脈沖吹灰器在硫鐵礦制酸余熱鍋爐的應(yīng)用

廖雪華

(貴港市建設(shè)投資發(fā)展有限公司，廣西 貴港 537100)

脈沖吹灰器在硫鐵礦制酸余熱鍋爐的應(yīng)用

廖雪華

(貴港市建設(shè)投資發(fā)展有限公司，廣西 貴港 537100)

硫鐵礦制酸余熱鍋爐脈沖吹灰器，其能量以定向沖擊波方式有效作用于積灰受熱面，使積灰與受熱表面分離、脫落，并能減少對爐墻的沖擊，解決了硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對流管束積灰問題，保證鍋爐機組的良好運行，起到提高蒸汽產(chǎn)量，增加發(fā)電量，提高制酸產(chǎn)量的作用。裝置還可提高余熱鍋爐對原料變化的適應(yīng)性，可提高硫鐵礦制酸企業(yè)的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益，實現(xiàn)高中低品位硫鐵礦的綜合利用，對企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益和增加競爭力非常有利。

脈沖吹灰器；余熱鍋爐；硫鐵礦制酸

廣西西江化工有限責任公司年產(chǎn)12萬t·a-1硫酸生產(chǎn)裝置，采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，原料硫鐵礦在沸騰爐和空氣經(jīng)過焙燒生成SO2。沸騰爐產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)余熱鍋爐換熱生產(chǎn)蒸汽發(fā)電。原隨機配套的是機械振動除灰裝置，其振桿夾小，受熱面連接爐內(nèi)高溫部位，經(jīng)常燒壞，導致除灰效果下降，受熱面積灰。隨著余熱鍋爐運行時間增長，余熱鍋爐過熱器與對流管束產(chǎn)生嚴重的積灰問題，余熱鍋爐換熱效果下降，阻力增加，造成發(fā)電負荷減小，制酸產(chǎn)量下降。近年來，因原材料價格不斷上漲，硫酸價格暴跌，企業(yè)生產(chǎn)成本遠大于銷售價格，因此，企業(yè)不得不摻燒低品位礦、高雜質(zhì)礦或改燒磁硫鐵礦。由于這些礦種含雜質(zhì)多且高，余熱鍋爐過熱器與對流管束的積灰問題更加嚴重，導致鍋爐出口溫度升高，硫酸生產(chǎn)后續(xù)工序設(shè)備工作負荷增加，工藝控制指標超標，生產(chǎn)不正常，嚴重影響了系統(tǒng)的運行工藝及開機率，增加了生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益。為了提高余熱鍋爐對焙燒低品位硫鐵礦、磁硫鐵礦的適應(yīng)性，解決硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對流管束的積灰問題，提高蒸汽產(chǎn)量，增加發(fā)電量，提高制酸產(chǎn)量，哈爾濱世紀電站鍋爐輔機廠依據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)情況，提出吹灰系統(tǒng)的設(shè)計方案，并針對本公司鍋爐的具體情況進行設(shè)計、制造脈沖吹灰系統(tǒng)。

1 脈沖吹灰系統(tǒng)

熱爆脈沖吹灰器簡稱脈沖吹灰器，又名激波吹灰器、沖擊波吹灰器、爆炸波吹灰器，其基本原理是：燃料與氧化劑氣體(如空氣)的混合氣在與煙道連通的脈沖發(fā)生器內(nèi)點火爆炸，利用爆炸產(chǎn)生的壓縮沖擊波的“交變沖壓吸拉效應(yīng)”、“物理微爆效應(yīng)”和高速脈沖射流的“吹掃效應(yīng)”，吹除鍋爐受熱面和煙道壁面的各種積灰，兼具振動、聲波、高溫熱解三種清灰效應(yīng)。哈爾濱世紀電站鍋爐輔機廠開發(fā)的適用于硫鐵礦原料焙燒的燃氣脈沖吹灰裝置，將可燃氣體(本項目采用乙炔氣)與空氣在特殊結(jié)構(gòu)的混配點火裝置中混合，在脈沖發(fā)生器內(nèi)被高能點火器點燃，燃氣受系統(tǒng)特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)制瞬間產(chǎn)生沖擊波，沖擊波以球面波的形式沿噴嘴出口法線方向傳播，可使其能量有效作用于積灰受熱面，減少對爐墻的沖擊。脈沖噴嘴采用定向曲型設(shè)計，使沖擊波導向積灰管束，可使脈沖氣流準確作用于積灰部位，聲能和動能對灰粒子產(chǎn)生沖擊和加速擾動，使之與受熱表面分離，從而脫落。

