聲波吹灰技術(shù)在SCR中的應(yīng)用研究

李冰浪+朱志輝

摘 要 本文通過(guò)搜集數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了聲波吹灰器的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及吹灰器的結(jié)構(gòu)和安裝，不管是從節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性方面考慮，還是從運(yùn)行的安全性和可靠性角度講，聲波吹灰都要比蒸汽吹灰更具有優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞 聲波吹灰器；選擇性催化還原反應(yīng)系統(tǒng)；可視化分析

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0285-02

目前脫硝技術(shù)較多，其中選擇性催化還原脫硝法（Selective Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱SCR）是應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)也最為成熟[ 1 ]。SCR系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)鍋爐效率影響較小、對(duì)硝的脫出效率很高，已在火電廠得到了大量的應(yīng)用[ 2 ]。火電廠煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含有大量的灰塵，當(dāng)煙氣進(jìn)入SCR系統(tǒng)后，會(huì)降低催化劑的活性，同時(shí)使催化劑的壽命縮短[3]。為了減少和防止催化劑表面產(chǎn)生大量灰塵覆蓋，有必要采用吹灰器對(duì)催化劑表明進(jìn)行吹灰處理。本文針對(duì)聲波吹灰器的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及吹灰器的結(jié)構(gòu)和安裝等進(jìn)行了闡述。

1 聲波吹灰技術(shù)介紹

1.1 聲波吹灰器的工作原理

聲波吹灰器的工作原理為：動(dòng)力源采用壓縮空氣，將空氣經(jīng)過(guò)凈化后導(dǎo)入電子控制器，電子控制器作用一是提供能量以使聲波產(chǎn)生，二是對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)控，以對(duì)吹灰器的工作周期進(jìn)行控制；壓縮空氣最終通入聲波發(fā)生器，壓縮空氣沖擊金屬膜片而使之發(fā)生震動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生聲波。聲波通過(guò)擴(kuò)音喇叭或者輸音管進(jìn)入到反應(yīng)器內(nèi)，聲波在反應(yīng)器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的折射、繞射、反射以及滲透等，使整個(gè)音場(chǎng)產(chǎn)生了共鳴，最終聲波能擴(kuò)散到整個(gè)SCR系統(tǒng)。聲波在空氣中的傳播為周期性進(jìn)行，對(duì)反應(yīng)器表面的灰渣產(chǎn)生的作用力也是周期性的，對(duì)灰渣施加了循環(huán)往復(fù)的拉扯作用，這種拉扯力會(huì)有效地減弱和破壞結(jié)垢物與催化劑表面之間的作用力，從而使結(jié)垢物最終脫離催化劑表面。

1.2 聲波吹灰器的優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1 聲波吹灰器的優(yōu)點(diǎn)

過(guò)去的吹灰器是通過(guò)高速蒸汽流動(dòng)對(duì)反應(yīng)器表面進(jìn)行沖擊從而實(shí)現(xiàn)吹灰目的。蒸汽吹灰器缺點(diǎn)有很多：當(dāng)反應(yīng)表面相距蒸汽發(fā)射源特別近時(shí)，高強(qiáng)度的蒸汽流會(huì)造成受熱面變??；而距離發(fā)射面較遠(yuǎn)的受熱面或在受熱面覆蓋有阻擋物體時(shí)，由于高速蒸汽流的速度會(huì)迅速減慢，最終到達(dá)受熱面時(shí)汽流會(huì)很慢，不足以將積灰表明吹洗干凈。而聲波吹灰器則從一定程度上克服了這些確定，具有以下優(yōu)勢(shì)。

