1存在的问题
广东省某水泥厂4 500 t/d生产线配套9 MW纯低温余热发电，所配套余热锅炉设计进烟风温度550 ℃，过热器出口设计烟温310 ℃，额定蒸汽量20 t/h，进口蒸汽温度210 ℃，出口蒸汽温度450 ℃。设备投运2年以来，窑头过热器(型号为170AY01-2-1-0)积灰非常严重，该过热器有上下两层受热面，下层为光管，上层为鳍片管。运行2年半后，烟气温度因为积灰提高了15 ℃。每次停炉检查都需要人工清理。图1为运行2年半后的光管和鳍片管的积灰情况。
目前，水泥行业余热锅炉吹灰装置有以下几种类型，可通过分析其优缺点选择合适的吹灰装置。
2几种吹灰器的形式及特点
2.1机械振打清灰
机械振打清灰是一种传统的清灰方式，由传动装置、摆动装置和弹簧砧组件装置组成，落锤是由传动装置转动，转到一定位置时，通过拔叉带动摆动装置提升到一定高度时，使摆锤自由落下，撞击在弹簧砧的导力轴上，同时产生一个合适的振打频率，使水冷壁固有频率的振动模态被充分地激励出来，得到最大的有效振动，取得最佳清灰效果。
优点：结构简单，控制灵活方便，在传统设备上应用广泛，对浮灰效果好。缺点：机械装置故障率高，维修量大，随着传动杆距离能量有衰减，对黏性灰的清灰效果差。
2.2蒸汽吹灰器
蒸汽吹灰器也是一种传统的清灰方式，依靠高温蒸汽强大的动能释放，直接对受热面进行喷吹，大量应用在电力行业的大型机组。
优点：可以直接对受热面进行吹灰，适应性强，对结焦结渣灰、黏性灰的效果也很好。缺点：设备易卡涩，故障率高，对维护要求较高，对吹灰部位管道有吹损。
2.3声波吹灰器
声波吹灰器是近年发展起来的吹灰器，在水泥厂余热锅炉应用广泛。其原理是依靠声波的振动带动烟气中积灰的振动，然后积灰随烟气带走。
优点：声波相对没有方向性，属于无死角清灰，每个位置和角度都能收到声波振动;只需要压缩空气即可产生声波，设备运行安全性好;耗电量可以忽略不计，运行成本低。缺点：声波吹灰器振动清灰受灰特性的影响较大，如对黏性灰和结焦性黏灰的清灰效果比较差，只适合浮灰。
2.4燃气激波吹灰器
燃气激波吹灰器是燃气(一般用乙炔)和空气按一定比例配比后，通过点火器点火，在激波发生罐中发生微爆炸，从而产生冲击波，作用在受热面积灰上，将积灰清理干净。
优点：吹灰力度大，喷口对应位置吹灰效果好。缺点：因为喷口固定，方向性强，存在吹灰盲区;运行成本高，乙炔作为微爆的燃料，消耗量较大;有安全隐患，存在哑炮、回火等现象;如果安装角度或位置不当，可能损坏炉墙，且直吹部位有吹损。
2.5气能激波旋转吹灰器
气能激波旋转吹灰器是一种以压缩空气(氮气)为介质，采用瞬间泄压释放技术，利用瞬间产生超音速流体激波(冲击波)的能量，清除锅炉积灰的新型吹灰器。其采用具有特殊结构的激波发生器，每次脉冲产生持续时间大于100 ms，喷管管内激波强度可达5马赫。
其原理是管内平面正激波出喷口后，形成球面激波，球面激波直径不断增大，其球心沿喷口轴线向前运动，同时随着球面激波直径的增大，强度不断衰减，最后减弱为声波。在锅炉烟道的有限空间内，激波会因烟道四壁产生反射、折射，在受热面管束间产生透射、折射、反射，在有限的空间内，激波的有效作用空间会比自由空间场内的增大。激波会在积灰与基底的物理界面发生反射，并能通过折射而导入积灰内部，激波剧烈的压力纵波对积灰产生一种先压后拉的作用，使积灰破裂，导入积灰中的折射激波还会在灰体中产生横波，和入射波及反射波相互作用，使积灰脱离基底。
同时在喷口由于激波及高速气流冲击，产生极为强劲的喷口噪声，距喷口1 m处，声强为160~170 dB，会对积灰结焦在受热面的附着状态产生分离效应，并使积灰、结焦产生疲劳断裂和破碎倾向。喷口喷射出的压缩空气到达受热面管壁后，使其上所附着的灰垢层、结焦产生碎裂、脱落倾向。
喷口随激波后喷射出高速气流(速度>音速)，直射、折射和反射气流动能直接作用于积灰、结焦层，使依附在受热面表面的积灰、结焦因受气流机械外力作用直接脱离。
优点：气能激波强度大，吹灰效果好;喷头可旋转，可以无死角吹灰;运行只需要压缩空气即可，而且消耗量非常小，运行成本几乎可以忽略不计;只需要压缩空气设备，保证了安全;吹灰位置不固定，对管道没有吹损;吹灰强度可根据现场情况调整，灵活性强;设备故障率低。缺点：几乎没有缺点。只对气源压力有要求，建议0.6~0.7 MPa，一般工厂的压缩站空气可满足要求。单点每次激波释放仅需要0.6~0.7 MPa的压缩空气0.12 m3，成本仅为0.075元(按电费1元/kWh计)。根据积灰情况，每个班循环吹灰1~2次即可。
3吹灰方案的确定及吹灰效果
考虑到该厂蒸发器有鳍片管，担心声波的效果弱;而蒸汽吹灰故障率太高，效果也不理想，所以将该方案排除掉。最后对燃气激波和气能激波旋转方案进行详细对比分析，见表1。
最终确定方案为在两层受热面中间布置2台气能激波旋转吹灰器，安装方案见图2。
使用半年后，光管蒸发器、鳍片管蒸发器吹灰效果见图3。
改造后的运行参数如下：
1)锅炉运行可以带负荷19~25 t/h(设计额定负荷20 t/h)，带负荷能力明显加强。
2)进口烟风温度570~580 ℃，出口烟风温度295~308 ℃，比改造前降低了20~30 ℃。
3)进口烟气温度设计值550 ℃，出口烟气温度设计值310 ℃。与设计值相比，在进口烟气温度提高了20~30 ℃的情况下，出口烟气温度仍低于设计值。
以上3点和现场检查的结果证明，通过吹灰器改造，过热器换热效率大大提高，达到了改造目标。
4结束语
每种设备都有优缺点，分别适用于不同的工况环境。在工程应用中，应该充分考虑设备特性与工况环境的适配性，以保证良好的吹灰效果;同时对于设备的投资金额、运行成本、维护费用也要充分考虑，以保证技改的投资回报率。事实证明，气能激波旋转吹灰器在水泥厂余热锅炉的工程应用可以满足以上要求，具有良好的应用前景。
作者单位：
河北诚毅环保设备有限公司
