脉冲吹灰器在硫铁矿制酸余热锅炉的应用

廖雪华

(贵港市建设投资发展有限公司，广西 贵港 537100)

脉冲吹灰器在硫铁矿制酸余热锅炉的应用

廖雪华

(贵港市建设投资发展有限公司，广西 贵港 537100)

硫铁矿制酸余热锅炉脉冲吹灰器，其能量以定向冲击波方式有效作用于积灰受热面，使积灰与受热表面分离、脱落，并能减少对炉墙的冲击，解决了硫铁矿制酸余热锅炉过热器与对流管束积灰问题，保证锅炉机组的良好运行，起到提高蒸汽产量，增加发电量，提高制酸产量的作用。装置还可提高余热锅炉对原料变化的适应性，可提高硫铁矿制酸企业的经济效益、环保效益，实现高中低品位硫铁矿的综合利用，对企业降低生产成本、提高经济效益和增加竞争力非常有利。

脉冲吹灰器；余热锅炉；硫铁矿制酸

广西西江化工有限责任公司年产12万t·a-1硫酸生产装置，采用两转两吸流程，原料硫铁矿在沸腾炉和空气经过焙烧生成SO2。沸腾炉产生的高温气体经余热锅炉换热生产蒸汽发电。原随机配套的是机械振动除灰装置，其振杆夹小，受热面连接炉内高温部位，经常烧坏，导致除灰效果下降，受热面积灰。随着余热锅炉运行时间增长，余热锅炉过热器与对流管束产生严重的积灰问题，余热锅炉换热效果下降，阻力增加，造成发电负荷减小，制酸产量下降。近年来，因原材料价格不断上涨，硫酸价格暴跌，企业生产成本远大于销售价格，因此，企业不得不掺烧低品位矿、高杂质矿或改烧磁硫铁矿。由于这些矿种含杂质多且高，余热锅炉过热器与对流管束的积灰问题更加严重，导致锅炉出口温度升高，硫酸生产后续工序设备工作负荷增加，工艺控制指标超标，生产不正常，严重影响了系统的运行工艺及开机率，增加了生产成本，降低了企业的经济效益。为了提高余热锅炉对焙烧低品位硫铁矿、磁硫铁矿的适应性，解决硫铁矿制酸余热锅炉过热器与对流管束的积灰问题，提高蒸汽产量，增加发电量，提高制酸产量，哈尔滨世纪电站锅炉辅机厂依据锅炉的结构情况，提出吹灰系统的设计方案，并针对本公司锅炉的具体情况进行设计、制造脉冲吹灰系统。

1 脉冲吹灰系统

热爆脉冲吹灰器简称脉冲吹灰器，又名激波吹灰器、冲击波吹灰器、爆炸波吹灰器，其基本原理是：燃料与氧化剂气体(如空气)的混合气在与烟道连通的脉冲发生器内点火爆炸，利用爆炸产生的压缩冲击波的“交变冲压吸拉效应”、“物理微爆效应”和高速脉冲射流的“吹扫效应”，吹除锅炉受热面和烟道壁面的各种积灰，兼具振动、声波、高温热解三种清灰效应。哈尔滨世纪电站锅炉辅机厂开发的适用于硫铁矿原料焙烧的燃气脉冲吹灰装置，将可燃气体(本项目采用乙炔气)与空气在特殊结构的混配点火装置中混合，在脉冲发生器内被高能点火器点燃，燃气受系统特殊结构的调制瞬间产生冲击波，冲击波以球面波的形式沿喷嘴出口法线方向传播，可使其能量有效作用于积灰受热面，减少对炉墙的冲击。脉冲喷嘴采用定向曲型设计，使冲击波导向积灰管束，可使脉冲气流准确作用于积灰部位，声能和动能对灰粒子产生冲击和加速扰动，使之与受热表面分离，从而脱落。

1.1 脉冲发生器

脉冲发生器是燃气预混合气体进行爆燃的罐体，用于组织和加速爆燃过程，建立高湍流路线，调制、发射冲击波。脉冲发生器内部为有隔板分离的罐体，且用混合气导管（火焰导管）与混配点火装置连接。脉冲喷嘴通过炉墙密封盒及其中心的穿墙管伸入炉内，脉冲发生器和锅炉的固定采取双重固定，使脉冲发生器能与炉墙整体膨胀[1]。

