余熱鍋爐受熱面除灰技術的分析與探討

馬 盟 呂少勝

（河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050031）

0 前言

利用余熱鍋爐可以有效回收工業(yè)爐窯尾氣中蘊藏的余熱，提高機組的經濟性。余熱鍋爐尾氣中含塵量較高，容易在余熱鍋爐的受熱面表面形成積灰，覆蓋在余熱鍋爐受熱面上，降低受熱面的傳熱效率，導致排煙溫度升高。當積灰達到一定程度時將被迫停爐，造成重大經濟損失[1-5]。因此，積灰是影響余熱鍋爐安全性的一個重要因素。本文對余熱鍋爐受熱面積灰形成原理及分類進行了介紹，分析了四種國內常見除灰方式的技術特點及適用條件，為余熱鍋爐除灰方式的選擇提供參考。

1 積灰的形成機理及分類

余熱鍋爐的積灰分為高溫區(qū)積灰（900℃以上）、低溫區(qū)積灰（650℃以下）以及介于二者之間的過渡區(qū)積灰（650～900℃）[2]。在高溫區(qū)，煙塵大部分呈熔融或半熔融狀態(tài)，當處于熔融狀態(tài)的灰分附在高溫壁面時，經慢冷而結成的渣層特別堅硬，一般不易清除。而在溫度相對很低的水冷壁或對流管屏上經急冷而形成的積灰則比較疏松，通過及時的吹灰或機械振動即可進行清除。過渡區(qū)的積灰，煙塵大部分為固體顆粒，小部分仍呈熔融或半熔融狀態(tài)，如果積灰成分復雜，各成分的軟化溫度相差很大，使過渡溫區(qū)的積灰溫度范圍分布較廣，積灰的清除將很困難[4]。

余熱鍋爐受熱面上的積灰按其特性一般可分為松散性積灰、粘附性積灰和粘結性積灰。松散性的積灰主要發(fā)生在低溫區(qū)的鍋爐受熱面上，一般是小于200微米的微小顆粒。粘附性積灰主要是在煙塵中含有較多的低熔點金屬元素的情況下形成的，通過振打或吹掃即可清除。粘結性的積灰產生在高溫區(qū)和過渡溫區(qū)，主要是煙塵顆粒呈熔融狀態(tài)或呈粘性狀態(tài)所引起的，這種積灰危害很大，是需要認真研究加以處理的。

2 常見除灰方式

2.1 蒸汽吹灰

蒸汽吹灰是高溫高壓蒸汽通過吹灰器的噴嘴，形成一股高速蒸汽氣流，使積灰層在蒸汽氣流的強烈沖擊或振動作用下破碎并脫落。實踐證明，蒸汽吹灰方式對松散性和粘附性積灰具有較好的清灰效果。

由于蒸汽射流動壓按噴射距離的平方反比衰減，噴射動能按噴射距離的立方反比衰減，因而使得吹灰范圍受到限制，一般吹掃的有效半徑小于1.5m[5]。蒸汽吹灰雖有一定的吹灰效果，但其故障率較高、且投資大、能耗高、運行中時常出現(xiàn)吹灰器卡澀、彈簧閥門泄漏、蒸汽管道腐蝕、吹灰器槍管斷裂或彎曲等，加之吹灰工作周期太長，因而使得蒸汽吹灰器的投入率很低。

采用蒸汽吹掃受熱面時，常常由于蒸汽疏水不徹底，蒸汽冷卻后造成煙氣濕度增加，水與灰粘結在一起，加劇了受熱面的積灰程度。蒸汽吹灰的清洗效果難以得到長時間地維持，在設備吹灰后重新投入運行時，很快在受熱面又產生出新的積灰。另外，如果蒸汽吹灰壓力過高或長期投入，易造成金屬管壁的磨損。

蒸汽吹灰器工作原理是將吹灰器插入爐膛進行吹灰，吹灰后將吹灰器撤出。這種工作方式使得吹灰裝置活動部件多，造成吹灰器操作頻繁且故障出現(xiàn)率高，設備的維護和檢修量大。

