新型膜片式聲波吹灰器在鍋爐SCR的應用

牟效民 魏 星 趙曉強

（克拉瑪依石化公司熱電廠，新疆 克拉瑪依 834003）

熱電廠4臺中壓自然循環鍋爐在2014年檢修過程中建成了配套的選擇性催化還原（SCR）脫硝裝置。催化劑是SCR技術的核心部分，決定了SCR的脫硝效率和使用壽命，其建設成本占脫硝工程的20%以上，運行成本占30%以上。催化劑堵灰將造成脫硝效率下降、催化劑燒結鈍化，乃至失效、引風機出力增加，嚴重的將導致非計劃停爐，影響安全生產。為了預防催化劑表面積灰，需選擇合適的除灰設備。根據催化劑的性質及鍋爐煙氣成分，目前普遍采用的是蒸汽和聲波兩種吹灰技術。熱電廠脫硝裝置采用瑞典科康聲力聲波吹灰技術在預防催化劑積灰問題上取得了良好的效果。

一、積灰原因及聲波吹灰器清灰原理

1.積灰原因

鍋爐運行過程中，由于灰粒子的表面引力、粒子之間及粒子與爐內管壁之間的粘結力、分子附著力、靜電引力以及化學親合力等多方面的作用，在爐膛及煙道各部位的換熱面上會逐漸形成積灰。當灰粒與受熱面接觸時，其中＜3～5μm的，因分子引力＞本身重量，可吸附于鍋爐受熱面上；另外煙氣中的灰粒可以被感應而帶有靜電荷，當帶電的灰粒與管壁接觸時，若靜電引力＞本身重力，則同樣會被吸附，一般情況下，帶電灰粒＜10μm時，都會被吸附，有時＜20～30μm的，也能吸附灰管壁上。

2.膜片式聲波吹灰器結構及技術參數

膜片式聲波吹灰器結構簡單，本體不用電，體積小，重量輕，沒有機械伸縮及旋轉結構，多適用于電站鍋爐受熱面及除塵器的清灰。其結構圖和安裝現場如圖1、2所示。相關技術參數和數據見表1。

圖1 膜片式聲波吹灰器結構圖

圖2 膜片式聲波吹灰器安裝完成圖

3.膜片式聲波吹灰器清灰原理

膜片式聲波吹灰器以壓縮空氣作為動力源，膜片在發生器諧振腔體內振動，產生特定低頻、高能量聲波，通過擴聲筒在被清潔設備空氣中諧振傳播，作用于結灰物體表面的積灰顆粒，使其產生聲致疲勞而剝落，達到清除積灰的目的（圖3、4）。

表1 膜片式聲波吹灰器技術參數

圖3 膜片式聲波吹灰器工作原理圖

圖4 膜片式聲波吹灰器的清灰原理圖

在聲波吹灰系統中，由聲波發生器將經過過濾器凈化后的壓縮空氣攜帶的能量轉化為低頻（75~250Hz）高強度聲波（140~147dB），經二級腔放大，以一定的頻率、周期傳入容器，聲波以直射、滲透、反射等型式疊加，形成強大的不留死角的諧振聲場，循環往復地作用于積灰表面，使受熱面灰塵顆粒產生振蕩，破壞灰粒子和受熱面的結合，使其處于松散狀態，由煙氣流或者重力作用將其帶走，從而達到清灰效果。

二、膜片式聲波吹灰器與傳統蒸汽吹灰器在SCR系統中的應用比較

以#3鍋爐為例，SCR反應器的尺寸為6876mm×3910mm，2層催化劑，1層備用層，共3層，每層安裝2臺IKT260GD/170膜片式聲波吹灰器。每層催化劑高度1335mm；聲波吹灰器安裝位置于每一層催化劑上部，含塵量高，催化劑表面距離聲波吹灰器中心500mm，對膜片式聲波吹灰器與傳統蒸汽吹灰器進行比較，分析結果如表2所示。

蒸汽吹灰器耗汽量67kg/min，每層布置3臺，共9臺，供蒸汽壓力1.04MPa，蒸汽溫度182℃，電機功率1.1kW，單臺運行時間10min/次，運行頻率5次/天，年運行約290天，按外供1.0MPa蒸汽價格76元/t計算，年運行費用為664506元。

聲波吹灰器供氣壓力0.6～0.8MPa，單臺用氣量為0.75m3/min。運行方案為：單只吹灰器吹灰周期6次/h，10min吹掃1次，一次吹掃10s，共4臺運行，按工業風價格132.74元/km3計算，則每臺聲波吹灰器單次耗氣量為2771.61元。

聲波吹灰為非接觸性吹灰方式，不會對設備本體造成損壞。蒸汽吹灰的壓力吹掃方式會對設備造成嚴重磨損，鍋爐車間以往曾多次出現水冷壁及過熱器管束爆管事故，經過分析主要原因是蒸汽吹灰汽源壓力選擇不合適及吹灰器本體調整不到位導致。爆管事故導致的非計劃停爐將造成嚴重的經濟損失，對保證安全生產也是極大的安全隱患。通過比較可以看出SCR系統中膜片式聲波吹灰器能夠最大程度保證SCR的安全平穩運行，保證催化劑活性，保證脫硝效率。

三、膜片式聲波吹灰器的實際應用效果

1.對催化劑的影響

運行1年之后熱電廠委托菱日（杭州）環保設備有限公司對SCR催化劑進行了取樣檢測，檢測結果如表3所示。

車間組織對催化劑進行檢查，經過檢查發現，催化劑整體完好，除了催化劑保護網上有散落塊狀灰外，催化劑內部無明顯積灰，邊緣及角落也無積灰死角，說明聲波吹灰器能比較好的滿足SCR內部的吹灰需求，對催化劑無副作用。

表2 膜片式聲波吹灰器與傳統蒸汽吹灰器應用比較

表3 試驗結果總結

2.對鍋爐參數的影響

查看#3鍋爐SCR運行相關參數（如：反應器左右溫度、壓差圖、壓差曲線）可知SCR反應器進出口壓差在150Pa左右，而且比較平穩；反應器進出口溫度差在3～5℃，反應器左右側溫度基本持平，比較平穩。

四、結語

膜片式聲波吹灰器為非接觸型吹灰方式，不會對設備本體造成損傷，無轉動機械部分，具有故障率低、清灰范圍大、持續性強、無吹灰死角等優點。從實際應用效果來看，膜片式聲波吹灰器較好地滿足了鍋爐SCR系統吹灰需求。以設計參數為基準，安裝膜片式聲波吹灰器后將使主汽溫度提高6℃左右，排煙溫度下降5℃左右，熱效率提高0.29%以上，可降低發電煤耗。安裝保溫后，噪音≤85dB，對操作人員的健康不產生危害。且膜片式聲波吹灰器的安裝及運行成本遠低于傳統蒸汽吹灰器，可實現自動運行，能夠減輕操作人員操作量。所以從安全可靠性、投資成本、運行維護成本等方面看，選擇膜片式聲波吹灰器對延長催化劑的使用壽命，保證脫硝系統正常運行，降低檢修成本，提高鍋爐熱效率，保證安全生產具有積極作用。

[1]劉漢強.聲波吹灰器工作原理與應用[J].技術與工程應用，2009.6.

[2]周保東.聲波吹灰器和蒸汽吹灰器的經濟性比較[J]，鍋爐制造，2010.1.

[3]姜根山.聲波除灰的能量傳播優勢[J].中國電力，1999.9.

[4]蔡曉軍.聲波吹灰器的結構與設計[J].化工設備與管道，2003.1.