吹灰器 在SCR脫硝系統(tǒng)中的選用

呂宏俊，劉浩波，張澤玉，連長(zhǎng)康，蘇錦燕

（1.深圳市格瑞斯達(dá)科技有限公司，深圳 518067；2.宇星科技發(fā)展（深圳）有限公司，深圳 518057）

吹灰器 在SCR脫硝系統(tǒng)中的選用

呂宏俊1，劉浩波2，張澤玉1，連長(zhǎng)康2，蘇錦燕2

（1.深圳市格瑞斯達(dá)科技有限公司，深圳 518067；2.宇星科技發(fā)展（深圳）有限公司，深圳 518057）

介紹了SCR脫硝系統(tǒng)的積灰機(jī)理以及積灰對(duì)催化劑的危害，對(duì)比分析了蒸氣吹灰器和聲波吹灰器在SCR脫硝系統(tǒng)中的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)特性。實(shí)踐表明，在安全性、可靠性以及吹灰效果上，聲波吹灰器可完全滿足SCR脫硝系統(tǒng)對(duì)吹灰的要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，購(gòu)置費(fèi)用、安裝費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用都低于蒸氣吹灰器，是SCR脫硝系統(tǒng)最適合的吹灰方式。

SCR；脫硝；蒸氣吹灰器；聲波吹灰器；選用

在眾多的脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原（SCR）脫硝具有技術(shù)最成熟[1]、脫硝效率最高（可達(dá)到90%以上）[2]、運(yùn)行可靠、NOx排放濃度低（可降低到100mg/Nm3以下）等優(yōu)點(diǎn)，在300MW及以上燃煤機(jī)組上得到了最為廣泛的應(yīng)用[3、4]。SCR反應(yīng)器通常布置在省煤器和空預(yù)器之間，屬于高灰布置方式[5]。我國(guó)燃煤電廠排放的煙氣中灰分含量普遍較高，使進(jìn)入SCR脫硝系統(tǒng)的煙氣含灰量高，容易形成積灰；由于此時(shí)SCR反應(yīng)器內(nèi)的溫度一般為280℃～420℃，堿金屬鹽蒸氣的凝結(jié)已經(jīng)結(jié)束，不會(huì)形成堅(jiān)實(shí)的沉積層，而是松散的積灰，積灰會(huì)在催化劑表面搭橋堵塞，減小了催化劑的有效面積；催化劑活性位還會(huì)吸收灰分中的化學(xué)成分，影響催化劑活性和壽命。因此，清除催化劑表面的積灰、保證催化劑的活性和使用壽命是SCR脫硝系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。為了預(yù)防和清除堆積在催化劑表面的積灰，解決由于粉塵顆粒物堵塞氣流通道而造成的壓力降增大問(wèn)題，一般在SCR反應(yīng)器承載的催化劑的上方安裝有吹灰裝置，使SCR反應(yīng)器的壓降保持在較低的水平。

1 吹灰器的應(yīng)用

目前應(yīng)用于SCR脫硝系統(tǒng)的催化劑主要有蜂窩式、平板式和波紋板式三種形式，通常采用混合法和浸漬法制備；由于蜂窩式催化劑在同等體積下往往具有更大的比表面積，即達(dá)到相同脫硝效率時(shí)的所需體積更小，有利于降低投資成本，因此蜂窩式催化劑在SCR脫硝技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛。燃煤機(jī)組的SCR脫硝改造普遍面臨著催化劑吹灰器的選擇難題，在吹灰器的選擇上，除了要考慮吹灰效果外，還要考慮對(duì)催化劑的磨損影響。目前SCR脫硝系統(tǒng)上普遍應(yīng)用的催化劑吹灰裝置有蒸氣吹灰器和聲波吹灰器兩種形式，根據(jù)煙氣成分、粉塵濃度、積灰部位、積灰程度、黏污特性以及吹灰器的性能特點(diǎn)、清灰效果等因素，選擇清灰效率高、效果好的吹灰器，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益并使安全性達(dá)到最大化。

