聲波吹灰器在旋風爐脫硝改造中的應用

李曉賀，徐欣欣

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

聲波吹灰器在旋風爐脫硝改造中的應用

李曉賀，徐欣欣

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

介紹了天津大沽化工股份有限公司熱電分廠130,t/h旋風爐經過煙氣脫硝改造后，空氣預熱器出現大量積灰，管束堵塞非常嚴重，最終導致煙氣阻力增大，嚴重影響了鍋爐運行的安全性和經濟性。通過在空氣預熱器加裝聲波吹灰器，空氣預熱器的積灰問題得到了有效解決，鍋爐運行的安全性和經濟效益得到了保證。

旋風爐 空氣預熱器 吹灰器 煙氣脫硝

0 引 言

隨著現代工業生產的發展和生活水平的提高，大氣污染成了人們越來越關注的問題。據有關資料統計，我國氮氧化物的排放量中有70%,來自于煤炭的直接燃燒，而火電工業又是我國的燃煤大戶，因此，火力發電廠是氮氧化物排放的主要來源之一。2014年9月，國家發改委等部門聯合下發《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》，天津大沽化工股份有限公司積極響應國家政策，為熱電分廠燃煤鍋爐全部配備煙氣脫硝設施。煙氣脫硝是將鍋爐煙氣中已生成的NOx還原為N2和H2O，從而脫除煙氣中的NOx，但由于脫硝工藝需要噴入大量氨氣，氨逃逸生成的NH4HSO4凝結并粘結煙氣中的飛灰吸附在空氣預熱器的末端，造成空氣預熱器積灰嚴重。空氣預熱器壓差增大，導致鍋爐不能長周期運行，必須停爐對空氣預熱器清灰并進行高壓清洗。此外，煙氣阻力增大，排煙溫度升高，鍋爐不能達到經濟負荷運行。因此，需解決空氣預熱器積灰這個難題，才能保證鍋爐安全、穩定、經濟、環保地長周期運行。

1 設備概況

天津大沽化工有限公司熱電分廠為化工用自備電廠，主要供公司化工分廠生產用汽。熱電分廠的3臺額定蒸發量為130,t/h的旋風爐，為室內立式∏型布置、次高溫次高壓、單鍋筒、自然循環、集中下降管、液態排渣、懸浮燃燒的煤粉爐。空氣預熱器為多道單面進風布置方式，由于脫硝改造，原中溫、低溫空氣預熱器改造為中溫空氣預熱器上級、中溫空氣預熱器下級、低溫空氣預熱器從下往上依次布置在鍋爐廠房外新增的鋼架上，每層空氣預熱器有4組管箱，管箱高度為2,330,mm。其中，中溫空氣預熱器上級管箱的管子規格為Φ51×1.5，中溫空氣預熱器上級管箱換熱面積為1,392 m2，中溫空氣預熱器下級和低溫空氣預熱器管箱的管子規格為Φ40×1.5，中溫空氣預熱器下級和低溫空氣預熱器每層空氣預熱器換熱面積為1,452 m2。鍋爐脫硝改造后的中溫和低溫空氣預熱器布置如圖1所示。

圖1 旋風爐脫硝改造后示意Fig.1 Schematic diagram of denitration transformation of the cyclone-type boiler

2 改造后空氣預熱器運行中出現的問題

SCR(選擇性催化還原法)是目前應用較多的煙氣脫硝技術，脫硝效率高達90%,以上，由于SCR脫硝反應器一般布置在電除塵器之前，因此煙氣中的飛灰含量是比較高的。鍋爐投運SCR后，不可避免產生NH3逃逸，煙氣中的SO3與SCR逃逸的NH3會生成NH4HSO4。

NH3＋SO3＋H2O →NH4HSO4

NH4HSO4在150～200,℃之間呈液態，黏性和腐蝕性很強，NH4HSO4和煙氣中的飛灰黏附在空氣預熱器換熱面上，會使空氣預熱器換熱面臟污，空氣預熱器低溫段發生低溫腐蝕，導致空氣預熱器大量積灰，換熱效率降低，排煙溫度升高，嚴重降低鍋爐熱效率，使鍋爐運行不能達到經濟負荷，運行2個月左右就需要停運進行高壓清洗，耗費大量人力財力，造成生產停工周期延長，以及兩次檢修之間的運行時間縮短等問題，嚴重影響公司化工生產。

3 聲波吹灰器原理及特點

3.1 聲波吹灰器工作原理

聲波吹灰器越來越廣泛地應用于各個行業，其主要用于鍋爐方面，聲波吹灰器的最新應用領域是選擇性催化還原反應器(SCR)。聲波清灰是以壓縮空氣作為聲波的能源，高強度的鈦金屬膜片在壓縮空氣氣源的作用下自激振蕩，并在諧振腔內產生諧振，把壓縮空氣的勢能轉換為低頻聲能，通過空氣介質把聲能傳遞到相應的積灰點，使聲波對灰渣起到“聲致疲勞”的作用。由于聲波振蕩的反復作用，施加于灰、渣的擠壓載荷達到一定的循環應力次數時，灰、渣的結構因疲勞而破壞，然后因重力或因流體介質媒體將灰渣清除于附著體表面，達到清灰的作用。

3.2 聲波吹灰器的特點

通過聲波吹灰器的工作原理，我們可以發現聲波吹灰器主要有以下特點：在聲波有效范圍內徹底除灰；短間隔斷續運行，連續保持受熱面清潔；對受熱面無機械損傷；聲波除灰裝置體積小巧、結構緊湊、安裝方便、操作便利、設備簡單，無復雜的伸縮、旋轉機構，因此故障率低、維修工作量及維修費用低；發聲介質為壓縮空氣，節約水資源，運行成本低。

