聲波吹灰器在旋風(fēng)爐脫硝改造中的應(yīng)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(fēng)爐脫硝改造中的應(yīng)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(fēng)爐經(jīng)過煙氣脫硝改造后，空氣預(yù)熱器出現(xiàn)大量積灰，管束堵塞非常嚴(yán)重，最終導(dǎo)致煙氣阻力增大，嚴(yán)重影響了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。通過在空氣預(yù)熱器加裝聲波吹灰器，空氣預(yù)熱器的積灰問題得到了有效解決，鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)效益得到了保證。

旋風(fēng)爐 空氣預(yù)熱器 吹灰器 煙氣脫硝

0 引 言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，大氣污染成了人們?cè)絹碓疥P(guān)注的問題。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(yè)又是我國(guó)的燃煤大戶，因此，火力發(fā)電廠是氮氧化物排放的主要來源之一。2014年9月，國(guó)家發(fā)改委等部門聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》，天津大沽化工股份有限公司積極響應(yīng)國(guó)家政策，為熱電分廠燃煤鍋爐全部配備煙氣脫硝設(shè)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(jié)并粘結(jié)煙氣中的飛灰吸附在空氣預(yù)熱器的末端，造成空氣預(yù)熱器積灰嚴(yán)重。空氣預(yù)熱器壓差增大，導(dǎo)致鍋爐不能長(zhǎng)周期運(yùn)行，必須停爐對(duì)空氣預(yù)熱器清灰并進(jìn)行高壓清洗。此外，煙氣阻力增大，排煙溫度升高，鍋爐不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)負(fù)荷運(yùn)行。因此，需解決空氣預(yù)熱器積灰這個(gè)難題，才能保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保地長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1 設(shè)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(chǎn)用汽。熱電分廠的3臺(tái)額定蒸發(fā)量為130,t/h的旋風(fēng)爐，為室內(nèi)立式∏型布置、次高溫次高壓、單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、液態(tài)排渣、懸浮燃燒的煤粉爐。空氣預(yù)熱器為多道單面進(jìn)風(fēng)布置方式，由于脫硝改造，原中溫、低溫空氣預(yù)熱器改造為中溫空氣預(yù)熱器上級(jí)、中溫空氣預(yù)熱器下級(jí)、低溫空氣預(yù)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(yù)熱器有4組管箱，管箱高度為2,330,mm。其中，中溫空氣預(yù)熱器上級(jí)管箱的管子規(guī)格為Φ51×1.5，中溫空氣預(yù)熱器上級(jí)管箱換熱面積為1,392 m2，中溫空氣預(yù)熱器下級(jí)和低溫空氣預(yù)熱器管箱的管子規(guī)格為Φ40×1.5，中溫空氣預(yù)熱器下級(jí)和低溫空氣預(yù)熱器每層空氣預(yù)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(yù)熱器布置如圖1所示。

圖1 旋風(fēng)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(yù)熱器運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

SCR(選擇性催化還原法)是目前應(yīng)用較多的煙氣脫硝技術(shù)，脫硝效率高達(dá)90%,以上，由于SCR脫硝反應(yīng)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(yùn)SCR后，不可避免產(chǎn)生NH3逃逸，煙氣中的SO3與SCR逃逸的NH3會(huì)生成NH4HSO4。

NH3＋SO3＋H2O →NH4HSO4

NH4HSO4在150～200,℃之間呈液態(tài)，黏性和腐蝕性很強(qiáng)，NH4HSO4和煙氣中的飛灰黏附在空氣預(yù)熱器換熱面上，會(huì)使空氣預(yù)熱器換熱面臟污，空氣預(yù)熱器低溫段發(fā)生低溫腐蝕，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器大量積灰，換熱效率降低，排煙溫度升高，嚴(yán)重降低鍋爐熱效率，使鍋爐運(yùn)行不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，運(yùn)行2個(gè)月左右就需要停運(yùn)進(jìn)行高壓清洗，耗費(fèi)大量人力財(cái)力，造成生產(chǎn)停工周期延長(zhǎng)，以及兩次檢修之間的運(yùn)行時(shí)間縮短等問題，嚴(yán)重影響公司化工生產(chǎn)。

3 聲波吹灰器原理及特點(diǎn)

3.1 聲波吹灰器工作原理

聲波吹灰器越來越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，其主要用于鍋爐方面，聲波吹灰器的最新應(yīng)用領(lǐng)域是選擇性催化還原反應(yīng)器(SCR)。聲波清灰是以壓縮空氣作為聲波的能源，高強(qiáng)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(nèi)產(chǎn)生諧振，把壓縮空氣的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為低頻聲能，通過空氣介質(zhì)把聲能傳遞到相應(yīng)的積灰點(diǎn)，使聲波對(duì)灰渣起到“聲致疲勞”的作用。由于聲波振蕩的反復(fù)作用，施加于灰、渣的擠壓載荷達(dá)到一定的循環(huán)應(yīng)力次數(shù)時(shí)，灰、渣的結(jié)構(gòu)因疲勞而破壞，然后因重力或因流體介質(zhì)媒體將灰渣清除于附著體表面，達(dá)到清灰的作用。

3.2 聲波吹灰器的特點(diǎn)

