聲波吹灰技術在SCR中的應用研究

李冰浪+朱志輝

摘 要 本文通過搜集數據，詳細分析了聲波吹灰器的工作原理、優缺點以及吹灰器的結構和安裝，不管是從節能與經濟性方面考慮，還是從運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勢。

關鍵詞 聲波吹灰器；選擇性催化還原反應系統；可視化分析

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0285-02

目前脫硝技術較多，其中選擇性催化還原脫硝法（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）是應用最為廣泛，技術也最為成熟[ 1 ]。SCR系統優點是對鍋爐效率影響較小、對硝的脫出效率很高，已在火電廠得到了大量的應用[ 2 ]。火電廠煤燃燒產生的煙氣含有大量的灰塵，當煙氣進入SCR系統后，會降低催化劑的活性，同時使催化劑的壽命縮短[3]。為了減少和防止催化劑表面產生大量灰塵覆蓋，有必要采用吹灰器對催化劑表明進行吹灰處理。本文針對聲波吹灰器的工作原理、優缺點以及吹灰器的結構和安裝等進行了闡述。

1 聲波吹灰技術介紹

1.1 聲波吹灰器的工作原理

聲波吹灰器的工作原理為：動力源采用壓縮空氣，將空氣經過凈化后導入電子控制器，電子控制器作用一是提供能量以使聲波產生，二是對頻率進行調控，以對吹灰器的工作周期進行控制；壓縮空氣最終通入聲波發生器，壓縮空氣沖擊金屬膜片而使之發生震動，進而產生聲波。聲波通過擴音喇叭或者輸音管進入到反應器內，聲波在反應器內會產生大量的折射、繞射、反射以及滲透等，使整個音場產生了共鳴，最終聲波能擴散到整個SCR系統。聲波在空氣中的傳播為周期性進行，對反應器表面的灰渣產生的作用力也是周期性的，對灰渣施加了循環往復的拉扯作用，這種拉扯力會有效地減弱和破壞結垢物與催化劑表面之間的作用力，從而使結垢物最終脫離催化劑表面。

1.2 聲波吹灰器的優缺點

1.2.1 聲波吹灰器的優點

過去的吹灰器是通過高速蒸汽流動對反應器表面進行沖擊從而實現吹灰目的。蒸汽吹灰器缺點有很多：當反應表面相距蒸汽發射源特別近時，高強度的蒸汽流會造成受熱面變薄；而距離發射面較遠的受熱面或在受熱面覆蓋有阻擋物體時，由于高速蒸汽流的速度會迅速減慢，最終到達受熱面時汽流會很慢，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，具有以下優勢。

1）聲波吹灰器的有效工作范圍較大，能遍布整個反應器角落、空間。這種除灰方式不用和反應表面產生直接接觸，而是通過聲波震動使反應器表的灰塵脫除，聲波的頻率和聲波的強弱決定了除灰效果，除灰半徑與波長成正相關關系。當聲波傳遞到反應器表面時，會產生大量的折射、反射、投射等，這有利于將聲波傳遞到整個反應器區域。在SCR系統中的蜂窩狀催化劑內部空隙較多，結構復雜，采用蒸汽吹灰時蒸汽往往不能進入催化劑內部，而聲波則能很輕易的進入催化劑內部，無論吹灰器的布置方式和發射方向如何，聲波除灰方式都能達到很好的除灰效果，進而改善催化劑的使用效果，增加SCR系統的經濟效益。

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，其射流壓力的衰弱反比于射流距離的平方，射流動能的衰弱反比于射流距離的立方；對于聲波吹灰器，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的衰減要小得多，因而聲波吹灰有更遠的吹灰距離，同時能量削減也更低。如果聲波發聲器采用更為合理的布置方式，會加強混響聲場，進一步削弱聲波能量的衰減。此外，蒸汽吹灰還會對鍋爐內煤燃燒產生一定的影響，使燃燒場發生改變而影響燃燒效率，聲波吹灰則不會產生這方面的問題，空氣分子只是在做往復的振動，而位移不會發生改變，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勢。