1.2 脉冲喷嘴

脉冲喷嘴用于控制爆燃冲击波的气流方向，是吹灰器工作的关键部件。冲击波以球面波的形式沿喷嘴出口法线方向传播，为了使其能量有效作用于积灰受热面，减少对炉墙的冲击，脉冲喷嘴采用定向曲型喷嘴，以使脉冲气流准确作用于积灰部位。

1.3 混合点火柜

混合点火柜内设置有混合阻火器、混和点火器装置、反冲装置等设施，具有分路开/闭、混合、点火、防冲击等功能。每支路设置1台混合点火装置。

1.4 控制系统结构

控制系统以西门子S7-200可编程控制器作为控制核心，设置DCS接口，吹灰程控系统的逻辑和监控功能由DCS设置，具有手动控制、自动控制、工况监控、群控、就地操作控制及远程监控等智能运行控制功能。

2 吹灰器设计方案

年产12万t·a-1硫铁矿制硫酸装置，余热锅炉型号为QCF33/940-17-3.82/450，设计蒸发量17t·h-1，过热蒸汽压力3.82MPa，过热蒸汽温度450℃，沸腾炉焙烧面积34m2。为了确保吹灰效果，保证机组的良好运行，提高蒸汽产量，增加发电量，提高制酸产量，装置配备脉冲吹灰器的型号为HDZ-325/159-16/16-ZJ，主要包括脉冲发生器16台、混合点火柜8台、电气控制柜1台。脉冲吹灰器在过热器位置布置6台吹灰器，对流管束位置共布置10台吹灰器，脉冲吹灰器及喷嘴位置、数量、规格见表1。吹灰器布置图见图1、图2。

表1 脉冲吹灰器及喷嘴位置、数量、规格

图1 吹灰器立面布置图

图2 吹灰器立面截面图

3 效果与分析

2013年8月初生产系统停机技改，2013年8～9月拆除原机械振动除灰装置，进行吹灰器设备安装，2013年10月底生产系统开机调试，2013年11月吹灰装置及整个硫酸生产系统正常运行。表2为吹灰器技改前后余热锅炉运行数据、汽轮机发电负荷对照表。

从表2可看出，技改前随着余热锅炉运行时间增长，由于锅炉过热器与对流管束产生严重的积灰，余热锅炉换热效果下降，阻力增加，锅炉出口温度不断升高，造成蒸汽产量（与给水流量对应）、发电负荷逐渐下降。生产一定周期后生产系统必须停车清理才能继续生产。余热锅炉安装脉冲吹灰器后，沸腾炉、余热锅炉工艺参数运行比较稳定，锅炉进出口阻力降相对稳定，锅炉出口温度、发电负荷变化不大，说明吹灰器较好地解决了硫铁矿制酸余热锅炉过热器与对流管束的积灰问题，保证了锅炉机组的良好运行。从2013年11月开机一直到2014年8月停机，期间余热锅炉进出口阻力降、锅炉出口温度、发电负荷相对稳定，系统没有专门停机以清理余热锅炉积灰，延长了硫酸生产系统生产周期，提高了系统开机率，蒸汽产量提高，发电量增加，制酸产量提高。

3.1 应用效果

1）余热锅炉机组工艺运行稳定，系统发电量、制酸产量提高。从2013年11月锅炉机组试运行至2014年8月生产系统停机检修，期间不用停机清理余热锅炉积灰。运行期间，由于清灰效果较好，余热锅炉进出口阻力降、锅炉出口温度、锅炉蒸发量、发电负荷相对稳定，相比机械振动除灰装置，发电负荷平均增加300～500kWh·h-1。安装脉冲吹灰器后，避免了停机清灰，增加了系统开机天数，延长了硫酸生产系统生产周期，经测算，年发电及制酸产量增加即可增产342.4万元。

表2 吹灰器技改前后余热锅炉运行数据、汽轮机发电负荷对照表

2）减少因锅炉列管与集箱连接焊缝拉裂引起锅炉漏水的现象。原随机配套的机械振动除灰装置直接安装在炉墙上，其振杆夹小，受热面连接炉内高温部位，其振杆、夹具经常烧坏，随着余热锅炉运行时间增长，积灰加剧。为了减轻积灰，锅炉操作工便加强振打，由于高温与震动应力的作用，锅炉列管与集箱连接焊缝薄弱处会发生拉裂现象，引起锅炉漏水。改装脉冲吹灰器后，脉冲发生器和锅炉之间采取双重固定，脉冲喷嘴通过炉墙密封盒及其中心的穿墙管伸入炉内，不与炉墙直接接触，运行过程中没有发生因锅炉列管与集箱连接焊缝拉裂而引起锅炉漏水的现象。