通過聲波吹灰器的工作原理，我們可以發(fā)現(xiàn)聲波吹灰器主要有以下特點(diǎn)：在聲波有效范圍內(nèi)徹底除灰；短間隔斷續(xù)運(yùn)行，連續(xù)保持受熱面清潔；對(duì)受熱面無機(jī)械損傷；聲波除灰裝置體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、操作便利、設(shè)備簡(jiǎn)單，無復(fù)雜的伸縮、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因此故障率低、維修工作量及維修費(fèi)用低；發(fā)聲介質(zhì)為壓縮空氣，節(jié)約水資源，運(yùn)行成本低。

為解決空氣預(yù)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(duì)空氣預(yù)熱器加裝聲波吹灰器，中溫空氣預(yù)熱器上級(jí)、中溫空氣預(yù)熱器下級(jí)、低溫空氣預(yù)熱器每層管箱上方分別加裝一臺(tái)聲波吹灰器。如圖1所示。

4 空氣預(yù)熱器加裝聲波吹灰器效果對(duì)比分析

4.1 運(yùn)行效果對(duì)比分析

在加裝聲波吹灰器之前，空氣預(yù)熱器前后差壓上升明顯，排煙溫度上升，運(yùn)行兩個(gè)月，空氣預(yù)熱器出現(xiàn)大量積灰，鍋爐無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)負(fù)荷運(yùn)行，必須停爐對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行高壓清洗，嚴(yán)重影響化工分廠生產(chǎn)運(yùn)行。

加裝聲波吹灰器后，空氣預(yù)熱器運(yùn)行中保持24,h循環(huán)吹掃，差壓基本保持穩(wěn)定，排煙溫度穩(wěn)定，沒有持續(xù)上升趨勢(shì)，達(dá)到長(zhǎng)周期運(yùn)行條件。

4.2 排煙溫度對(duì)比分析

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

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

①節(jié)約高壓清洗收益。改進(jìn)前，鍋爐運(yùn)行最長(zhǎng)3個(gè)月就需要對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行一次高壓清洗，這樣每年就要清洗3～4次空氣預(yù)熱器，三層空氣預(yù)熱器總面積為4,296 m2，每次清洗費(fèi)用約17萬元，每減少一次清洗就會(huì)節(jié)約資金17萬元左右。

表1 排煙溫度對(duì)比Tab.1 The contrast of exhaust temperature

②節(jié)約燃煤收益。當(dāng)空氣預(yù)熱器堵塞時(shí)，煙氣系統(tǒng)阻力增大，我們需要增大引風(fēng)機(jī)的出力，并適當(dāng)減少鼓風(fēng)機(jī)的出力，最終影響鍋爐帶負(fù)荷能力，對(duì)化工生產(chǎn)產(chǎn)生一定的影響。通過分析我們可以看出：當(dāng)空氣預(yù)熱器堵塞時(shí)，我們需要不正常地增加引風(fēng)機(jī)的出力來維持鍋爐正常的負(fù)壓系統(tǒng)，因此，鍋爐的耗電量增加；由于鍋爐的負(fù)壓系統(tǒng)受到影響，導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)的出力變差，所以，鍋爐的不完全燃燒熱損失增加，鍋爐的經(jīng)濟(jì)性下降。鍋爐空氣預(yù)熱器加裝聲波吹灰器后，空氣預(yù)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(tái)鍋爐排煙量為30萬t，燃燒煤的發(fā)熱量約為5,900,kCal/kg，煤的單價(jià)約為410元/t。按單臺(tái)鍋爐每年運(yùn)行6,000,h計(jì)算，每年節(jié)約燃煤約1,560,t，每年節(jié)煤收益約為63.96萬元。

③節(jié)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(jià)按6,000元/t計(jì)算，則節(jié)約燃油費(fèi)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(jì)算，則節(jié)約燃煤費(fèi)用約為2,460元。開停鍋爐耗水耗電費(fèi)用約為8,061元。因此，每減少一次開停爐，就可節(jié)約資金4.95萬元。

④節(jié)能收益。每減少一次高壓清洗，節(jié)省費(fèi)用約為17萬元；進(jìn)行改造后每年節(jié)約燃煤收益63.96萬元；每減少一次開停旋風(fēng)爐節(jié)約資金約4.95萬元。

5 結(jié) 語

電力行業(yè)是重要的基礎(chǔ)性行業(yè)，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要條件和保證，面對(duì)資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)退化的嚴(yán)峻形勢(shì)，以及生態(tài)文明建設(shè)的國(guó)家需求，火電廠脫硝系統(tǒng)需要長(zhǎng)期高效投入運(yùn)行。鍋爐SCR脫硝裝置運(yùn)行中存在積灰堵塞的問題，我公司對(duì)鍋爐空氣預(yù)熱器加裝聲波吹灰器后，運(yùn)行效果表明：無論是在安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性還是在節(jié)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(yù)熱器的積灰堵塞問題，保證了鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?！?/p>

［1］ 周強(qiáng)泰. 鍋爐原理[M]. 2版，北京：中國(guó)電力出版社，2009.

［2］ 李彥民，王俊杰. 高強(qiáng)聲波吹灰器在1,000,MW機(jī)組空氣預(yù)熱器中的應(yīng)用[J]. 電力科技與環(huán)保，2016，32(2)：37-38.

［3］ 劉宇清，孫衛(wèi)國(guó). 可調(diào)頻高強(qiáng)聲波吹灰器在煙氣脫硝中的應(yīng)用淺析[J]. 電力科技與環(huán)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