為解決空氣預熱器積灰堵塞問題，天津大沽化工有限公司熱電分廠在脫硝改造完畢后，又對空氣預熱器加裝聲波吹灰器，中溫空氣預熱器上級、中溫空氣預熱器下級、低溫空氣預熱器每層管箱上方分別加裝一臺聲波吹灰器。如圖1所示。

4 空氣預熱器加裝聲波吹灰器效果對比分析

4.1 運行效果對比分析

在加裝聲波吹灰器之前，空氣預熱器前后差壓上升明顯，排煙溫度上升，運行兩個月，空氣預熱器出現大量積灰，鍋爐無法達到經濟負荷運行，必須停爐對空氣預熱器進行高壓清洗，嚴重影響化工分廠生產運行。

加裝聲波吹灰器后，空氣預熱器運行中保持24,h循環吹掃，差壓基本保持穩定，排煙溫度穩定，沒有持續上升趨勢，達到長周期運行條件。

4.2 排煙溫度對比分析

加裝聲波吹灰器后，空氣預熱器積灰得到了有效控制，換熱效率明顯提高。空氣預熱器加裝聲波吹灰器前后排煙溫度參數對比見表1，不考慮其他因素，排煙溫度平均降低了17,℃。

4.3 經濟效益分析

①節約高壓清洗收益。改進前，鍋爐運行最長3個月就需要對空氣預熱器進行一次高壓清洗，這樣每年就要清洗3～4次空氣預熱器，三層空氣預熱器總面積為4,296 m2，每次清洗費用約17萬元，每減少一次清洗就會節約資金17萬元左右。

表1 排煙溫度對比Tab.1 The contrast of exhaust temperature

②節約燃煤收益。當空氣預熱器堵塞時，煙氣系統阻力增大，我們需要增大引風機的出力，并適當減少鼓風機的出力，最終影響鍋爐帶負荷能力，對化工生產產生一定的影響。通過分析我們可以看出：當空氣預熱器堵塞時，我們需要不正常地增加引風機的出力來維持鍋爐正常的負壓系統，因此，鍋爐的耗電量增加；由于鍋爐的負壓系統受到影響，導致鼓風機的出力變差，所以，鍋爐的不完全燃燒熱損失增加，鍋爐的經濟性下降。鍋爐空氣預熱器加裝聲波吹灰器后，空氣預熱器積灰明顯減少，不考慮其他因素，排煙溫度平均降低了17,℃。我公司單臺鍋爐排煙量為30萬t，燃燒煤的發熱量約為5,900,kCal/kg，煤的單價約為410元/t。按單臺鍋爐每年運行6,000,h計算，每年節約燃煤約1,560,t，每年節煤收益約為63.96萬元。

③節約開停鍋爐收益。每次開停爐消耗柴油約6.5,t，柴油的單價按6,000元/t計算，則節約燃油費用約為3.9萬元。開停爐消耗燃煤約6,t，每噸燃煤按410元計算，則節約燃煤費用約為2,460元。開停鍋爐耗水耗電費用約為8,061元。因此，每減少一次開停爐，就可節約資金4.95萬元。

④節能收益。每減少一次高壓清洗，節省費用約為17萬元；進行改造后每年節約燃煤收益63.96萬元；每減少一次開停旋風爐節約資金約4.95萬元。

5 結 語

電力行業是重要的基礎性行業，也是社會經濟持續發展的重要條件和保證，面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態退化的嚴峻形勢，以及生態文明建設的國家需求，火電廠脫硝系統需要長期高效投入運行。鍋爐SCR脫硝裝置運行中存在積灰堵塞的問題，我公司對鍋爐空氣預熱器加裝聲波吹灰器后，運行效果表明：無論是在安全性、經濟性、可靠性還是在節能、降低成本等方面考慮，加裝聲波吹灰器很好地解決了空氣預熱器的積灰堵塞問題，保證了鍋爐的安全穩定經濟運行。■

［1］ 周強泰. 鍋爐原理[M]. 2版，北京：中國電力出版社，2009.

［2］ 李彥民，王俊杰. 高強聲波吹灰器在1,000,MW機組空氣預熱器中的應用[J]. 電力科技與環保，2016，32(2)：37-38.

［3］ 劉宇清，孫衛國. 可調頻高強聲波吹灰器在煙氣脫硝中的應用淺析[J]. 電力科技與環保，2014，30(3)：61-62.

The Application of Sonic Soot-Blower in the Cyclone-type Boiler of Denitration Transformation

LI Xiaohe，XU Xinxin
(Tianjin Dagu Chemical Co.，LTD.，Tianjin 300455，China)

The 130,t/h cyclone-type boiler of Tianjin Dagu Chemical Co.，LTD．Thermal Power Plant，which after flue gas denitration transformation，in the process of running，has been found a large amount of ash accumulation in the air preheater，resulting in tube bundle，eventually led to increased flue gas resistance．It seriously affects the safety and economy of boiler operation．By adding sound wave soot blower in air preheater，the fouling problem of air preheater has been effectively solved，the safety and economy of boiler operation are thus guaranteed.

cyclone-type boiler；air preheater；sonic soot-blower；flue gas denitration

TM621.73

：A

：1006-8945(2016)10-0096-03

2016-09-09