余热锅炉受热面除灰技术的分析与探讨

马 盟 吕少胜

（河北省电力勘测设计研究院，河北 石家庄 050031）

0 前言

利用余热锅炉可以有效回收工业炉窑尾气中蕴藏的余热，提高机组的经济性。余热锅炉尾气中含尘量较高，容易在余热锅炉的受热面表面形成积灰，覆盖在余热锅炉受热面上，降低受热面的传热效率，导致排烟温度升高。当积灰达到一定程度时将被迫停炉，造成重大经济损失[1-5]。因此，积灰是影响余热锅炉安全性的一个重要因素。本文对余热锅炉受热面积灰形成原理及分类进行了介绍，分析了四种国内常见除灰方式的技术特点及适用条件，为余热锅炉除灰方式的选择提供参考。

1 积灰的形成机理及分类

余热锅炉的积灰分为高温区积灰（900℃以上）、低温区积灰（650℃以下）以及介于二者之间的过渡区积灰（650～900℃）[2]。在高温区，烟尘大部分呈熔融或半熔融状态，当处于熔融状态的灰分附在高温壁面时，经慢冷而结成的渣层特别坚硬，一般不易清除。而在温度相对很低的水冷壁或对流管屏上经急冷而形成的积灰则比较疏松，通过及时的吹灰或机械振动即可进行清除。过渡区的积灰，烟尘大部分为固体颗粒，小部分仍呈熔融或半熔融状态，如果积灰成分复杂，各成分的软化温度相差很大，使过渡温区的积灰温度范围分布较广，积灰的清除将很困难[4]。

余热锅炉受热面上的积灰按其特性一般可分为松散性积灰、粘附性积灰和粘结性积灰。松散性的积灰主要发生在低温区的锅炉受热面上，一般是小于200微米的微小颗粒。粘附性积灰主要是在烟尘中含有较多的低熔点金属元素的情况下形成的，通过振打或吹扫即可清除。粘结性的积灰产生在高温区和过渡温区，主要是烟尘颗粒呈熔融状态或呈粘性状态所引起的，这种积灰危害很大，是需要认真研究加以处理的。

2 常见除灰方式

2.1 蒸汽吹灰

蒸汽吹灰是高温高压蒸汽通过吹灰器的喷嘴，形成一股高速蒸汽气流，使积灰层在蒸汽气流的强烈冲击或振动作用下破碎并脱落。实践证明，蒸汽吹灰方式对松散性和粘附性积灰具有较好的清灰效果。

由于蒸汽射流动压按喷射距离的平方反比衰减，喷射动能按喷射距离的立方反比衰减，因而使得吹灰范围受到限制，一般吹扫的有效半径小于1.5m[5]。蒸汽吹灰虽有一定的吹灰效果，但其故障率较高、且投资大、能耗高、运行中时常出现吹灰器卡涩、弹簧阀门泄漏、蒸汽管道腐蚀、吹灰器枪管断裂或弯曲等，加之吹灰工作周期太长，因而使得蒸汽吹灰器的投入率很低。

采用蒸汽吹扫受热面时，常常由于蒸汽疏水不彻底，蒸汽冷却后造成烟气湿度增加，水与灰粘结在一起，加剧了受热面的积灰程度。蒸汽吹灰的清洗效果难以得到长时间地维持，在设备吹灰后重新投入运行时，很快在受热面又产生出新的积灰。另外，如果蒸汽吹灰压力过高或长期投入，易造成金属管壁的磨损。

蒸汽吹灰器工作原理是将吹灰器插入炉膛进行吹灰，吹灰后将吹灰器撤出。这种工作方式使得吹灰装置活动部件多，造成吹灰器操作频繁且故障出现率高，设备的维护和检修量大。

2.2 声波吹灰

声波吹灰是利用声波的能量清除余热锅炉受热面上的积灰。声波吹灰装置利用声学、振动学和疲劳学等原理，通过声波能量使积灰区域的灰粒子产生振动，使附着在受热面表面的积灰脱离受热面，并处于悬浮流化状态，以便烟气流将其带走，达到清灰的目的[6]。由于声波在炉内的传播受到炉壁和管子的反射作用。它能达到一定范围空间的任何部位。声波清灰作用的范围无方向性，对炉本体受热面各管排、拐角、边角都有良好的清灰作用，一般不会存在死角。从清灰机理上来看。声波吹灰技术不像传统的清灰技术那样依靠工作介质的冲击力来冲刷积灰，因而消除了传统吹灰方式工作中对换热管的磨损和腐蚀，延长管道使用寿命。