1.1 脈沖發(fā)生器

脈沖發(fā)生器是燃氣預(yù)混合氣體進行爆燃的罐體，用于組織和加速爆燃過程，建立高湍流路線，調(diào)制、發(fā)射沖擊波。脈沖發(fā)生器內(nèi)部為有隔板分離的罐體，且用混合氣導管（火焰導管）與混配點火裝置連接。脈沖噴嘴通過爐墻密封盒及其中心的穿墻管伸入爐內(nèi)，脈沖發(fā)生器和鍋爐的固定采取雙重固定，使脈沖發(fā)生器能與爐墻整體膨脹[1]。

1.2 脈沖噴嘴

脈沖噴嘴用于控制爆燃沖擊波的氣流方向，是吹灰器工作的關(guān)鍵部件。沖擊波以球面波的形式沿噴嘴出口法線方向傳播，為了使其能量有效作用于積灰受熱面，減少對爐墻的沖擊，脈沖噴嘴采用定向曲型噴嘴，以使脈沖氣流準確作用于積灰部位。

1.3 混合點火柜

混合點火柜內(nèi)設(shè)置有混合阻火器、混和點火器裝置、反沖裝置等設(shè)施，具有分路開/閉、混合、點火、防沖擊等功能。每支路設(shè)置1臺混合點火裝置。

1.4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)以西門子S7-200可編程控制器作為控制核心，設(shè)置DCS接口，吹灰程控系統(tǒng)的邏輯和監(jiān)控功能由DCS設(shè)置，具有手動控制、自動控制、工況監(jiān)控、群控、就地操作控制及遠程監(jiān)控等智能運行控制功能。

2 吹灰器設(shè)計方案

年產(chǎn)12萬t·a-1硫鐵礦制硫酸裝置，余熱鍋爐型號為QCF33/940-17-3.82/450，設(shè)計蒸發(fā)量17t·h-1，過熱蒸汽壓力3.82MPa，過熱蒸汽溫度450℃，沸騰爐焙燒面積34m2。為了確保吹灰效果，保證機組的良好運行，提高蒸汽產(chǎn)量，增加發(fā)電量，提高制酸產(chǎn)量，裝置配備脈沖吹灰器的型號為HDZ-325/159-16/16-ZJ，主要包括脈沖發(fā)生器16臺、混合點火柜8臺、電氣控制柜1臺。脈沖吹灰器在過熱器位置布置6臺吹灰器，對流管束位置共布置10臺吹灰器，脈沖吹灰器及噴嘴位置、數(shù)量、規(guī)格見表1。吹灰器布置圖見圖1、圖2。

表1 脈沖吹灰器及噴嘴位置、數(shù)量、規(guī)格

圖1 吹灰器立面布置圖

圖2 吹灰器立面截面圖

3 效果與分析

2013年8月初生產(chǎn)系統(tǒng)停機技改，2013年8～9月拆除原機械振動除灰裝置，進行吹灰器設(shè)備安裝，2013年10月底生產(chǎn)系統(tǒng)開機調(diào)試，2013年11月吹灰裝置及整個硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行。表2為吹灰器技改前后余熱鍋爐運行數(shù)據(jù)、汽輪機發(fā)電負荷對照表。

