鍋爐聲波除灰的聲學分析

爐上推廣應用，但是與之相關的多數基本問題目前還沒有得到很好的解決，成為制約技術發(fā)展和應用的重要障礙本文采用Helmholtz積分方程數值計算了鍋爐換熱器管排的聲場散射問題，得到了管束表面及管排周圍的聲場分布特性，針對除灰要求進行了聲學分析，對當前聲波除灰技術的發(fā)展及應用均具有實際意義。

　　鍋爐積灰結焦是指燃料燃燒時所產生的大量微小灰粒在隨煙氣流向出口的過程中，由于受到各種力的作用，使灰粒子在爐膛及煙道各部位換熱器表面上的積聚和生長，造成爐內積灰結焦。積灰結焦所帶來的最直接問題是鍋爐換熱效率下降。換熱面上積灰和焦渣層的導熱系數約比金屬管壁低4001000倍，所以積灰結焦嚴重影響到受熱面內外的熱量傳遞，致使排煙溫度升高、鍋爐出力下降，異軍突起，成為新一代除灰防焦新動技術。但是，由于迫切的市場需求，這門技術的應用超前于其基礎研究。許多基本問題目前都還沒有得到很好的解決。聲波在遇到鍋爐內部換熱器管束時的聲場分布，滿足何種條件的聲場才能清除換熱器表面的積灰、結焦，一直是聲波除灰技術急待解決的理論問題。但是，這個問題從70年代歐洲提出聲波除灰技術專利至今，始終沒有一個明確的答案。因此，研究鍋爐換熱器管束的聲場作用規(guī)律是發(fā)展聲波除灰技術、指導工業(yè)應用推廣的重要理論環(huán)節(jié)。

　　本文，采用先進的Helmholtz積分方程法M（HIEM）討論了爐內換熱器管排的聲場散射問題，給出了聲波在通過管排時所表現的聲場分布情況，計算中假設管壁材料為鋼，管內充滿水，管外是空氣，分別就單管和多管兩種情況進行了聲學分析與計算，其結果預計對聲波除灰技術的工業(yè)應用具有重要實際意義。

　　假設鍋爐管束由N個半徑為a、壁厚為的相同圓管組成，沿y軸等間距（管距為0平行排放，所示，管內充水，管外為空氣，管壁材料為鋼。

　　考慮單一鐸率平曲聲波入射，其速度勢為考管的場點位置極坐標。為討論方便，在文中其余各處將省略項4根據邊界條件ot管嗇載荷、管壁周邊界層的熱粘損失和管壁材料阻尼等因素影響，形式如下的熱粘系敢關的參數，是頻率、熱傳導率和界面處粘滯系數的函數下標i、分別表示管璧的內部和外部介質參數i人（岣和Ab）分別表示級Bessel函數及其導數。根據特征長度的數攝級W，液一管分界面上的能最損失可以忽略，根據聲場香加原理，空間聲場的總速度勢嶺（r）=咖（r）+t（r），其中，也、也分別為入射聲波與散射聲波的速度勢。

　　根據Helmholtz積分理論，散射聲場的速度勢可用式⑵表示，L為第管的邊界曲線（在所示平面）；切（，）為空間聲場總速度勢G（r為二維Green函數P‘5l.根據。

　　圓管表面外的聲場總速度勢可由。表示d/a =3、=5時，遠場聲強的角分布曲線。（a）、=0.1、2.0、3.0時，表面聲場的角分布曲線。（a）、（b）、則表示“下邊管”（=1）的聲場角分布曲線。

　　為驗證本文的數值結果，分別用方程組（8）按兩種途徑計算了獨立管的壁面聲場角分布特征，并與剛性獨立管散射理論結果進行比較，發(fā)現兩者具有很好的一致性。如（a）表示fca=1時，方程組取管數W=1所得計算結果（“一”）與單管散射理單管散射理論結果一表示多極子散射結果單個獨立管壁面聲場角分布4結果分析根據計算結果（5），聲波在通過換熱器管束時，在各個換熱器管面產生多極子散射。表明在換熱器壁面上散射聲場的頻率響應具有尖銳的峰值特征，這是由于多管散射相互加強時而產生的干涉現象，其結果可使壁面聲場大幅度強，對聲波除灰等應用預計具有關鍵性的作用。、5結果及的討論指出了壁面散射聲場的角分布在fca￡0.1時，沒有明顯的指向性，而fca>0.1時，壁面聲場角分布開始出現比較明顯的指向性特征，個別方向具有較大增益。

　　道“迎風面”在fca=4.6時，發(fā)生最大增益，增益指數G =10dB.管道“背風面”的最大增益發(fā)生=0.1時，最大增益指數G=0.2（接近于0）。此時，“背風面”各處聲壓振幅均接近入射波聲壓振幅，對清除背面積灰而言，能得到相對較篼的聲壓級，但最大增益指數較低，整個壁面聲場均不會大大篼于入射聲強。

　　如果清除具有較篼強度的“迎風面”積灰，在入射波最大聲強受到聲源限制的情況下，設定toS 0.1似乎不是最好選擇。

　　=2，3時，最大增益指數分別為G=6.68dB和G=6.01dB，而（b）、（c）表明“邊管”在=2，3時，最大增益指數分別為G=6.77dB和G=6.60dB，兩者隨fca值的變化分別出現在不同位置。根據，fca=1時，“中心管”G7=5.22dB，“邊管”Gi"=5.84dB，而fca =5時，“中心管”G=8.26dB，“邊管”G=8.22dB.所以在fca較大時，一般容易得到較篼的G值，但最大增益位置分布在“迎風面”范圍的機會相對較多。給出了fca=5時，遠場聲強的角分布曲線，類似于光柵衍射。在入射波傳播方向為中央主極大（P=），增益指數G7=11.27dB，入射聲強得到極大提篼，這一特點將使管排極有可能用于遠場聲聚焦等用途，另外在P之間似有缺級現象出現，而在管排正面P排對聲場的作用似類同于閃爍光柵。

　　4結論用聲波清除鍋爐內部換熱器管束表面的積灰結焦，是一種有效的非觸及式除灰方法；除灰頻段應考慮換熱器管束的幾何結構、管壁半徑以及爐內環(huán)境等因素，合理選用可以達到更好的除灰效果；從機理上講在頻段內采用由低到篼的連續(xù)變頻除灰方式應該優(yōu)于固定頻率除灰方式。