水泥余热发电技术是利用水泥生产过程中废气，通过换热装置进行热交换并产生蒸汽，推动汽轮机做功发电。水泥余热发电系统完全利用向大气中排放的废气余热发电，其废气中含有大量的粉尘，对余热锅炉的影响非常严重。一是锅炉受热面积灰，排烟温度升高，影响余热锅炉的换热效率；二是对余热锅炉受热面形成冲刷、磨损、甚至磨穿管束，造成锅炉停产等生产事故；此外，管束积灰若不能及时清除，大量存积塌落可导致高温风机跳闸，从而会影响整个水泥线的生产。所以必须采用合适的在线清灰方式，以减轻和防止灰尘对余热锅炉的影响，提高余热锅炉换热效率，延长余热锅炉的寿命，并保护生产的正常运行。
1 工况介绍及分析
SP炉是水泥生产中窑尾余热锅炉，废气品位低，工况波动大，其废气处于高负压状态，可达到-5000～-6000Pa；窑尾废气温度为320～400℃，其烟气粉尘浓度较高，可达80~100g/m3，粉尘颗粒细（粒径<10µm的占90%~97%，<2~3µm的占50%），粉尘比电阻高（达1011Ω.cm），电收尘效率不高，粉尘硬度低、容易积灰等。
窑尾烟气粉尘成分中CaO约占44.22%，SiO2约占13.8%，Al2O3约占2.88%，其他MgO、Na2O、K2O碱金属含量占比较少，此外烟气中还含有SO3。窑尾烟气对余热锅炉的危害主要是积灰可降低锅炉的换热效率。根据窑尾烟气粉尘特性，窑尾积灰属于松散性积灰。一般附着的灰尘粒径为3～5µm，在静电力的作用下，厚度可达20～50µm。当达到一定厚度时，其重量超过引力而会自行脱落。但随着积灰时间延长，并吸收烟气中的SO3 和水蒸气转换成硫酸盐等，可形成致密性积灰，从而影响余热锅炉的换热效率并对管路造成腐蚀。
2 清灰方式分析
余热锅炉初始设计一般采用机械振打清灰的方式，机械振打清灰是由电动机带动一长轴作低速转动，在轴上按等分的部位挂上许多敲击锤，按顺序对锅炉受热面管束进行锤击，使其产生振动，积灰在反复作用的应力下产生微小的加速度而脱落。其优点是结构简单，清灰效果优于蒸汽吹扫，对烟气处理不会带来不利影响；但其缺点也较明显，一是能量较小，效率较低；二是振打力较大时，易造成锅炉构件疲劳损坏，且长轴易变形，影响设备正常运行；三是由于结构的原因，机械振打落下的粉尘一部分随废气进入高温风机，在振打装置间歇停运一段时间后，可能因大量粉尘进入高温风机而导致高温风机的运行状况恶化，从而影响整个烧成系统的稳定。
余热锅炉的积灰不但与灰尘的特性有关，还受设计、制造、运行等因素的影响，要使余热锅炉高效、稳定地运行，必须高度重视清灰方式的选择。窑尾SP余热锅炉一般采取立式布置，受热面结构为光管管束，在管束间距相同的情况下易积灰，管束间易出现搭桥现象，因此清灰方式的选择是非常重要的，既要考虑在温度较高的工况下在线工作，又要考虑清灰对高温风机运行的影响，不能采用短时间使积灰大量清除的清灰方式，而应采取以预防性清灰为主的方式达到清灰的目的。为了防止积灰，提高锅炉热效率，实现锅炉安全、稳定运行的目的，解决好管束受热面积灰问题是窑尾SP炉最基本也是必须解决的问题，根据现场工况特点，采用声波清灰技术是解决上述难题的最佳方案之一。
3 声波清灰技术
声波清灰技术是国内外清灰领域的一项成熟技术，它以0.5MPa的压缩空气为动力源,使声能器内部的高强度钛合金膜片自激振荡，并在谐振腔内产生振动，将压缩空气的势能转换成低频声能,发出低频、高能的声波，通过扩声筒放大，由空气介质把声能传递到相应的积灰点，直接作用于灰尘的分子结构内，使灰尘分子间积聚力由紧密变为疏松，在重力或流体介质媒体的作用下脱离附着体表面，达到有效清灰的目的。
4 声波清灰技术特点
(1)在声波有效范围内彻底除灰
由于声波具有反射、衍射、绕射的特性，无论受热面管排如何布置，只要在声波有效作用范围内，声波就可以清除管排间及管排背后的积灰，除灰彻底，不留死角。
(2) 短间隔断续运行保持受热面清洁
通过循环往复运行，声波清灰器可连续保持受热面清洁，有效提高锅炉换热效率，降低排烟温度。
(3)无受热面机械损伤
声波依托高温烟气为介质来传播，使烟气中的灰粒在声波能量作用下发生质点位移，从而使灰粒难以附着在管壁上，达到除灰的目的。
声波清灰器的振动频率远离设备本体、受热面的本征频率，对受热面不会产生有害的共振，做到设备免维护，但对积灰和灰垢却能十分有效地清除，并能根据积灰的物理性质优化控制使积灰得以及时有效地清除，长期保持受热面清洁，彻底排除因挂料问题影响的传热效率。
5 应用效益分析
以5000t/d生产线为例，窑尾SP炉最多可布置24台声波清灰器即可全部替代原机械振打，实现在线清灰的效果，并且可根据工况调整清灰强度，并随时优化，经济效益比较好。
6 结论
声波清灰技术在水泥余热发电窑尾SP炉中的应用可以有效清除管束积灰，降低系统阻力，清除飞灰过分波动对后续设备的影响，减少设备维修费用，缩短停工周期，保证水泥生产的正常进行。