從表2可看出，技改前隨著余熱鍋爐運行時間增長，由于鍋爐過熱器與對流管束產(chǎn)生嚴重的積灰，余熱鍋爐換熱效果下降，阻力增加，鍋爐出口溫度不斷升高，造成蒸汽產(chǎn)量（與給水流量對應(yīng)）、發(fā)電負荷逐漸下降。生產(chǎn)一定周期后生產(chǎn)系統(tǒng)必須停車清理才能繼續(xù)生產(chǎn)。余熱鍋爐安裝脈沖吹灰器后，沸騰爐、余熱鍋爐工藝參數(shù)運行比較穩(wěn)定，鍋爐進出口阻力降相對穩(wěn)定，鍋爐出口溫度、發(fā)電負荷變化不大，說明吹灰器較好地解決了硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對流管束的積灰問題，保證了鍋爐機組的良好運行。從2013年11月開機一直到2014年8月停機，期間余熱鍋爐進出口阻力降、鍋爐出口溫度、發(fā)電負荷相對穩(wěn)定，系統(tǒng)沒有專門停機以清理余熱鍋爐積灰，延長了硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)周期，提高了系統(tǒng)開機率，蒸汽產(chǎn)量提高，發(fā)電量增加，制酸產(chǎn)量提高。

3.1 應(yīng)用效果

1）余熱鍋爐機組工藝運行穩(wěn)定，系統(tǒng)發(fā)電量、制酸產(chǎn)量提高。從2013年11月鍋爐機組試運行至2014年8月生產(chǎn)系統(tǒng)停機檢修，期間不用停機清理余熱鍋爐積灰。運行期間，由于清灰效果較好，余熱鍋爐進出口阻力降、鍋爐出口溫度、鍋爐蒸發(fā)量、發(fā)電負荷相對穩(wěn)定，相比機械振動除灰裝置，發(fā)電負荷平均增加300～500kWh·h-1。安裝脈沖吹灰器后，避免了停機清灰，增加了系統(tǒng)開機天數(shù)，延長了硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)周期，經(jīng)測算，年發(fā)電及制酸產(chǎn)量增加即可增產(chǎn)342.4萬元。

表2 吹灰器技改前后余熱鍋爐運行數(shù)據(jù)、汽輪機發(fā)電負荷對照表

2）減少因鍋爐列管與集箱連接焊縫拉裂引起鍋爐漏水的現(xiàn)象。原隨機配套的機械振動除灰裝置直接安裝在爐墻上，其振桿夾小，受熱面連接爐內(nèi)高溫部位，其振桿、夾具經(jīng)常燒壞，隨著余熱鍋爐運行時間增長，積灰加劇。為了減輕積灰，鍋爐操作工便加強振打，由于高溫與震動應(yīng)力的作用，鍋爐列管與集箱連接焊縫薄弱處會發(fā)生拉裂現(xiàn)象，引起鍋爐漏水。改裝脈沖吹灰器后，脈沖發(fā)生器和鍋爐之間采取雙重固定，脈沖噴嘴通過爐墻密封盒及其中心的穿墻管伸入爐內(nèi)，不與爐墻直接接觸，運行過程中沒有發(fā)生因鍋爐列管與集箱連接焊縫拉裂而引起鍋爐漏水的現(xiàn)象。

3）清灰效果好。安裝脈沖吹灰器后，余熱鍋爐機組工藝運行穩(wěn)定，鍋爐停機吹冷后，打開鍋爐爐門檢查，發(fā)現(xiàn)余熱鍋爐過熱器、對流管束間基本沒有積灰及無法清理的積灰死角，可看出脈沖吹灰器設(shè)計布置比較合理，定向噴嘴產(chǎn)生的沖擊波能傳播到各個方位，脈沖氣流能準確作用于各個積灰部位。且沖擊波本身具有“交變沖壓吸拉效應(yīng)”、“物理微爆效應(yīng)”和高速脈沖射流的“吹掃效應(yīng)”，并兼具振動、聲波、高溫熱解三種清灰效應(yīng)，所以鍋爐過熱器、對流管束間基本沒有積灰，死角積灰也同樣因高溫熱解、振動、吸拉而消除。采用燃氣脈沖吹灰裝置后，由于清灰效果較好，不必專門停車清灰，據(jù)測算，此一項每年節(jié)約轉(zhuǎn)化觸媒升溫電費、沸騰爐點火費用約17萬元。

