關于水泥窯余熱鍋爐的積灰和清灰

摘 要：主要介紹水泥窯余熱鍋爐積灰的主要特點，并主要介紹了清灰裝置。

關鍵詞：水泥窯余熱鍋爐；清灰；積灰

前言

在以窯爐為生產設備的工藝中，水泥生產應用最多產生的粉塵量也最大。由于整個生產過程中都是以處理粉狀物料為主，如破碎、粉磨、運輸與包裝等；在水泥熟料的鍛煉過程中，由于燃料的燃燒、原料在爐內的運動及高溫條件下的物理反應等，也產生大量含塵廢氣。生產1噸水泥熟料約產生1-1.5萬Nm3的廢氣。通常干式窯煙塵濃度為25-75g/Nm3，濕式窯在30g/Nm3以下。目前我國大部分水泥制造廠家都采用了干法工藝進行水泥生產。在生產過程中大量余熱經回轉窯尾廢氣排走。水泥窯余熱鍋爐熱煙氣中含有大量的粉塵，且粉塵細，容易在鍋爐受熱面上積灰，影響鍋爐受熱面的傳熱效果，致使鍋爐出力降低，發電量降低，因此解決好鍋爐受熱面積灰問題是水泥窯余熱鍋爐最基本也是必須解決的問題。

1 水泥窯余熱鍋爐積灰的主要特點

由于進入窯尾鍋爐的煙氣溫度高、含塵濃度大（45g/Nm3以上）及灰塵熔點低（主要有堿金屬含量不同影響），粒徑小等特點（平均粉塵粒徑1～30μm），特別容易在高溫受熱面產生粘結性積灰，由于粘結性積灰過程具有化學反應，反應物具有粘性，因此當粗灰粒的沖刷作用不夠時，管子迎風面也能大量結積飛灰，且有無限增長的趨勢；在低溫受熱面因灰粒粒徑小分子力的吸附力大于本身的重量和管壁表面具有粗糙度而靠機械力拉住在壁面上的作用下沉積在管壁上，產生粘附性積灰和松散性積灰。

2 水泥窯余熱鍋爐積灰和清灰

在鍋爐方案設計時考慮到鍋爐積灰的特點，要控制煙氣進入高溫受熱面的煙氣溫度不能過高，同時煙氣流速不能低于5～7.5m/s。在此基礎上，在鍋爐運行中，為了防止積灰，提高鍋爐熱效率，實現鍋爐安全、穩定運行的目的，結合實際運行情況，及其具體結構特點，還必需采用有效地清灰裝置處理。針對水泥窯余熱鍋爐的積灰特性，近年來各廠家先后使用過聲波、激波、聲波和激波組合式和錘式機械振打等多種清灰方式。雖然都有一些具體的優勢，但就各企業反饋的信息來看，錘式機械振打的清灰效果最好。因為前幾種吹灰方式，對粘附性積灰和松散性積灰有作用，但對高溫粘結灰效果不理想，而且吹灰的有效范圍不大，容易出現死角，同時由于煙氣中含塵量大，受熱面表面積灰速度快，若不能及時有效地吹灰，就更加難于清除，進而清灰周期就要縮短，相應運行成本上升。而錘式機械振打對高溫粘結灰和低溫粘結灰的清除效果都很明顯，除振打錘和外部振打桿因擊打頻率過高需要檢修更換振打錘外，運行成本不高。因此，眾多企業在綜合考慮清灰效率和運行成本的同時，錘式機械振打成為清灰裝置的首要選擇。經過多年的實踐應用，錘式機械振打裝置得到不斷完善，不斷創新，應用技術也越來越成熟。現以某水泥公司2500t/d生產線的水泥窯余熱鍋爐的最新型錘式機械振打裝置進行介紹如下：