声波吹灰器的能量偏小，用于小型工业锅炉上尚有一定的效果，应用于大型锅炉时其效果往往不佳，对受热面管束上的硬质灰层无能为力，对空气预热器低温段蓄热元件上的严重灰垢无法清除[7]。另外声波发生器对气源的质量要求较高，对运行维护的技术要求较严，需要长期连续运行，而实际现场往往很难达到。

2.3 冲击波除灰

燃气冲击波吹灰方式是将空气与燃气按一定的比例混合，在爆燃室中经高频点火引燃，行成一种可控的、体积急剧膨胀的的燃后气体压缩波阵面，即所谓的突发冲击波。这种冲击波聚集起来极高的能量，并从脉冲管喷口处喷射到锅炉积灰区域，引起该区域的烟气脉动振荡。在冲击波阵的动能、声能和热能的联合作用下，余热锅炉受热面管道上的积灰开始软化、振荡和脱落，从而达到受热面清灰的效果。

冲击波除灰方式一般采用氢气、乙炔、甲烷或其它可燃性气体作为燃料，而提供爆燃用氧的气体可为空气或纯氧。冲击波吹灰装置要提供足够强度和能量的冲击波阵面，需要保持可燃性气体和氧气稳定的流量和压头，并按照规定的比例进行混合和调控。

可燃气体的爆发或者爆燃，必须要使火焰速度达到并超过声速，当火焰速度达到并超过压力波的阵面时，可燃气体的爆发或者爆燃，才能形成冲击波。因此，燃气脉冲式吹灰器必须设计有比较合适的混合器、点火器、加速管、爆燃室及燃气脉冲冲击管喷口等等，并同时根据待吹受热面的大小、容积或特定的区域，合理地确定爆燃混合物的当量和爆炸强度，以求得到最佳或最合适的吹灰效果。

由于冲击波除灰方式具有热清洗，吹灰能量大等特点，所以该吹灰方式既清除松散性积灰，又能清除粘结性积灰，具有蒸汽吹灰和声波吹灰的优点。冲击波能量强度、吹灰的方向容易进行调整，对于不同类型的积灰和不同形状的受热面面都有极佳的适应性。安装使用冲击波吹灰器能实现换热器在线吹灰，保证换热管清洁，提高换热效率，延长热管的使用寿命。

3 结语

对于锅炉受热面松散性积灰，以上四种除灰方式均有较好的清灰效果，而蒸汽吹灰和冲击波除灰方式对粘结性积灰也有不错的清灰效果。特别是冲击波除灰方式具有装置调整方便，维护简单以及成本低廉等优点，建议在今后工程应用中推广。

［1］郑丽.锌焙烧余热锅炉的技术改造[J].中国有色冶金，2004，4:87-89.

［2］尹朝亮.余热锅炉积灰分析和激波清灰[J].节能与环保，2005，2:32-35.

［3］曾奕强，莫广明.余热锅炉积灰处理方法及其安全性经济性的关系[J].电站辅机，2005，92(1):41-44.

［4］何源.余热锅炉受热面的积灰及其对策[J].工业炉，2000，22(3):31-33.

［5］苗长信，邓文俭，杨兴森，等.吹灰技术的发展与应用[J].山东电力技术，2002，123(1):23-26.

［6］赵旺初.声波吹灰器的原理与应用[J].电力建设，2001，22(1):54-56.

［7］宋占启，郭建明，任新春.声波清洁器和蒸汽吹灰器的经济性比较[J].电站系统工程，2000，16(2):96-97.