3.2 環(huán)境效益分析

安裝吹灰器后，隨著余熱鍋爐出口溫度的降低，鍋爐出口氣體顯熱下降，凈化氣體時稀酸蒸發(fā)量相應(yīng)減小，據(jù)測算凈化崗位稀酸循環(huán)量由230m3·h-1下降至200m3·h-1，每年可減排1200m3。此外減少清理鍋爐時礦塵飛揚影響環(huán)境20天。

3.3 原料硫鐵礦適應(yīng)性分析

近年來，由于原材料價格不斷上升，硫酸價格暴跌，企業(yè)虧損嚴重。為了降低成本，企業(yè)實施摻燒低品位礦、高雜質(zhì)礦或改燒磁硫鐵礦。由于低品位硫礦、高雜質(zhì)礦、磁硫鐵礦來源不穩(wěn)定，含雜質(zhì)種類多、含量高，焙燒工況起伏很大。特別是鉛鋅在焙燒過程中熔點較低，易使焙燒沸騰爐產(chǎn)生結(jié)疤，余熱鍋爐過熱器與對流管束產(chǎn)生積灰等問題。技改后，由于脈沖吹灰器有效的除灰作用，沸騰爐、余熱鍋爐運行的工藝參數(shù)、鍋爐進出口阻力降相對比較穩(wěn)定，鍋爐出口溫度、蒸汽產(chǎn)量、發(fā)電負荷變化不大。生產(chǎn)期間該公司原料來源、礦種、原料庫存量變化很大，為達到礦渣質(zhì)量要求，生產(chǎn)車間也經(jīng)常調(diào)整各種原料礦配比，但余熱鍋爐進出口阻力降、鍋爐出口溫度、蒸汽產(chǎn)量、發(fā)電負荷還是相對穩(wěn)定，說明該吹灰裝置對原料變化的適應(yīng)性很強，能有效解決原料變化引起的過熱器與對流管束積灰問題，保證鍋爐機組的良好運行。

4 結(jié)論

1）安裝硫鐵礦制酸余熱鍋爐脈沖吹灰器，有效解決了硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對流管束的積灰問題，保證了鍋爐機組的良好運行，延長了硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)周期，提高了蒸汽產(chǎn)量，增加了發(fā)電量，提高了制酸產(chǎn)量，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益可觀，對企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益和增強競爭力非常有利。

2）該脈沖吹灰器可提高硫鐵礦制酸企業(yè)余熱鍋爐對原料變化的適應(yīng)性，對硫鐵礦制酸企業(yè)改變原料來源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高中低品位硫鐵礦的綜合利用，進而降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益和增強競爭力，也是非常有利的。

[1] 朱占偉，王俊，劉永干，李兵.激波吹灰器在余熱鍋爐中的優(yōu)化運行[J].石油化工設(shè)備，2008(8)：75-77.

[2] 曹義國.并列管路共享式三管熱爆脈沖吹灰器：CN,101290128A[P].2008-10-22.

[3] 李澤.燃氣脈沖吹灰器的工業(yè)應(yīng)用[D].大連：大連理工大學，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

廖雪華（1968-），男，漢族，廣西貴港市人，工程師，主要從事化工生產(chǎn)設(shè)計、管理、產(chǎn)品研發(fā)工作，E-mail:Lxhxh968@163.com

2017-01-13