新型膜片式声波吹灰器在锅炉SCR的应用

牟效民 魏 星 赵晓强

（克拉玛依石化公司热电厂，新疆 克拉玛依 834003）

热电厂4台中压自然循环锅炉在2014年检修过程中建成了配套的选择性催化还原（SCR）脱硝装置。催化剂是SCR技术的核心部分，决定了SCR的脱硝效率和使用寿命，其建设成本占脱硝工程的20%以上，运行成本占30%以上。催化剂堵灰将造成脱硝效率下降、催化剂烧结钝化，乃至失效、引风机出力增加，严重的将导致非计划停炉，影响安全生产。为了预防催化剂表面积灰，需选择合适的除灰设备。根据催化剂的性质及锅炉烟气成分，目前普遍采用的是蒸汽和声波两种吹灰技术。热电厂脱硝装置采用瑞典科康声力声波吹灰技术在预防催化剂积灰问题上取得了良好的效果。

一、积灰原因及声波吹灰器清灰原理

1.积灰原因

锅炉运行过程中，由于灰粒子的表面引力、粒子之间及粒子与炉内管壁之间的粘结力、分子附着力、静电引力以及化学亲合力等多方面的作用，在炉膛及烟道各部位的换热面上会逐渐形成积灰。当灰粒与受热面接触时，其中＜3～5μm的，因分子引力＞本身重量，可吸附于锅炉受热面上；另外烟气中的灰粒可以被感应而带有静电荷，当带电的灰粒与管壁接触时，若静电引力＞本身重力，则同样会被吸附，一般情况下，带电灰粒＜10μm时，都会被吸附，有时＜20～30μm的，也能吸附灰管壁上。

2.膜片式声波吹灰器结构及技术参数

膜片式声波吹灰器结构简单，本体不用电，体积小，重量轻，没有机械伸缩及旋转结构，多适用于电站锅炉受热面及除尘器的清灰。其结构图和安装现场如图1、2所示。相关技术参数和数据见表1。

图1 膜片式声波吹灰器结构图

图2 膜片式声波吹灰器安装完成图

3.膜片式声波吹灰器清灰原理

膜片式声波吹灰器以压缩空气作为动力源，膜片在发生器谐振腔体内振动，产生特定低频、高能量声波，通过扩声筒在被清洁设备空气中谐振传播，作用于结灰物体表面的积灰颗粒，使其产生声致疲劳而剥落，达到清除积灰的目的（图3、4）。

表1 膜片式声波吹灰器技术参数

图3 膜片式声波吹灰器工作原理图

图4 膜片式声波吹灰器的清灰原理图

在声波吹灰系统中，由声波发生器将经过过滤器净化后的压缩空气携带的能量转化为低频（75~250Hz）高强度声波（140~147dB），经二级腔放大，以一定的频率、周期传入容器，声波以直射、渗透、反射等型式叠加，形成强大的不留死角的谐振声场，循环往复地作用于积灰表面，使受热面灰尘颗粒产生振荡，破坏灰粒子和受热面的结合，使其处于松散状态，由烟气流或者重力作用将其带走，从而达到清灰效果。

二、膜片式声波吹灰器与传统蒸汽吹灰器在SCR系统中的应用比较

以#3锅炉为例，SCR反应器的尺寸为6876mm×3910mm，2层催化剂，1层备用层，共3层，每层安装2台IKT260GD/170膜片式声波吹灰器。每层催化剂高度1335mm；声波吹灰器安装位置于每一层催化剂上部，含尘量高，催化剂表面距离声波吹灰器中心500mm，对膜片式声波吹灰器与传统蒸汽吹灰器进行比较，分析结果如表2所示。

蒸汽吹灰器耗汽量67kg/min，每层布置3台，共9台，供蒸汽压力1.04MPa，蒸汽温度182℃，电机功率1.1kW，单台运行时间10min/次，运行频率5次/天，年运行约290天，按外供1.0MPa蒸汽价格76元/t计算，年运行费用为664506元。

声波吹灰器供气压力0.6～0.8MPa，单台用气量为0.75m3/min。运行方案为：单只吹灰器吹灰周期6次/h，10min吹扫1次，一次吹扫10s，共4台运行，按工业风价格132.74元/km3计算，则每台声波吹灰器单次耗气量为2771.61元。

声波吹灰为非接触性吹灰方式，不会对设备本体造成损坏。蒸汽吹灰的压力吹扫方式会对设备造成严重磨损，锅炉车间以往曾多次出现水冷壁及过热器管束爆管事故，经过分析主要原因是蒸汽吹灰汽源压力选择不合适及吹灰器本体调整不到位导致。爆管事故导致的非计划停炉将造成严重的经济损失，对保证安全生产也是极大的安全隐患。通过比较可以看出SCR系统中膜片式声波吹灰器能够最大程度保证SCR的安全平稳运行，保证催化剂活性，保证脱硝效率。

三、膜片式声波吹灰器的实际应用效果

1.对催化剂的影响

运行1年之后热电厂委托菱日（杭州）环保设备有限公司对SCR催化剂进行了取样检测，检测结果如表3所示。

车间组织对催化剂进行检查，经过检查发现，催化剂整体完好，除了催化剂保护网上有散落块状灰外，催化剂内部无明显积灰，边缘及角落也无积灰死角，说明声波吹灰器能比较好的满足SCR内部的吹灰需求，对催化剂无副作用。

表2 膜片式声波吹灰器与传统蒸汽吹灰器应用比较

表3 试验结果总结

2.对锅炉参数的影响

查看#3锅炉SCR运行相关参数（如：反应器左右温度、压差图、压差曲线）可知SCR反应器进出口压差在150Pa左右，而且比较平稳；反应器进出口温度差在3～5℃，反应器左右侧温度基本持平，比较平稳。

四、结语

膜片式声波吹灰器为非接触型吹灰方式，不会对设备本体造成损伤，无转动机械部分，具有故障率低、清灰范围大、持续性强、无吹灰死角等优点。从实际应用效果来看，膜片式声波吹灰器较好地满足了锅炉SCR系统吹灰需求。以设计参数为基准，安装膜片式声波吹灰器后将使主汽温度提高6℃左右，排烟温度下降5℃左右，热效率提高0.29%以上，可降低发电煤耗。安装保温后，噪音≤85dB，对操作人员的健康不产生危害。且膜片式声波吹灰器的安装及运行成本远低于传统蒸汽吹灰器，可实现自动运行，能够减轻操作人员操作量。所以从安全可靠性、投资成本、运行维护成本等方面看，选择膜片式声波吹灰器对延长催化剂的使用寿命，保证脱硝系统正常运行，降低检修成本，提高锅炉热效率，保证安全生产具有积极作用。

[1]刘汉强.声波吹灰器工作原理与应用[J].技术与工程应用，2009.6.

[2]周保东.声波吹灰器和蒸汽吹灰器的经济性比较[J]，锅炉制造，2010.1.

[3]姜根山.声波除灰的能量传播优势[J].中国电力，1999.9.

[4]蔡晓军.声波吹灰器的结构与设计[J].化工设备与管道，2003.1.