王國珍

（江西銅業(yè)集團有限公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

1 引言

地冶余熱鍋爐的主要作用是對閃速熔煉產(chǎn)生的高溫、高含塵煙氣進行降溫和初步收塵，生產(chǎn)的蒸汽送動力透平發(fā)電。由于閃速熔煉煙氣中含塵高達200mg/NM3，一部分煙塵在余熱鍋爐內(nèi)冷卻凝固沉降下來；另一部粘結(jié)在鍋爐受熱面上。若不及時清除掉，則會導致鍋爐換熱效率下降［1,2］。進而降低蒸汽產(chǎn)量，嚴重時引起鍋爐水冷壁受熱不均衡，造成鍋爐爆管。另一方面造成鍋爐出口煙氣溫度升高，不利于后續(xù)電收塵的運行。故防止和降低鍋爐受熱面積灰，對余熱鍋爐的安全運行及提高經(jīng)濟效益有重要意義。

2 余熱鍋爐積灰分析

2.1 積灰分類

根據(jù)煙氣溫度的高低，余熱鍋爐積灰一般可分為高溫區(qū)積灰、低溫區(qū)積灰和過渡溫區(qū)積灰［3］。所謂過渡溫區(qū)積灰，就是高、低溫區(qū)之間的積灰。

根據(jù)積灰的特性，余熱鍋爐的積灰一般可分為粘結(jié)性積灰、混合性積灰、粘附性積灰。

（1）粘結(jié)性積灰，是指煙塵大部分呈熔融或半融熔狀態(tài)下形成的積灰。這種煙塵附著在鍋爐受熱面上，經(jīng)水冷壁管冷卻后變得松脆。若及時吹灰或者機械振打則可較好清除，但是如果清理不及時積灰超過一定厚度，其外表將結(jié)焦成一層硬殼。形成積灰的核心并使積灰迅速增長，此時再想清除比較困難。

（2）混合性積灰，是指煙塵中大部分為固體顆粒，而尚有一部分呈熔融或半熔融狀態(tài)下所形成的積灰。其中大顆粒的煙塵外表面常常是一層薄的硬殼，而中間仍是半熔融狀態(tài)。這種積灰附著在鍋爐受熱面上，時間短可以利用機械方法清除，但積灰達到一定厚度，其外表面也會形成堅硬焦殼，并越積越厚，當然其形成速度較高溫區(qū)略慢。故必須在前期及時清理，否則形成煙塵大塊難于清除。

（3）粘附性積灰，是指煙塵在凝固點以下的積灰，也就是呈固體顆粒的積灰。這種積灰往往隨著固體顆粒的性質(zhì)及其成分的不同而有著很大的差異。在鍋爐對流區(qū)受熱面上積灰的表現(xiàn)也有所不同，一般可分為松散性的積灰和粘附性的積灰，這種積灰如果長時間不能得到有效清除，則會造成對流管束肥大，嚴重時積灰會包裹整個管束，造成煙氣短路。

以上積灰的劃分是由煙塵的熔點、軟化點和凝固點決定的。進入鍋爐的煙塵性質(zhì)不同積灰的情況也不一樣。

2.2 積灰成分

積灰成分與流經(jīng)煙氣的溫度有密切的關(guān)系。通常難熔元素及其化合物，如鐵、銅、硅、金、銀、鎳等，在高溫區(qū)即凝固并大量沉積下來，在低溫區(qū)則明顯減少。反之，易熔元素及其化合物，如鉛、鋅、錫、銻、砷、銦、鎘等，在高溫區(qū)主要呈揮發(fā)性氣體狀態(tài)難于捕集，到低溫區(qū)才逐步凝固下來。煙氣中各元素及其化合物的熔點和氣化點是決定其在某溫區(qū)沉積的重要因素。

2.3 積灰的分布

余熱鍋爐的積灰分布情況主要與進入鍋爐的煙氣溫度及氣流分布有關(guān)［4-6］。

（1）高溫區(qū)，即煙氣擋板之前，特別是輻射區(qū)入口部和煙氣擋板容易粘結(jié)熔融狀煙塵，一旦形成煙塵大塊，質(zhì)地就比較堅硬，清除比較困難，而且對下部水冷壁管造成威脅；