1.1 蒸氣吹灰器的應(yīng)用

蒸氣吹灰器為傳統(tǒng)吹灰器，由于其安全、可靠，在我國(guó)工業(yè)鍋爐和電站鍋爐上得到廣泛應(yīng)用，其工作原理是將適當(dāng)干度和壓力的蒸氣從吹灰器噴口高速噴出，吹掃積灰沉積面來(lái)清除催化劑上的積灰，蒸氣壓力決定了吹灰的有效性。SCR脫硝工程常用可伸縮的耙式蒸氣吹灰器來(lái)清除催化劑表面的積灰，吹灰介質(zhì)為高壓蒸氣，氣源參數(shù)一般為0.8M～3.5MPa、300℃～350℃。其結(jié)構(gòu)為在母管上每距3m左右（一個(gè)行程）開(kāi)一個(gè)支管，支管上開(kāi)有距離150mm左右的噴射孔；過(guò)熱蒸氣自噴射孔沿?zé)煔饬鲃?dòng)的方向吹掃催化劑表面的積灰，吹灰器移動(dòng)一個(gè)行程后蒸氣吹掃就覆蓋了SCR反應(yīng)器內(nèi)的整個(gè)催化劑表面。對(duì)于耙式蒸氣吹灰器，根據(jù)催化劑的類型，確定催化劑所能承受的最大表面吹掃壓力，以便調(diào)節(jié)吹灰器的閥后壓力，使之更有效地進(jìn)行吹掃。圖1為耙式蒸氣吹灰器安裝示意圖。

圖1 耙式蒸氣吹灰器安裝示意圖

一般每層催化劑模塊的上方都需設(shè)置蒸氣吹灰器，各層吹灰器的吹掃時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，每個(gè)吹灰器一個(gè)行程的吹掃時(shí)間為5～10min，根據(jù)SCR反應(yīng)器的大小，通常每班吹灰一次，也可視實(shí)際情況（如壓差變化）來(lái)增加或減少吹掃次數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)200MW燃煤機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)，根據(jù)布置的蒸氣噴嘴的數(shù)量，蒸氣消耗量一般為4500～6500m3/h。耙式蒸氣吹灰器的清灰強(qiáng)度大，對(duì)結(jié)渣性較強(qiáng)、熔點(diǎn)較低、黏度較大的積灰清除效果明顯，對(duì)于催化劑表面已形成的松散型積灰清除效果良好，也被廣泛用于其它工業(yè)脫硝，如熱電廠、玻璃廠和化工廠等。

1.2 聲波吹灰器的應(yīng)用

聲波吹灰技術(shù)是清灰領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。膜片式聲波吹灰器的工作頻率在20Hz左右，工作原理是以0.5M～0.7MPa的壓縮空氣為動(dòng)力源，用自激振蕩和諧振的方法把壓縮空氣轉(zhuǎn)變成低頻聲能，發(fā)出低頻、高能的聲波，通過(guò)擴(kuò)聲筒放大，由空氣介質(zhì)把聲能傳遞到相應(yīng)的積灰點(diǎn)，直接作用于灰塵顆粒上，達(dá)到有效清灰、清堵的目的[6]。聲波吹灰器的安裝示意圖如圖2。

圖2 聲波吹灰器安裝示意圖

每層催化劑模塊的上方都需設(shè)置聲波吹灰器，以盡可能地將催化劑吹掃干凈，防止煙氣中的飛灰在催化劑上沉積、堵塞催化劑孔道而造成催化劑脫硝效率的下降。第一層吹灰器采用傾斜安裝，主要是考慮偏轉(zhuǎn)聲波的指向性，使更多的聲波能量作用于積灰面，角度的選擇在于作用范圍與指向性以及聲波反射間的平衡；其他層吹灰器采用水平布置，主要是考慮兩層之間的間距較小，聲波可以在此空間內(nèi)多次反射，形成良好的聲場(chǎng)，有效地利用聲能，除了可吹掃下層的催化劑，還可對(duì)上次催化劑的底部進(jìn)行吹掃。聲波吹灰器安裝實(shí)物圖如圖3。

圖3 聲波吹灰器安裝實(shí)物圖

2 吹灰器的選用分析

在SCR脫硝工程中，綜合考慮積灰部位、積灰程度以及吹灰器的性能特點(diǎn)、清灰效果等因素，最終選用吹掃效率高、吹掃效果好的吹灰器，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。蒸氣吹灰器使用蒸氣作為吹灰介質(zhì)直接吹掃，清灰強(qiáng)度大，能夠清除黏結(jié)強(qiáng)度較大的積灰；但由于催化劑的特殊結(jié)構(gòu)，通道微小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則、蒸氣介質(zhì)充滿度較低，存有吹灰死角，因而對(duì)于催化劑內(nèi)部積灰以及SCR反應(yīng)器邊緣積灰的處理效果減弱。而且由于SCR反應(yīng)器中的導(dǎo)流板很難完全使煙氣流垂直于催化劑表面，蒸氣對(duì)催化劑表面的沖刷不可避免，會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使催化劑失效，甚至?xí)l(fā)生腐蝕和堵塞。同時(shí)，由于煙道尾部空預(yù)器溫度低，前端蒸氣吹灰器的使用增加了煙氣的含水量，使得煙道尾部的空預(yù)器以及除塵器積灰性狀發(fā)生改變，容易導(dǎo)致積灰板結(jié)。DUKE能源公司1×1018MW燃煤機(jī)組配套的SCR脫硝系統(tǒng)初始采用耙式蒸氣吹灰器，運(yùn)行1年多后因積灰問(wèn)題而改為聲波吹灰器[7]。