1）聲波吹灰器的有效工作范圍較大，能遍布整個(gè)反應(yīng)器角落、空間。這種除灰方式不用和反應(yīng)表面產(chǎn)生直接接觸，而是通過(guò)聲波震動(dòng)使反應(yīng)器表的灰塵脫除，聲波的頻率和聲波的強(qiáng)弱決定了除灰效果，除灰半徑與波長(zhǎng)成正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)聲波傳遞到反應(yīng)器表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的折射、反射、投射等，這有利于將聲波傳遞到整個(gè)反應(yīng)器區(qū)域。在SCR系統(tǒng)中的蜂窩狀催化劑內(nèi)部空隙較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用蒸汽吹灰時(shí)蒸汽往往不能進(jìn)入催化劑內(nèi)部，而聲波則能很輕易的進(jìn)入催化劑內(nèi)部，無(wú)論吹灰器的布置方式和發(fā)射方向如何，聲波除灰方式都能達(dá)到很好的除灰效果，進(jìn)而改善催化劑的使用效果，增加SCR系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2）聲波吹灰器的聲波能量衰減較為緩慢。采用蒸汽吹灰器時(shí)，其射流壓力的衰弱反比于射流距離的平方，射流動(dòng)能的衰弱反比于射流距離的立方；對(duì)于聲波吹灰器，聲波壓力的衰弱正比于傳送距離的一次方，聲波強(qiáng)度的衰弱反比于傳送距離的平方。顯然，和蒸汽吹灰方式相比，聲波吹灰在相同傳送距離內(nèi)的衰減要小得多，因而聲波吹灰有更遠(yuǎn)的吹灰距離，同時(shí)能量削減也更低。如果聲波發(fā)聲器采用更為合理的布置方式，會(huì)加強(qiáng)混響聲場(chǎng)，進(jìn)一步削弱聲波能量的衰減。此外，蒸汽吹灰還會(huì)對(duì)鍋爐內(nèi)煤燃燒產(chǎn)生一定的影響，使燃燒場(chǎng)發(fā)生改變而影響燃燒效率，聲波吹灰則不會(huì)產(chǎn)生這方面的問(wèn)題，空氣分子只是在做往復(fù)的振動(dòng)，而位移不會(huì)發(fā)生改變，因此只有較少的能量消耗。因此，從能量消耗和傳播距離方面考慮，聲波吹灰方式有更明顯的優(yōu)勢(shì)。

3）聲波吹灰不會(huì)產(chǎn)生副作用，對(duì)反應(yīng)器表面也不會(huì)產(chǎn)生磨損。吹灰器發(fā)出聲波的頻率在人體聽力能夠承受的范圍內(nèi)，聲波處理器外圍有消聲處理裝置，聲波經(jīng)過(guò)消聲處理后只會(huì)產(chǎn)生極少的噪聲，同時(shí)聲波除灰器是間斷運(yùn)行的，每天累計(jì)運(yùn)行時(shí)間較短，對(duì)周圍工作人員和居民產(chǎn)生的危害可以忽略，聲波發(fā)聲器產(chǎn)生的噪聲在國(guó)家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。聲波吹灰過(guò)程中不會(huì)引入新的物質(zhì)，因而不會(huì)對(duì)受熱器表明產(chǎn)生腐蝕。聲波吹灰過(guò)程中對(duì)管壁的作用力是周期性的，平均作用力較小，屬于疲勞效應(yīng)，因而不可能造成受熱器表明磨損。同樣的，聲波吹灰不會(huì)造成催化劑產(chǎn)生磨損，從而延長(zhǎng)其使用周期，使得SCR的運(yùn)行成本得到了有效控制。在蒸汽吹灰過(guò)程中，主要依靠高速運(yùn)動(dòng)蒸汽與受熱表明碰撞產(chǎn)生的沖擊力進(jìn)行除灰，這個(gè)過(guò)程中受熱表面在高速蒸汽沖擊下必然會(huì)產(chǎn)生磨損，同時(shí)也會(huì)對(duì)催化劑表面造成強(qiáng)烈的沖刷，使催化劑產(chǎn)生大量流失，縮短了催化劑的使用期限，最終使得運(yùn)行成本升高。

4）聲波吹灰器的零部件很少，有著較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，占用空間面積小，并且容易操控；采用壓縮空氣作為能量傳送介質(zhì)，相比蒸汽發(fā)生器不需要額外的蒸汽發(fā)生裝置，使得設(shè)備更加簡(jiǎn)化；運(yùn)行過(guò)程中為自動(dòng)控制，減少了人為操作故障，聲波發(fā)生器的維護(hù)頻率很低。