3）清灰效果好。安装脉冲吹灰器后，余热锅炉机组工艺运行稳定，锅炉停机吹冷后，打开锅炉炉门检查，发现余热锅炉过热器、对流管束间基本没有积灰及无法清理的积灰死角，可看出脉冲吹灰器设计布置比较合理，定向喷嘴产生的冲击波能传播到各个方位，脉冲气流能准确作用于各个积灰部位。且冲击波本身具有“交变冲压吸拉效应”、“物理微爆效应”和高速脉冲射流的“吹扫效应”，并兼具振动、声波、高温热解三种清灰效应，所以锅炉过热器、对流管束间基本没有积灰，死角积灰也同样因高温热解、振动、吸拉而消除。采用燃气脉冲吹灰装置后，由于清灰效果较好，不必专门停车清灰，据测算，此一项每年节约转化触媒升温电费、沸腾炉点火费用约17万元。

3.2 环境效益分析

安装吹灰器后，随着余热锅炉出口温度的降低，锅炉出口气体显热下降，净化气体时稀酸蒸发量相应减小，据测算净化岗位稀酸循环量由230m3·h-1下降至200m3·h-1，每年可减排1200m3。此外减少清理锅炉时矿尘飞扬影响环境20天。

3.3 原料硫铁矿适应性分析

近年来，由于原材料价格不断上升，硫酸价格暴跌，企业亏损严重。为了降低成本，企业实施掺烧低品位矿、高杂质矿或改烧磁硫铁矿。由于低品位硫矿、高杂质矿、磁硫铁矿来源不稳定，含杂质种类多、含量高，焙烧工况起伏很大。特别是铅锌在焙烧过程中熔点较低，易使焙烧沸腾炉产生结疤，余热锅炉过热器与对流管束产生积灰等问题。技改后，由于脉冲吹灰器有效的除灰作用，沸腾炉、余热锅炉运行的工艺参数、锅炉进出口阻力降相对比较稳定，锅炉出口温度、蒸汽产量、发电负荷变化不大。生产期间该公司原料来源、矿种、原料库存量变化很大，为达到矿渣质量要求，生产车间也经常调整各种原料矿配比，但余热锅炉进出口阻力降、锅炉出口温度、蒸汽产量、发电负荷还是相对稳定，说明该吹灰装置对原料变化的适应性很强，能有效解决原料变化引起的过热器与对流管束积灰问题，保证锅炉机组的良好运行。

4 结论

1）安装硫铁矿制酸余热锅炉脉冲吹灰器，有效解决了硫铁矿制酸余热锅炉过热器与对流管束的积灰问题，保证了锅炉机组的良好运行，延长了硫酸生产系统生产周期，提高了蒸汽产量，增加了发电量，提高了制酸产量，由此产生的经济效益、环保效益可观，对企业降低生产成本、提高经济效益和增强竞争力非常有利。

2）该脉冲吹灰器可提高硫铁矿制酸企业余热锅炉对原料变化的适应性，对硫铁矿制酸企业改变原料来源结构，实现高中低品位硫铁矿的综合利用，进而降低生产成本、提高经济效益和增强竞争力，也是非常有利的。

[1] 朱占伟，王俊，刘永干，李兵.激波吹灰器在余热锅炉中的优化运行[J].石油化工设备，2008(8)：75-77.

[2] 曹义国.并列管路共享式三管热爆脉冲吹灰器：CN,101290128A[P].2008-10-22.

[3] 李泽.燃气脉冲吹灰器的工业应用[D].大连：大连理工大学，2009.

Application of Pulse Soot Blow in Afterheat Boiler of Pyritebased Sulphuric Acid Plant

LIAO Xuehua
(Guigang Construction Investment Development Ltd., Guigang 537100, China)

B

1671-9905(2017)03-0045-04

廖雪华（1968-），男，汉族，广西贵港市人，工程师，主要从事化工生产设计、管理、产品研发工作，E-mail:Lxhxh968@163.com

2017-01-13