（1）鍋爐主要設計參數及依據：

蒸汽參數：

鍋爐出口蒸汽流量：20.9t/h 鍋爐出口蒸汽壓力：2.55MPa（g）

鍋爐出口蒸汽溫度：400℃ 給水溫度：203℃

入爐廢氣參數：

廢氣壓力-4900Pa 廢氣溫度：421℃ 排氣溫度225℃

廢氣量：168075Nm3/h 含塵濃度：60g/Nm3

廢氣成份：H2O，6.50%、CO2，23.19%、O2，5.98%、CO，0.01%、N2，64.32%

（2）鍋爐結構布置：

窯尾余熱鍋爐立式布置，自然循環，給水引入省煤器——鍋筒——下水管——對流管束，被加熱的汽水混合物再引回鍋筒，經汽水分離后的飽和蒸汽再流入過熱器，在過熱器中被加熱后生成額定壓力下的過熱蒸汽，最后流進汽輪機補汽口。入爐高溫廢氣由入口煙道依次流經過熱器管組、對流管束管組、省煤器管組，最后經出口煙道排出。兩組過熱器蛇形管由直徑φ42×4mm的管子繞成，采用逆流錯列布置，橫向節距為120mm，縱向節距75mm，煙氣流速為6.2m/s；四組對流管束蛇形管由直徑φ42×4mm的管子繞成，采用逆流錯列布置，橫向節距為100mm，縱向節距75mm，煙氣流速為6.2m/s；兩組省煤器蛇形管由直徑φ32×4mm的管子繞成，采用逆流錯列垂直，橫向節距為90mm，縱向節距45mm，煙氣流速為5.6m/s。

（3）錘式機械振打裝置的原理及應用

錘式機械振打裝置是利用小型變頻電動機作為動力，通過減速機裝配鏈輪，在鏈輪帶動傳動軸做低速轉動，相鄰受熱面的傳動軸用萬向聯軸節相連，在各傳動軸上按等分的相位安裝上許多振打錘，按傳動順序依次對省煤器、對流管束、過熱器受熱面相應的爐外振打桿進行錘擊，爐外振打桿進而擊打爐內振打桿對受熱面施加振打力，在錘擊的一瞬間使受熱面產生強烈的振動，使黏附的積灰受到反復作用的應力而產生微小的裂痕，直到積灰的附著力遭到破壞而脫落。錘式機械振打的優點是消耗動力少，同時不會因機械振打而增加額外的介質。缺點是對鍋爐受熱面管子和焊口焊縫的使用壽命和強度有一定程度的不良影響，但只要在設計中加以防范，是可以延長使用壽命的。

3 錘式機械振打關鍵要素

3.1 振打錘重量的確定

振打錘的重量與振打力有關。所需要的振打力越大，振打錘就越重。振打力的大小還與傳動軸的轉速有關，轉速越快，振打力越大。以某水泥窯余熱鍋爐錘式機械振打裝置為例，所需要的振打力大約8公斤力。當減速機運轉，減速機輸入端鏈輪通過鏈條帶動傳動軸端鏈輪轉動，振打錘從傳動軸水平位置運動到爐外振打桿所處位置時，此時振打錘的運動軌跡近似簡化為自由落體運動。根據能量守恒原理和動量定理得出：

mgh=1/2mv2，得v≈2.85m/s

振打錘擊打時，根據動量定理，有mv1-mv2=Ft，得m≈5.2kg

考慮連接件間的摩擦阻力，振打錘的重量應大于此計算值，因此可選振打錘的重量為6kg。

3.2 減速機的確定

錘式機械振打裝置通過減速機帶動鏈傳動，鏈傳動帶動傳動軸的轉動。根據窯尾余熱鍋爐積灰特性，通常一般選取每分鐘打擊受熱面1-3次，即轉軸每分鐘轉1-3次。振打次數過頻，會影響受熱面的使用壽命；振打次數過少，受熱面的積灰振打不下來，影響受熱面傳熱效果。因此振打次數的選擇決定振打效果的好差。我們一般選變頻電機，用戶可根據現場實際情況調節振打頻率，積灰多，振打次數可稍多些，選每分鐘振打約4～5次；積灰少振打次數可稍少些，選每分鐘振打約1～2次左右。選擇鏈傳動，柔性較好，能減輕沖擊和振動。我們一般通過1：2的鏈傳動帶動傳動軸的轉動。這樣減速機傳動比選35，就能保證振打次數在1-5次內任意調整。

4 結束語

水泥窯余熱發電即是利用窯頭和窯尾排向大氣煙氣中的熱量，經過熱交換被余熱鍋爐吸收轉化成具有一定壓力和溫度的蒸汽，推動汽輪發電機組發電，而窯尾余熱鍋爐的積灰對傳熱有很大的影響，因此積灰問題的處置是關系到窯尾余熱鍋爐高效率運行的必要條件。該錘式機械振打裝置，經過近些年的實際運行結果來看，結構簡單實用，經濟性、清灰效果都很好，檢修更換易損件容易，并且有效解決了鍋爐漏風問題，受到企業的良好贊譽。總之，解決窯尾余熱鍋爐的積灰和清灰問題，可以增加傳熱系數，提高鍋爐效率，在保證鍋爐安全運行的前提下，又給企業帶來了良好的經濟效益，具有極好的應用價值。

作者簡介：赫耀蘭，男，工程師，2003年畢業于遼寧工程技術大學，現從事鍋爐設計工作。