢復到吹灰前的積灰狀態(tài)，排煙溫度也逐漸恢復到吹灰前的水平，所以具有“短期效應”的特點。有的鍋爐燃燒易積灰結(jié)渣煤時，每天吹灰兩三次也難以保證過熱蒸汽不超溫、管壁金屬溫度低于報警值，因此，給鍋爐運行帶來很多困難；
??????? 7).一般蒸汽吹灰的有效吹掃半徑約為1.5～2.0米，吹掃面積有限，留有吹掃不到的死角。為了滿足連續(xù)運行的要求，一臺300MW機組的鍋爐需要布置100多臺長短桿蒸汽吹灰器，投資較大。
??????? 1.2.2壓縮空氣吹灰
??????? 與蒸汽吹灰相比，吹灰介質(zhì)為壓縮空氣，吹灰器的結(jié)構(gòu)差不多，但優(yōu)點較多。不消耗鍋爐補給水，壓縮空氣也容易獲得；因空氣中水分極少，不會造成空氣預熱器冷端堵灰；壓縮空氣系統(tǒng)為低溫低壓，維修方便；但初投資較大，必需配備專用空氣壓縮機。
??????? 例如，一臺862t/h的蒸汽鍋爐，安裝了長短桿旋轉(zhuǎn)伸縮式壓縮空氣吹灰器，若每24小時吹灰3次，共9小時18分鐘，耗壓縮空氣40900m3(標準狀態(tài))。據(jù)統(tǒng)計，目前用壓縮空氣作為吹灰介質(zhì)的鍋爐約占40。對大容量鍋爐吹灰的技術(shù)經(jīng)濟比較表明，采用壓縮空氣吹灰比蒸汽吹灰更為有利。在美國500MW機組以上鍋爐采用壓縮空氣吹灰約占60，我國小容量鍋爐采用壓縮空氣吹灰的比例較大，或者在鍋爐尾部受熱面省煤器、空氣預熱器的局部區(qū)域才采用壓縮空氣吹灰。
??????? 1.2.3水力吹灰
??????? 鍋爐排污水或高壓水具有較高的沖擊力，對強粘結(jié)的硬灰特別有效，但對鍋爐燃燒影響大，煙氣含水蒸汽量增加，管壁受熱沖擊，容易龜裂爆管。
??????? 1.2.4鋼珠除灰
??????? 用于小容量鍋爐尾部受熱面吹灰。小鋼珠從尾部煙道頂部播撒下來，鋼珠與受熱面管相互碰撞，將積灰從受熱面上打擊下來，并隨煙氣帶走。需要安裝一套鋼珠搜集裝置，而且鋼珠的損耗量很大，現(xiàn)在已很少使用。
??????? 1.2.5振動吹灰
??????? 用機械振動(打擊)的方法使受熱面管振動，積灰脫離管壁后被煙氣流帶走。一般在電除塵器上使用，也可用鍋爐尾部受熱面，但機械部分容易磨損失效。
??????? 1.3脈沖波清灰
??????? 利用可燃氣體，如甲烷、氫氣、乙炔等高反應性能的燃料在特制容器中點火爆燃，產(chǎn)生的超音速脈沖波從出口高速噴出，清除受熱面上的積灰。我國在10年前發(fā)現(xiàn)隨國外進口鍋爐帶有燃氣脈沖波清灰裝置，經(jīng)消化吸收，現(xiàn)在已有十多家公司在生產(chǎn)經(jīng)營這種清灰裝置，有一定的清灰效果。但要特別小心可燃氣體在運輸、儲存中的安全及在使用中失控爆炸；要控制脈沖波的強度，否則設備受損、連接部件松動、保溫材料脫落，噪音大，有的在1000米以外還能聽到爆炸聲。
??????? 1.4聲波清灰
??????? 綜上所述，由于傳統(tǒng)清灰器存在不同程度的問題，如何找到更好的吹灰器，節(jié)約有限的能源，一直是這一領域內(nèi)廣大工程技術(shù)人員為之奮斗的目標。利用壓縮空氣位能在特殊設備中調(diào)制成聲能，作用于受熱面上的積灰，達到了清灰的目的，正是這一奮斗目標的體現(xiàn)。聲波清灰在我國近十年來得到迅速的發(fā)展，達波電力設備有限公司集眾家之長，在聲波清灰器的研制、應用方面取得了重要的進展，特別是在300MW級大容量鍋爐上的應用更是取得了成功的經(jīng)驗，因此，不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高技術(shù)水平，是我們努力的方向。
??????? 2振動與聲
??????? 2.1聲音
??????? 我們的周圍是充滿聲音的世界。
??????? 街道上車聲隆隆，工廠里機器轉(zhuǎn)動的轟鳴聲，大自然中風聲、雨聲，海洋里波濤的怒吼，總之，在我們地球上聲音是無處不在。那么，聲音究竟是甚么呢？它是如何發(fā)生又是如何傳播的呢？