趙嫻，陳寶闊

1 前言

硅業(yè)余熱鍋爐的煙氣特性不同于水泥窯煙氣，其中的硅微粉極細(xì)，有極強(qiáng)的粘附力和非常高的阻熱、隔熱性，管子表面積灰快，受熱外管壁粘灰后，熱交換率會(huì)大大降低，致使鍋爐換熱效率降低，發(fā)電量降低。工業(yè)硅余熱鍋爐煙氣中的二氧化硅平均粒徑200～400nm，粉塵比表面積20m2/g，硅微粉塵含量約5g/m3（標(biāo)），粉塵堆積密度0.18t/m3。硅微粉若清理不凈，鍋爐很難長(zhǎng)期高效穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而會(huì)影響機(jī)組的發(fā)電量。本文介紹一種采用剛性傳動(dòng)同步升降系統(tǒng)的新型智能往復(fù)式清灰機(jī)構(gòu)及其在硅業(yè)余熱鍋爐中的實(shí)際應(yīng)用效果。

2 原清灰傳動(dòng)裝置技術(shù)介紹

某硅業(yè)余熱發(fā)電項(xiàng)目采用鋼絲繩卷筒—鋼絲繩作為清灰刷架的傳動(dòng)裝置，同步性較差，使用效果不好，且故障較頻繁，有時(shí)甚至引起鋼絲繩斷裂，減速機(jī)超負(fù)荷，系統(tǒng)不持續(xù)清灰，導(dǎo)致鍋爐出口溫度偏高，鍋爐效率下降。

原清灰裝置的機(jī)構(gòu)原理如圖1所示，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、鋼絲繩卷筒、滑輪組、鋼絲繩，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩卷筒，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼絲繩繞過滑輪組，鋼絲繩與清灰刷架相連接，從而帶動(dòng)清灰刷架上下運(yùn)行。

圖1 原傳動(dòng)裝置

清灰刷架下行時(shí)，由于鋼絲繩卷筒上的卡槽過寬，鋼絲繩在卡槽內(nèi)的排列不均勻，與刷架相連的四根鋼絲繩的長(zhǎng)度不等，導(dǎo)致清灰刷架傾斜卡滯的情況發(fā)生。在清灰刷架卡滯時(shí)，鋼絲繩卷筒—鋼絲繩系統(tǒng)沒有及時(shí)得到反饋，電機(jī)繼續(xù)工作，導(dǎo)致鋼絲繩從卷筒脫落，未正常伸展且無(wú)規(guī)律存放。工作人員發(fā)現(xiàn)問題后，立即操作電機(jī)反轉(zhuǎn)，電機(jī)帶動(dòng)鋼絲繩卷筒反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而脫落在卷筒卡槽外面的鋼絲繩很容易被高速旋轉(zhuǎn)的卷筒卡槽板割斷，導(dǎo)致清灰刷架在上行過程也不能完成清灰動(dòng)作。

該項(xiàng)目鍋爐管束積灰嚴(yán)重，換熱效率降低，甚至要多次停機(jī)檢修，增加了維修成本，此項(xiàng)目自運(yùn)行至改造前已經(jīng)更換了6臺(tái)減速機(jī)。

3 新型剛性清灰傳動(dòng)裝置

清灰刷架運(yùn)動(dòng)過程中的阻力主要有刷架與管道間的摩擦力，換熱管束變形造成的阻力以及刷架不平衡（傾斜）造成的阻力等，通過大量分析和現(xiàn)場(chǎng)研究，決定采取以下幾項(xiàng)改造措施：一是更換傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)剛性傳動(dòng)，保證刷架的平衡性和同步性；二是減去配重結(jié)構(gòu)；三是同軸傳動(dòng)輸出；四是設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)，確保整個(gè)清灰裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，減少停機(jī)檢修，重點(diǎn)是設(shè)計(jì)和確定新型剛性傳動(dòng)方案。

新型剛性清灰傳動(dòng)裝置采用齒條—齒輪嚙合傳動(dòng)作為動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，將齒條與清灰刷架固定，作為運(yùn)動(dòng)整體，齒條與齒輪嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)清灰刷架實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于傳統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在下降行程中，以刷架自身重量與配重作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，力度有限，換熱管束的積灰阻力以及管束的變形阻力造成清灰刷架下降時(shí)清灰動(dòng)作無(wú)法完成，清灰刷架無(wú)法返回。而齒條—齒輪傳動(dòng)是剛性傳動(dòng)，作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，可以保證全管束得到清掃。

該新型傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵是采用了同步升降系統(tǒng)，同步升降系統(tǒng)包括減速機(jī)、聯(lián)軸器、連接桿、齒輪—齒條裝置等，如圖2所示。新型傳動(dòng)裝置采用同軸雙向輸出式減速機(jī)作為動(dòng)力源，保證安裝在連接桿的齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與齒輪嚙合的齒條同步上行與下降，進(jìn)而保證清灰刷架與齒條固定的四個(gè)受力點(diǎn)在同一平面，確保刷架在運(yùn)行過程中的水平運(yùn)行狀態(tài)。這種剛性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠克服管道熱變形引起的阻力，從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上解決了刷架不平衡受力造成的問題。

圖2 新型同步升降系統(tǒng)

由于工業(yè)硅鍋爐進(jìn)口溫度約800℃，換熱管束在高溫下會(huì)出現(xiàn)局部變形或其他問題，造成清灰裝置運(yùn)行阻力增大，引起傳動(dòng)電機(jī)電流突然增大，損壞電機(jī)。我公司自主研發(fā)了控制程序，設(shè)定自保護(hù)電流值，如果電流增大超過設(shè)定值，清灰裝置會(huì)自動(dòng)向相反方向運(yùn)動(dòng)，控制程序彈出提示，提示操作人員盡快解決故障點(diǎn)以恢復(fù)全程運(yùn)行。在鍋爐頂部最高限位處設(shè)置了壓縮空氣閥門，用于清掃框架鋼刷上堆積的粉塵，保持鋼刷的彈性，延長(zhǎng)鋼刷的使用壽命。智能控制系統(tǒng)見圖3。

4 新型清灰裝置的改造效果

在2018年7月底，我公司對(duì)項(xiàng)目清灰裝置進(jìn)行了改造，這是在硅業(yè)余熱鍋爐中首次應(yīng)用新型剛性傳動(dòng)同步升降系統(tǒng)的智能往復(fù)式清灰機(jī)構(gòu)，經(jīng)八個(gè)多月的運(yùn)行，整體效果較好，清灰效果顯著，且未再發(fā)生過內(nèi)部刷架卡滯的情況。采用智能控制系統(tǒng)，刷架可一小時(shí)運(yùn)行一次，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。鍋爐換熱效率明顯提升，發(fā)電量也同步上升，減少了由于刷架故障造成的停窯檢修工作次數(shù)，節(jié)約了開支。經(jīng)過鋼刷清掃過的鍋爐管束如圖4所示。

圖3 智能控制系統(tǒng)

圖4 改造后鍋爐換熱管清灰后的效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

清灰刷架剛性傳動(dòng)裝置在實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用效果較好，證明該技術(shù)方案可以在該行業(yè)推廣使用。在降本增效的同時(shí)，還能充分利用熱資源，減少化石資源的消耗，降低整個(gè)行業(yè)的運(yùn)行維修費(fèi)用，在提高企業(yè)整體效益的同時(shí)，還具有廣泛的社會(huì)效益?！?/p>