聲波吹灰器是利用聲能清灰，清灰強(qiáng)度較小，因此無(wú)法清除黏結(jié)強(qiáng)度較大的積灰。但SCR反應(yīng)器中形成的積灰一般比較松散，黏結(jié)強(qiáng)度不大，聲波吹灰器的吹灰強(qiáng)度足夠保持催化劑清潔。而且，聲波吹灰器的能量傳播方式、清灰的有效范圍與蒸氣吹灰器不同。聲波吹灰是利用其它分子振動(dòng)位相或振動(dòng)狀態(tài)的傳播來(lái)傳遞能量，氣體分子本身除在其各自平衡位置附近做彈性振動(dòng)外沒(méi)有定向移動(dòng)，能量的消耗幾乎為零，所以作用范圍較大[8]。同時(shí)，由于聲波的反射、投射和衍射等特性，不管聲波發(fā)生器安裝的位置和方向如何，聲波均能進(jìn)入催化劑的微通道內(nèi)，有效地阻止灰塵顆粒的沉積，清灰不留死角[9]。另外，聲波吹灰器沒(méi)有引入其它吹灰介質(zhì)，不會(huì)對(duì)催化劑表面產(chǎn)生磨損、腐蝕、堵塞等副作用，有利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽命；而且聲波吹灰器不額外增加煙氣濕度，減少了催化劑內(nèi)部積灰、板結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。

蒸氣吹灰器和聲波吹灰器的性能對(duì)比見(jiàn)下表。

蒸氣吹灰器和聲波吹灰器的性能對(duì)比表

由上表可看出，聲波吹灰器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，其購(gòu)置費(fèi)用、安裝費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用都低于蒸氣吹灰器，對(duì)燃煤電廠原有的蒸氣供給系統(tǒng)也沒(méi)有影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)[7]，從1999年以來(lái)，美國(guó)新建的96個(gè)SCR脫硝項(xiàng)目中，67個(gè)項(xiàng)目采用聲波吹灰、29個(gè)項(xiàng)目采用蒸氣吹灰；截止到2004年，這96個(gè)SCR脫硝項(xiàng)目只有2個(gè)電廠還在繼續(xù)使用蒸氣清灰，其他都已改為聲波吹灰。國(guó)內(nèi)江蘇國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限責(zé)任公司2×600MW機(jī)組煙氣脫硝工程、江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司4×660MW煙氣脫硝改造工程、浙江大唐烏沙山發(fā)電有限公司4×600MW煙氣脫硝改造工程等采用聲波吹灰器來(lái)清除催化劑表面的積灰，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行檢驗(yàn)，催化劑沒(méi)有發(fā)生積灰板結(jié)，可完全滿足SCR脫硝系統(tǒng)催化劑的吹灰需要。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）聲波吹灰器是預(yù)防性的吹灰方式，能夠保證SCR反應(yīng)器內(nèi)催化劑的連續(xù)清潔，可以最大限度、最好地保持催化活性。

（2）與傳統(tǒng)蒸氣吹灰器的性能相比，聲波吹灰器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，沒(méi)有介質(zhì)沖刷接觸面，運(yùn)行安全可靠。

（3）聲波吹灰器沒(méi)有引入其它吹灰介質(zhì)，不會(huì)對(duì)催化劑表面產(chǎn)生磨損、腐蝕、堵塞等，對(duì)各種脫硝催化劑無(wú)毒副作用，有利于延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，是保證催化劑活性使用壽命的關(guān)鍵設(shè)備。

實(shí)踐證明，無(wú)論從安全性、可靠性的角度，還是從節(jié)能、設(shè)備投資成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本等方面考慮，聲波吹灰都是非常適合SCR脫硝系統(tǒng)的吹灰技術(shù)。

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X701

A

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