5）安裝過(guò)程簡(jiǎn)單，減少了安裝成本。一臺(tái)機(jī)組只用安裝一條壓縮空氣管線，不用安裝其它支撐結(jié)構(gòu)，大大減少了安裝成本。

6）聲波吹灰器運(yùn)行頻率較高，在催化劑表明積灰較少時(shí)就進(jìn)行除灰，從而降低了灰塵的積累，使得大部分時(shí)間催化劑表明灰塵積累較少；蒸汽吹灰運(yùn)行頻率較低，是在催化劑表面的灰塵達(dá)到一定厚度后才運(yùn)行。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用聲波吹灰不會(huì)對(duì)催化劑產(chǎn)生額外的副作用，而采用蒸汽吹灰時(shí)，蒸汽在催化劑表明凝結(jié)，濕潤(rùn)催化劑表明，從而降低了催化劑的催化效果，有時(shí)還會(huì)腐蝕催化劑，堵塞催化劑內(nèi)部的空隙。

1.2.2 聲波吹灰器的缺點(diǎn)

相比蒸汽吹灰器，聲波吹灰器雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有以下缺陷。

1）聲波吹灰器不是對(duì)所有種類的積灰都有明顯效果，往往對(duì)干松灰的清楚效果最明顯。聲波吹灰的能量不大，對(duì)積灰的沖擊力量很小，因此對(duì)和受熱面結(jié)合緊密的灰垢以及粘結(jié)性積灰的脫出效果非常差。正是考慮到這方面原因，需要增大聲波吹灰的頻率，以減少在催化劑表面積累較厚的灰塵。在SCR系統(tǒng)內(nèi)的高溫區(qū)域，由于高溫使得灰塵變成了熔融狀態(tài)，粘結(jié)性較強(qiáng)，聲波吹灰效果也較差?？傮w來(lái)說(shuō)，聲波除灰的強(qiáng)度要明顯弱于蒸汽除灰。

2）聲波吹灰過(guò)程中有可能引起電廠其他設(shè)備產(chǎn)生共振。目前，電廠所采用的聲波吹灰系統(tǒng)中產(chǎn)生聲波通常為次聲波以及低頻聲波。低頻聲波的頻率多為100Hz左右，而電廠設(shè)備的頻率不在此范圍內(nèi)，在此頻率下聲波不會(huì)引起電廠設(shè)備的共振。聲波能量正比于聲波頻率，為了產(chǎn)生更強(qiáng)的聲波，提高除灰的效果，有必要采用頻率低于20Hz的次聲波吹灰器。在該頻率范圍內(nèi)，有可能引起電廠設(shè)備的共振，有必要采取措施避免共振而引起電廠設(shè)備的損壞。

1.3 聲波吹灰器的結(jié)構(gòu)與安裝

進(jìn)行聲波吹灰器的安裝時(shí)，要根據(jù)除灰需求和煙氣參數(shù)進(jìn)行計(jì)算以求得所需吹灰器的技術(shù)參數(shù)和安裝數(shù)量。吹灰器按照催化劑的分層也進(jìn)行分層布置。采用合理的布置方式能夠提高聲波吹灰器的吹灰效率，使得聲波傳播范圍更廣，盡可能達(dá)到SCR系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)角落和空間。

2 結(jié)論

本文對(duì)聲波吹灰器的工作原理進(jìn)行了說(shuō)明，即采用壓縮空氣作為動(dòng)力介質(zhì)，將壓縮空氣通入聲波發(fā)聲器以產(chǎn)生聲波，同時(shí)對(duì)聲波的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)控制吹灰器工作周期的目的；聲波周期性的作用于催化器表面灰塵，使得灰塵脫離催化劑表最終實(shí)現(xiàn)除灰目的。

相比于蒸汽吹灰器，聲波吹灰器有下述優(yōu)點(diǎn)：除灰效率高、較高的經(jīng)濟(jì)性、對(duì)人體副作用小、安裝操作簡(jiǎn)便，對(duì)催化劑不會(huì)產(chǎn)生磨損，提高了催化劑使用效率等。

參考文獻(xiàn)

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