3）聲波吹灰不會產生副作用，對反應器表面也不會產生磨損。吹灰器發出聲波的頻率在人體聽力能夠承受的范圍內，聲波處理器外圍有消聲處理裝置，聲波經過消聲處理后只會產生極少的噪聲，同時聲波除灰器是間斷運行的，每天累計運行時間較短，對周圍工作人員和居民產生的危害可以忽略，聲波發聲器產生的噪聲在國家規定的安全標準以內。聲波吹灰過程中不會引入新的物質，因而不會對受熱器表明產生腐蝕。聲波吹灰過程中對管壁的作用力是周期性的，平均作用力較小，屬于疲勞效應，因而不可能造成受熱器表明磨損。同樣的，聲波吹灰不會造成催化劑產生磨損，從而延長其使用周期，使得SCR的運行成本得到了有效控制。在蒸汽吹灰過程中，主要依靠高速運動蒸汽與受熱表明碰撞產生的沖擊力進行除灰，這個過程中受熱表面在高速蒸汽沖擊下必然會產生磨損，同時也會對催化劑表面造成強烈的沖刷，使催化劑產生大量流失，縮短了催化劑的使用期限，最終使得運行成本升高。

4）聲波吹灰器的零部件很少，有著較為簡單的結構，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，相比蒸汽發生器不需要額外的蒸汽發生裝置，使得設備更加簡化；運行過程中為自動控制，減少了人為操作故障，聲波發生器的維護頻率很低。

5）安裝過程簡單，減少了安裝成本。一臺機組只用安裝一條壓縮空氣管線，不用安裝其它支撐結構，大大減少了安裝成本。

6）聲波吹灰器運行頻率較高，在催化劑表明積灰較少時就進行除灰，從而降低了灰塵的積累，使得大部分時間催化劑表明灰塵積累較少；蒸汽吹灰運行頻率較低，是在催化劑表面的灰塵達到一定厚度后才運行。實際的實驗數據表明，采用聲波吹灰不會對催化劑產生額外的副作用，而采用蒸汽吹灰時，蒸汽在催化劑表明凝結，濕潤催化劑表明，從而降低了催化劑的催化效果，有時還會腐蝕催化劑，堵塞催化劑內部的空隙。

1.2.2 聲波吹灰器的缺點

相比蒸汽吹灰器，聲波吹灰器雖然有很多優點，但也有以下缺陷。

1）聲波吹灰器不是對所有種類的積灰都有明顯效果，往往對干松灰的清楚效果最明顯。聲波吹灰的能量不大，對積灰的沖擊力量很小，因此對和受熱面結合緊密的灰垢以及粘結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系統內的高溫區域，由于高溫使得灰塵變成了熔融狀態，粘結性較強，聲波吹灰效果也較差。總體來說，聲波除灰的強度要明顯弱于蒸汽除灰。

2）聲波吹灰過程中有可能引起電廠其他設備產生共振。目前，電廠所采用的聲波吹灰系統中產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，而電廠設備的頻率不在此范圍內，在此頻率下聲波不會引起電廠設備的共振。聲波能量正比于聲波頻率，為了產生更強的聲波，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，有可能引起電廠設備的共振，有必要采取措施避免共振而引起電廠設備的損壞。

1.3 聲波吹灰器的結構與安裝

進行聲波吹灰器的安裝時，要根據除灰需求和煙氣參數進行計算以求得所需吹灰器的技術參數和安裝數量。吹灰器按照催化劑的分層也進行分層布置。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，盡可能達到SCR系統內每個角落和空間。

2 結論

本文對聲波吹灰器的工作原理進行了說明，即采用壓縮空氣作為動力介質，將壓縮空氣通入聲波發聲器以產生聲波，同時對聲波的頻率進行調節，實現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現除灰目的。

相比于蒸汽吹灰器，聲波吹灰器有下述優點：除灰效率高、較高的經濟性、對人體副作用小、安裝操作簡便，對催化劑不會產生磨損，提高了催化劑使用效率等。

參考文獻

[1]邵春宇，吳鳳玲，江輝，等.不同吹灰器在SCR脫硝系統中的特性比較及實例應用[J].能源與環境，2014（5）：79-80.

[2]譚青，馮雅晨.我國煙氣脫硝行業現狀與前景及SCR脫硝催化劑的研究進展[J].化工進展，2011（S1）：709-713.

[3]田靜，閻貴富.聲波除灰技術的應用研究[J].聲學學報，1997（5）：469-473.