（2）過渡溫區(qū)，主要是煙氣擋板以后至對流部入口，該段煙塵顆粒相比高溫區(qū)較細，也具有一定的粘結(jié)性，主要聚集在輻射管屏和對流部入口拐角處；

（3）低溫區(qū)，主要是指對流部，該溫度區(qū)煙塵較細，呈粉末狀，粘附性較強，一般會積聚在對流區(qū)管屏管束和出口煙管的底部。

3 積灰的防止與處理

3.1 穩(wěn)定閃速爐爐況

余熱鍋爐的積灰與閃速爐爐況的好壞有密切關(guān)系，閃速爐爐況不穩(wěn)定，精礦反應不完全，進入煙氣的煙塵量就會大大增加［7］，而且不完全反應的精礦粒子在閃速爐鍋爐內(nèi)出現(xiàn)二次反應，造成鍋爐局部溫度偏高，熔融狀煙塵粘結(jié)在水冷壁管上很難清除，鍋爐入口的通煙截面積也會加速縮小，造成鍋爐內(nèi)煙氣偏流。故控制較好的閃速爐爐況，對防止鍋爐積灰至關(guān)重要。

（1）提高配料信息的準確性和及時性。加強與生產(chǎn)部、備料車間的聯(lián)絡溝通，及時掌握精礦成分信息，及時調(diào)整工藝參數(shù)的控制；

（2）定期校驗皮帶秤，確保配入的各種精礦比例準確；

（3）穩(wěn)定干礦回旋篩的運行，降低混合干礦內(nèi)大顆粒物料的比例；

（4）提高失重給料精度，降低加料螺旋給料波動；

3.2 結(jié)構(gòu)形式的改進

經(jīng)過多年的摸索與改進，在積灰的防治方面余熱鍋爐已經(jīng)形成了基本固定的結(jié)構(gòu)型式：

（1）采取較大的輻射室空腔，使煙塵盡可能在輻射區(qū)冷卻沉降；

（2）在輻射區(qū)前部高溫區(qū)采用Ω 管水冷壁結(jié)構(gòu)，降低煙塵在壁管上的粘附性；

（3）在輻射部入口安裝鹽化風噴嘴，通過鹽化風使熔融狀粘結(jié)性煙塵生成非粘結(jié)性的硫酸鹽沉降下來；

（4）在輻射部安裝煙氣擋板，提高煙氣在輻射部的充滿度，同時改變煙氣路線，延長煙氣在輻射區(qū)的停留時間；

（5）在輻射部尾部安裝輻射管屏，均勻進入對流部的煙氣流及降低對流部煙氣溫度。

以上結(jié)構(gòu)型式在閃速爐余熱鍋爐輻射部應用以來，其煙灰粘結(jié)現(xiàn)象得到了大幅改善，提高了輻射部的換熱效率，降低了進入對流部的煙氣溫度和煙氣含塵濃度,從而避免了對流部煙灰堆積和燒結(jié)的問題。

3.3 除灰系統(tǒng)的改進

閃速爐余熱鍋爐之前的除灰系統(tǒng)主要是由長套管式吹灰器和彈簧錘振打組成，由于長套管式吹灰器故障率較高，不利于鍋爐的安全運行，且運行時有煙氣外泄，對環(huán)境造成污染，故長套管式吹灰器目前已經(jīng)全部取消，相應位置由彈簧錘振打替代，同時做了相應的改進，并在對流部引進了燃氣脈沖除塵裝置，改善了鍋爐的除灰效果。

3.3.1 彈簧錘振打的改進

彈簧錘振打主要由主機、彈性振打桿、振打梁組成。振打梁焊接在水冷壁管上，主機通過舉錘和落錘裝置帶動振打錘反復擊打彈性振打桿形成振動波，通過振打梁傳導至水冷壁上進行除灰。但是由于彈簧錘振打的除灰半徑只有1.5m 左右，為了提高除灰面積，增加了彈簧錘數(shù)量和運行頻率，這樣就造成了振打梁疲勞開裂，嚴重時還會拉傷水冷壁管，導致鍋爐漏水。為了防止振打梁開裂，同時提高除灰效率，對彈簧錘振打進行了改進。

（1）根據(jù)積灰分布對彈簧錘振打進行重新組對。通過修改PLC 控制程序，把運行頻率相近的彈簧錘振打編制在一起，目前閃速爐余熱鍋爐的彈簧錘振打共劃分成兩部分，一部分是輻射區(qū)振打共有5 組，另一部分為對流區(qū)振打共有8 組，并可以根據(jù)鍋爐運行工況在中央儀表室任意選擇一組或者幾組振打運行，運行時間及休止時間均可根據(jù)工況需要調(diào)整。

