声波吹灰技术在630MW机组脱硝上的应用

2014-09-07冯景

中国环保产业 2014年4期

冯景

（大唐华银攸县能源有限公司，湖南株洲 412307）

目前常见的SCR脱硝吹灰技术有蒸气和声波吹灰两种形式，但由于蒸气吹灰技术存在一些不足，如：蒸气吹灰器结构复杂，在烟道内容易受热不均匀而产生机械形变或者疲劳损伤，提高了故障出现率，使得维护和检修量增大；蒸气吹灰靠射流吹灰，以至于介质吹扫面积受到一定限制；吹灰间隔长，使得积灰面长期积灰过多，增加吹灰难度；蒸气损耗量大，运行成本高并且压力过高，会使催化剂的磨损加快，而压力太低时，吹灰效果又不好；蒸气吹灰有时会增加烟气湿度，长期运行对催化剂损害大，有发生腐蚀和堵塞的情况[1]。而声波吹灰器可以弥补这些不足，例如：结构简单且运行可靠；启停和控制方便，运行安全，维护工作量少，费用低；声波可以贯穿和清洁蒸气吹灰清理不到的位置并且能够保持催化剂的连续清洁，最好、最大限度地利用催化剂对脱硝反应的催化活性；声波吹灰属于非接触方式，对催化剂没有磨损，可延长其使用寿命，降低SCR的维护成本[2]。

1 声波吹灰的原理、分类和优越性

1.1 工作原理

声波吹灰器包括吹灰气源、电子控制装置和声波发生装置。其工作原理为：经过过滤器净化后的空气，在电磁阀的控制下通过声波发生器将压缩空气的能量向外传递，声波经过声波导管经辐射喇叭的放大后以一定的周期和频率传入容器内，声波在内部传播，以直射、反射、绕射和渗透等形式叠加形成一个没有死角的强大谐振声场，循环往复地作用在容器内部的积灰上，周而复始地对积灰施以压、拉等作用力，对灰粒之间和容器壁之间的结合力起到破坏和衰减的作用。从微观分析，积灰是由于大量细微灰粒的表面张力、管壁之间及其粒子之间的分子附着力、黏滞力、化学亲和力以及静电吸引力等多方面的作用下在容器表面上的积聚，而声波的作用就是提高空气分子的震动，使空气分子密布在整个容器内，使得积灰粒子的周围密布着亿万个空气分子，当这些分子都以相同的频率和强度往复振动时，其作用力就不可忽视。声波在容器内部连续工作，灰粒与容器壁之间的结合力降低到一定程度后，最终使得积灰颗粒疏松，从容器壁脱离后被气流冲刷带走，从而达到吹灰的目的[3]。

1.2 分类

目前，声波吹灰器根据其发声机理分为旋笛式吹灰器、膜片式吹灰器等。

1.3 优越性

声波吹灰器是气动清灰装置，可产生低频或高频、高能声波。声波吹灰器释放声波，产生振动，使堆积在催化剂表面的粉尘松脱，气流就可将粉尘带走。声波吹灰器所产生的声频远高于设备结构的共振频率，也不会损害催化剂，可以长期连续不间断开启运行，使催化剂免于淤塞。相对于几小时1次的蒸气吹灰，可使SCR的烟气阻力和灰量处于稳定的低水平。

2 声波吹灰在脱硝项目中的应用

2.1 安装概况

以攸县电厂为例。攸县电厂采用东锅“W”型DG1900/25.4-Ⅱ6超临界火焰锅炉，燃烧基灰分高达33.5%的劣质无烟煤（设计煤种），SCR反应器入口烟尘浓度为41.86g/Nm3，2台锅炉分别配置2套SCR反应器（结构尺寸16,000mm×11,500mm），每套反应器可安装3层催化剂（2层使用1层备用），每层安装5台声波吹灰器，共配备30台吹灰器。其布置方式如图1（a）、（b）。

吹灰器通过直径400mm大小的开口被均匀地安放在催化剂层上方大约400mm处，喇叭露出机组墙面约1300mm。在机组的内部和外部都不需要增加钢结构进行支撑。声波吹灰器的供气管道系统也很简单，1根作为主要气体供应管的50mm压缩空气管安放在反应器的一端，另外每层催化剂都配有1根φ25mm压缩空气管横跨整排安装好的声波吹灰器，压缩空气通过主供应管道流入。每个声波吹灰器都由1个φ19mm的“T”型连接器与25mm的管道相接。发声头通过软管与1个19mm的电磁阀相连，再把电磁阀连接到一个定时器上就安装完成了[4]。

图1 吹灰器布置图

2.2 技术参数

该系统的吹灰器采用GE的DC-75型，如图2所示。

图2 DC-75型吹灰器外观图

从图2中可以看出，声波吹灰器分为4部分：A、B部分为铸铁，C部分为不锈钢，发声头为碳钢，发生头内部金属膜片为钛金属。其中C部分为深入到SCR中接触烟气的部分，其余部分安装在SCR外部，并涂有防锈漆。钛金属膜片是声波吹灰器的唯一活动部件。该膜片安装于声波吹灰器的发生头内，膜片双面都压制抛光使其厚度均匀一致。该膜片制作工艺的独到性保证了膜片寿命长久。其技术参数如表1。

表1 吹灰器技术参数表

2.3 DCS控制

从操作简便性及节约的角度出发，考虑到电厂机组有DCS系统，因此可将声波吹灰系统相关信号直接连到DCS系统上。DCS系统为每2台声波吹灰器提供一路DO信号输出，对声波吹灰器配备的电磁阀进行控制，只需控制电磁阀的开闭即可，电磁阀无须向DCS系统提供反馈信号。声波吹灰器每10min喷吹10s，每层2台同时喷吹，每2台一组，喷吹10s后，间隔40s，下一组再开始喷吹[5]。

3 声波吹灰与蒸气吹灰系统的比较分析

以该SCR项目为例，对SCR吹灰与蒸气吹灰系统进行设备组成、布置方式、运行频率、设备寿命的分析比较，见表2。

表2 SCR吹灰与蒸气吹灰系统分析比较

对该项目中SCR系统的声波吹灰和蒸气吹灰的运行成本进行计算：每层催化剂安装5台声波吹灰器，要求提供压缩空气的供气压力大于0.62MPa，含油含水量小于3%，压缩空气保持干燥。将声波吹灰系统相关信号直接连到电厂DCS系统，每2台声波吹灰器有1路DO信号输出，对声波吹灰器配备的电磁阀进行控制，只需控制电磁阀的开关即可，电磁阀无须向DCS系统提供反馈信号。运行方案为：声波吹灰器每10min喷吹10s，每层2台声波吹灰器同时喷吹，每2台为1组，喷吹10s后，间隔40s，下一组开始喷吹。喷吹1次最大耗气量3.04Nm3，每小时耗气量218.88Nm3。按1年运行7000h计算，年运行耗气量153.2万Nm3，电厂杂用压缩空气气价0.07元/Nm3，年运行费用10.7万元[6]。

蒸气吹灰器设计每层安装4台，共32台，耗气量73kg/min，蒸气温度350℃，蒸气压力1.0M～1.5MPa，电机功率1.1kW，工作时间10min/次，每天3次，年运行290天（约7000h），按蒸气成本140元/t计算，年运行费为284.5万元。