新型清灰裝置在硅業余熱發電中的應用

趙嫻，陳寶闊

1 前言

硅業余熱鍋爐的煙氣特性不同于水泥窯煙氣，其中的硅微粉極細，有極強的粘附力和非常高的阻熱、隔熱性，管子表面積灰快，受熱外管壁粘灰后，熱交換率會大大降低，致使鍋爐換熱效率降低，發電量降低。工業硅余熱鍋爐煙氣中的二氧化硅平均粒徑200～400nm，粉塵比表面積20m2/g，硅微粉塵含量約5g/m3（標），粉塵堆積密度0.18t/m3。硅微粉若清理不凈，鍋爐很難長期高效穩定運行，進而會影響機組的發電量。本文介紹一種采用剛性傳動同步升降系統的新型智能往復式清灰機構及其在硅業余熱鍋爐中的實際應用效果。

2 原清灰傳動裝置技術介紹

某硅業余熱發電項目采用鋼絲繩卷筒—鋼絲繩作為清灰刷架的傳動裝置，同步性較差，使用效果不好，且故障較頻繁，有時甚至引起鋼絲繩斷裂，減速機超負荷，系統不持續清灰，導致鍋爐出口溫度偏高，鍋爐效率下降。

原清灰裝置的機構原理如圖1所示，該傳動機構包括電機、鋼絲繩卷筒、滑輪組、鋼絲繩，由電機驅動鋼絲繩卷筒，卷筒轉動帶動鋼絲繩繞過滑輪組，鋼絲繩與清灰刷架相連接，從而帶動清灰刷架上下運行。

圖1 原傳動裝置

清灰刷架下行時，由于鋼絲繩卷筒上的卡槽過寬，鋼絲繩在卡槽內的排列不均勻，與刷架相連的四根鋼絲繩的長度不等，導致清灰刷架傾斜卡滯的情況發生。在清灰刷架卡滯時，鋼絲繩卷筒—鋼絲繩系統沒有及時得到反饋，電機繼續工作，導致鋼絲繩從卷筒脫落，未正常伸展且無規律存放。工作人員發現問題后，立即操作電機反轉，電機帶動鋼絲繩卷筒反向轉動，而脫落在卷筒卡槽外面的鋼絲繩很容易被高速旋轉的卷筒卡槽板割斷，導致清灰刷架在上行過程也不能完成清灰動作。

該項目鍋爐管束積灰嚴重，換熱效率降低，甚至要多次停機檢修，增加了維修成本，此項目自運行至改造前已經更換了6臺減速機。

3 新型剛性清灰傳動裝置

清灰刷架運動過程中的阻力主要有刷架與管道間的摩擦力，換熱管束變形造成的阻力以及刷架不平衡（傾斜）造成的阻力等，通過大量分析和現場研究，決定采取以下幾項改造措施：一是更換傳動機構實現剛性傳動，保證刷架的平衡性和同步性；二是減去配重結構；三是同軸傳動輸出；四是設計智能控制系統，確保整個清灰裝置的平穩運行，減少停機檢修，重點是設計和確定新型剛性傳動方案。

新型剛性清灰傳動裝置采用齒條—齒輪嚙合傳動作為動力傳輸機構，將齒條與清灰刷架固定，作為運動整體，齒條與齒輪嚙合傳動帶動清灰刷架實現往復運動。由于傳統傳動機構在下降行程中，以刷架自身重量與配重作為驅動動力，力度有限，換熱管束的積灰阻力以及管束的變形阻力造成清灰刷架下降時清灰動作無法完成，清灰刷架無法返回。而齒條—齒輪傳動是剛性傳動，作為驅動動力，可以保證全管束得到清掃。

該新型傳動裝置的關鍵是采用了同步升降系統，同步升降系統包括減速機、聯軸器、連接桿、齒輪—齒條裝置等，如圖2所示。新型傳動裝置采用同軸雙向輸出式減速機作為動力源，保證安裝在連接桿的齒輪同步轉動，帶動與齒輪嚙合的齒條同步上行與下降，進而保證清灰刷架與齒條固定的四個受力點在同一平面，確保刷架在運行過程中的水平運行狀態。這種剛性傳動機構能夠克服管道熱變形引起的阻力，從機構設計上解決了刷架不平衡受力造成的問題。

圖2 新型同步升降系統

由于工業硅鍋爐進口溫度約800℃，換熱管束在高溫下會出現局部變形或其他問題，造成清灰裝置運行阻力增大，引起傳動電機電流突然增大，損壞電機。我公司自主研發了控制程序，設定自保護電流值，如果電流增大超過設定值，清灰裝置會自動向相反方向運動，控制程序彈出提示，提示操作人員盡快解決故障點以恢復全程運行。在鍋爐頂部最高限位處設置了壓縮空氣閥門，用于清掃框架鋼刷上堆積的粉塵，保持鋼刷的彈性，延長鋼刷的使用壽命。智能控制系統見圖3。

4 新型清灰裝置的改造效果

在2018年7月底，我公司對項目清灰裝置進行了改造，這是在硅業余熱鍋爐中首次應用新型剛性傳動同步升降系統的智能往復式清灰機構，經八個多月的運行，整體效果較好，清灰效果顯著，且未再發生過內部刷架卡滯的情況。采用智能控制系統，刷架可一小時運行一次，并實現連續運行。鍋爐換熱效率明顯提升，發電量也同步上升，減少了由于刷架故障造成的停窯檢修工作次數，節約了開支。經過鋼刷清掃過的鍋爐管束如圖4所示。

圖3 智能控制系統

圖4 改造后鍋爐換熱管清灰后的效果圖

5 結語

清灰刷架剛性傳動裝置在實際項目的應用效果較好，證明該技術方案可以在該行業推廣使用。在降本增效的同時，還能充分利用熱資源，減少化石資源的消耗，降低整個行業的運行維修費用，在提高企業整體效益的同時，還具有廣泛的社會效益。■