2.2 聲波吹灰

聲波吹灰是利用聲波的能量清除余熱鍋爐受熱面上的積灰。聲波吹灰裝置利用聲學、振動學和疲勞學等原理，通過聲波能量使積灰區(qū)域的灰粒子產生振動，使附著在受熱面表面的積灰脫離受熱面，并處于懸浮流化狀態(tài)，以便煙氣流將其帶走，達到清灰的目的[6]。由于聲波在爐內的傳播受到爐壁和管子的反射作用。它能達到一定范圍空間的任何部位。聲波清灰作用的范圍無方向性，對爐本體受熱面各管排、拐角、邊角都有良好的清灰作用，一般不會存在死角。從清灰機理上來看。聲波吹灰技術不像傳統(tǒng)的清灰技術那樣依靠工作介質的沖擊力來沖刷積灰，因而消除了傳統(tǒng)吹灰方式工作中對換熱管的磨損和腐蝕，延長管道使用壽命。

聲波吹灰器的能量偏小，用于小型工業(yè)鍋爐上尚有一定的效果，應用于大型鍋爐時其效果往往不佳，對受熱面管束上的硬質灰層無能為力，對空氣預熱器低溫段蓄熱元件上的嚴重灰垢無法清除[7]。另外聲波發(fā)生器對氣源的質量要求較高，對運行維護的技術要求較嚴，需要長期連續(xù)運行，而實際現(xiàn)場往往很難達到。

2.3 沖擊波除灰

燃氣沖擊波吹灰方式是將空氣與燃氣按一定的比例混合，在爆燃室中經高頻點火引燃，行成一種可控的、體積急劇膨脹的的燃后氣體壓縮波陣面，即所謂的突發(fā)沖擊波。這種沖擊波聚集起來極高的能量，并從脈沖管噴口處噴射到鍋爐積灰區(qū)域，引起該區(qū)域的煙氣脈動振蕩。在沖擊波陣的動能、聲能和熱能的聯(lián)合作用下，余熱鍋爐受熱面管道上的積灰開始軟化、振蕩和脫落，從而達到受熱面清灰的效果。

沖擊波除灰方式一般采用氫氣、乙炔、甲烷或其它可燃性氣體作為燃料，而提供爆燃用氧的氣體可為空氣或純氧。沖擊波吹灰裝置要提供足夠強度和能量的沖擊波陣面，需要保持可燃性氣體和氧氣穩(wěn)定的流量和壓頭，并按照規(guī)定的比例進行混合和調控。

可燃氣體的爆發(fā)或者爆燃，必須要使火焰速度達到并超過聲速，當火焰速度達到并超過壓力波的陣面時，可燃氣體的爆發(fā)或者爆燃，才能形成沖擊波。因此，燃氣脈沖式吹灰器必須設計有比較合適的混合器、點火器、加速管、爆燃室及燃氣脈沖沖擊管噴口等等，并同時根據待吹受熱面的大小、容積或特定的區(qū)域，合理地確定爆燃混合物的當量和爆炸強度，以求得到最佳或最合適的吹灰效果。

由于沖擊波除灰方式具有熱清洗，吹灰能量大等特點，所以該吹灰方式既清除松散性積灰，又能清除粘結性積灰，具有蒸汽吹灰和聲波吹灰的優(yōu)點。沖擊波能量強度、吹灰的方向容易進行調整，對于不同類型的積灰和不同形狀的受熱面面都有極佳的適應性。安裝使用沖擊波吹灰器能實現(xiàn)換熱器在線吹灰，保證換熱管清潔，提高換熱效率，延長熱管的使用壽命。

3 結語

對于鍋爐受熱面松散性積灰，以上四種除灰方式均有較好的清灰效果，而蒸汽吹灰和沖擊波除灰方式對粘結性積灰也有不錯的清灰效果。特別是沖擊波除灰方式具有裝置調整方便，維護簡單以及成本低廉等優(yōu)點，建議在今后工程應用中推廣。

［1］鄭麗.鋅焙燒余熱鍋爐的技術改造[J].中國有色冶金，2004，4:87-89.

［2］尹朝亮.余熱鍋爐積灰分析和激波清灰[J].節(jié)能與環(huán)保，2005，2:32-35.

［3］曾奕強，莫廣明.余熱鍋爐積灰處理方法及其安全性經濟性的關系[J].電站輔機，2005，92(1):41-44.

［4］何源.余熱鍋爐受熱面的積灰及其對策[J].工業(yè)爐，2000，22(3):31-33.

［5］苗長信，鄧文儉，楊興森，等.吹灰技術的發(fā)展與應用[J].山東電力技術，2002，123(1):23-26.

［6］趙旺初.聲波吹灰器的原理與應用[J].電力建設，2001，22(1):54-56.

［7］宋占啟，郭建明，任新春.聲波清潔器和蒸汽吹灰器的經濟性比較[J].電站系統(tǒng)工程，2000，16(2):96-97.