我国水泥工业普遍采用窑头(AQC)、窑尾(SP)余热锅炉回收余热发电,与国际先进水平相比,回收效率偏低、发电成本偏高。SP余热锅炉积灰问题为严重,对其进行吹灰并设法减少吹灰过程对锅炉管束的磨损,是提高余热回收效率进而提高发电效率、降低发电成本的重要途径。本文针对某水泥窑余热回收发电系统,以窑尾SP余热锅炉过热器为研究对象,利用数值模拟方法研究过热器内管束积灰、吹灰流场及吹灰磨损问题。通过建立积灰综合增长模型,研究烟气速度、烟尘浓度和椭圆换热管布置角θ(椭圆管长径与气流方向的锐角夹角)对积灰的影响;基于灰污增长渐进模型对模拟结果进行拟合,得到烟气速度、烟尘浓度、椭圆管布置角对积灰时间特性的影响规律。采用Tabakoff磨损模型对空气直吹方式下的SP锅炉过热器的流场和磨损进行了研究,获得了椭圆管布置角、吹灰压力、吹灰距离、吹灰喷嘴管径、吹灰位置以及吹灰喷嘴形状对吹灰和吹灰磨损的影响规律;基于最小成本法和以上研究结果分析,获得了圆管与椭圆管吹灰最佳周期。研究具体结论如下:(1)管束积灰速度随烟气速度或烟尘浓度增大而加快,积灰沉积达到稳定值的时间随烟气速度和或烟尘浓度增大而减少;积灰稳定沉积量随烟气速度增大而减少,但与烟尘浓度变化无关。椭圆管布置角θ按45°、0°、25°、65°、90°顺序依次变化时,积灰达到稳定的沉积量和时间均依次增加;圆管同不同布置角的椭圆管相比,积灰到达稳定的时间最短,但积灰稳定沉积量最大。基于以上研究结论容易得出,椭圆管防积灰效果优于圆管。椭圆管阻力损失和传热系数都随布置角θ增加而增大;布置角为65°时的阻力与圆管相当,布置角为45°时,传热系数与圆管相当。(2)椭圆管布置角θ为0°和25°的吹灰效果明显好于圆管,45°时与圆管相比,其在不同管排的吹灰效果各有优势,65°和90°吹灰效果弱于圆管。椭圆管吹灰最大磨损量随布置角增加而降低,布置角为45°时,其最大磨损量略大于圆管最大磨损量。吹灰效果、过热器管束最大磨损量和管束平均磨损量均随吹灰压力、吹灰管径的增大及吹灰距离的减少而增加;保持吹灰喷嘴面积不变,就三角形、矩形、圆形、椭圆形(长、短径比为2:1、3:1、4:1)喷嘴而言,除矩形外,喷嘴横向距离越长,吹灰效果更佳;矩形喷嘴的吹灰效果好于圆形,最大磨损量稍高于圆形喷嘴;三角形喷嘴的整体磨损量最低,椭圆形喷嘴的最大磨损量和平均磨损量都最高。