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     声波清灰技术在水泥余热发电SP炉中的应用

    发布: 江苏省硅酸盐学会 人气:21 次 时间:2021/10/18 12:02:05 关闭
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     声波清灰技术在水泥余热发电SP炉中的应用


    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320400℃,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MgONa2OK2O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35µm,在静电力的作用下,厚度可达2050µm。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

    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。

     

     
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