（2）通過在振打梁上安裝彈簧壓扣組件，防止振打梁開裂，同時提高振打的除灰面積。

彈簧壓扣組件是由壓板、固定螺栓、彈簧碟片組成，如圖1 所示。在振打梁上下兩側(cè)，并以彈簧錘振打點為中心，各安裝兩組彈簧壓扣組件，每組間隔1m，如圖2 所示。彈簧壓扣組件應用后不但解決了振打梁開裂的問題，振打的除灰面積也擴大了2 倍以上，相應的降低彈簧錘振打的運行頻率，減少了部分彈簧錘振打。

（3）定期檢查更換彈簧碟片。振打桿上的彈簧碟片是形成除灰振動波的主要部件，如果疲勞失效，彈簧錘振打不但不能達到除灰效果，而且還會對鍋爐水冷壁造成損害。通過對彈簧碟片疲勞周期及實際使用情況的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)高頻率振打（輻射區(qū)）的碟片疲勞周期在6 個月左右，低頻率振打（對流區(qū)）的碟片疲勞周期在12 個月左右，故規(guī)定在疲勞周期內(nèi)彈簧錘振打的彈簧碟片必須進行全部更換。

圖1 單個彈簧壓扣示意圖

圖2 單臺振打彈簧壓扣布置圖

3.3.2 燃氣脈沖除塵裝置的應用

彈簧錘振打?qū)λ浔诿娴某倚Ч^好，但是在對流管束上的除灰效果則明顯變差。由于對流管束較長且排列密集，為了確保密封效果，外部又有固定密封板包裹振打桿，所以彈簧錘振打很難把管束上的積灰清除干凈，時間一長造成管束積灰肥大，致使換熱效果下降。為此，2015 年引進了燃氣脈沖除塵裝置。

（1）燃氣脈沖除塵技術(shù)的原理。燃氣脈沖除灰技術(shù)是將乙炔和空氣以一定的比例在脈沖發(fā)生器內(nèi)混合，爆燃后生成一定強度的脈沖波，反復作用于積灰表面上，從而將積灰或灰垢擊落。脈沖發(fā)生器內(nèi)部設(shè)置了“阿基米德螺線”障礙物，可以最大限度地破壞火焰陣面，提高沖擊波出口速度（1600m/s 左右），除灰能力得以改善。

（2）燃氣脈沖除塵裝置的改進。燃氣脈沖發(fā)生器安裝之前為直線排列，對管束四個角的積灰清除不徹底，后改為錯位排列，使除灰不留死角，如圖3 所示。

圖3 脈沖發(fā)生器排列圖

（3）運行模式的優(yōu)化。根據(jù)鍋爐系統(tǒng)工況，對燃氣脈沖除塵的運行程序進行了優(yōu)化，以鍋爐出口溫度為基準設(shè)置三種運行模式：全部運行、單數(shù)運行、雙數(shù)運行，運行間隔時間及循環(huán)運行時間可調(diào)，中央控制室可以根據(jù)鍋爐溫度的變化選擇任意一種運行模式自動投入運行。

燃氣脈沖除塵裝置應用于鍋爐對流部以來，除塵效果改善，設(shè)備運行平穩(wěn)，故障率幾乎為零，因此停運管束部分彈簧錘振打，剩余振打的運行頻率也縮短一半，這在很大程度上降低了彈簧錘振打?qū)﹀仩t密封板的損害，保證了鍋爐的密封效果。

4 效果分析

近幾年通過對余熱鍋爐系統(tǒng)的不斷改進，鍋爐在積灰的防止和處理方面有了很大的進步，特別是2015 年后對除灰系統(tǒng)的升級改造，降低了鍋爐受熱面的煙灰粘結(jié)，提高了鍋爐的換熱效果，具體見表1 所示。

表1 近年鍋爐出口煙氣溫度及蒸汽量統(tǒng)計

5 結(jié)束語

隨著閃速爐入爐原料的復雜化，余熱鍋爐在積灰防止和處理方面應不斷改進，以適應新形勢發(fā)展的需要，同時應大膽嘗試，利用新技術(shù)、新裝備不斷完善余熱鍋爐除灰系統(tǒng)，提高鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。