SCR脫硝吹灰器的選型分析、設計要點

　　脫硝吹灰作為脫硝工藝中的重要一環(huán)，對脫硝系統(tǒng)的正常運行有著保駕護航的重要作用。筆者通過做甲方，乙方的不同角度，對吹灰器選型做出分析，并亮出自己的一些見解和觀點。本文旨在拋磚引玉，希望與廣大設計院，工程公司，電廠用戶的技術(shù)人員商榷，共同探討，以期找到更好，更優(yōu)化的的SCR脫硝器清灰方法、方案。

　　1、SCR脫硝工藝的清灰需求

　　SCR即選擇性催化還原法，具有對爐膛影響小、脫硝效率高、氨逃逸率低等優(yōu)點，是目前主流地位的煙氣脫硝技術(shù)之一。在電力行業(yè)，特別是煤粉爐上得到了廣泛應用，以后也會在CFB上得到廣泛的推廣，也是目前用于固定源 NOx 治理的一種最好的脫硝工藝。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。對SCR 脫硝反應器積灰的清除，國外歐美等發(fā)達國家已普遍采用聲波清灰技術(shù)，近年來，我國的脫硝項目也開始采用聲波清灰這一先進技術(shù)，取得了理想的效果。

　　SCR 脫硝反應器吹灰器可用于反應器進出口及催化劑表面或內(nèi)部鋼構(gòu)件表面積灰的清除，延長 SCR 中催化劑活性和使用壽命，同時降低系統(tǒng)中壓力阻力，清除飛灰過分波動對后續(xù)除塵器的影響，并可減少每年用于維修的人力及材料費用，縮短生產(chǎn)停工周期，以及延長鍋爐運行周期等。

　　2、SCR脫硝工藝清灰工藝分析

　　當前主流的SCR脫硝清灰工藝為聲波清灰器、蒸汽吹灰器和聲波+蒸汽吹灰器三種。目前針對中小型鍋爐以聲波清灰器清灰工藝為主，200MW以上機組大部分聲波+蒸汽吹灰器，一些特殊性的行業(yè)，比如玻璃爐窯煙氣中的灰粘性較大的，只采用蒸汽吹灰器。

　　下面就這三種工藝的的優(yōu)缺點分析如下表：

　　綜上分析，以上三種吹灰工藝均有其優(yōu)點和不足之處，一般要根據(jù)鍋爐的爐型，燃燒的煤種，SCR反應器的尺寸大小，煙氣流速、煙氣含塵量等因素綜合考量，確定適合當前工藝特點的吹灰工藝。

　　2.1對于200MW及以上機組，反應器尺寸比較大，建議采用聲波+蒸汽吹灰器。運行時以聲波為主，蒸汽吹灰器可以每天運行一次，以保護催化劑，延長催化劑使用壽命。

　　特別要說明的是：一定要明確以哪個吹灰器為主運行設備，有些設計人員，因為有蒸汽吹灰器，設計的聲波吹灰器數(shù)量較少，在實際運行中，不得不加強蒸汽吹灰器的運行次數(shù)。這樣的結(jié)果是即沒有節(jié)省設備投資費用，也無法保障盡可能的減少吹損，保障催化劑的壽命。

　　2.2對于200MW以下機組，其反應器比較小，建議采用聲波清灰器即可。但要注意設備的選型和數(shù)量以及安裝位置。下面部分會有詳細論述。

　　2.3對于一些特殊的爐型或者工藝，灰分粘性很大，比如玻璃爐窯，比如一些燃燒特殊材料的垃圾焚燒，生物質(zhì)焚燒的爐型。建議采用蒸汽吹灰器為主，因為粘性灰是聲波吹灰器的弱點，對于粘性大的灰，聲波吹灰器幾乎沒有什么效果。這種情況下，只能犧牲一下催化劑壽命作為代價。

　　注意：即使如此，也不建議采用燃氣激波吹灰器，因為燃氣激波吹灰器，吹灰具有非常明顯的方向性，對指定固定點的催化劑進行反復大能量沖擊，對催化劑有致命的破壞性?？梢钥紤]筆者近年研發(fā)的噴口可旋轉(zhuǎn)、激波能量可調(diào)節(jié)的可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)空氣激波吹灰器。在這里暫不做論述，以后會撰文專題解析對于特殊行業(yè)，特殊工況粘性灰的SCR反應器吹灰。

　　3、聲波清灰器的選型分析

　　3.1 關(guān)于聲波清灰器設備的正名：吹灰器的這個名稱來自于蒸汽吹灰器，蒸汽吹灰器確實是利用蒸汽的能量，進行射流，噴吹的，所以“吹”字，恰如其分。而聲波吹灰器和蒸汽吹灰器的用途是一樣的，聲波吹灰器的名稱就沿襲蒸汽吹灰器的名字而來。而實際上聲波除灰的原理與射流噴吹完全不同，它利用的是聲波的震動，帶動灰的震動，然后隨煙氣的流速和重力作用，隨煙氣帶走，達到除灰的目的。所以我在這里建議，聲波吹灰器的名字，應改為“聲波清灰器”或者“聲波除灰器”更妥。以免用戶的誤讀。

　　3.2當前主流的聲波清灰器類型有：膜片式聲波清灰器、旋笛式聲波清灰器、共振腔型聲波吹灰器。對比分析如下表：

　　3.3 SCR反應器聲波清灰器選型分析：

　　反應器積灰特點：1)SCR脫硝反應器設計煙氣流速3-5m/S，比常規(guī)豎井煙道里面的煙氣流速要慢，所以灰的沉積也要較快。2)催化劑的形式有蜂窩狀和板式催化劑兩種。相對于煙道里面其他受熱面，比如過熱器，省煤器，空預器相對而言，所占空間比例要大，也就是煙氣流通的空間小，該結(jié)構(gòu)也相對容易產(chǎn)生積灰。

　　通過以上可以了解SCR反應器內(nèi)煙氣積灰沉積相對較快，而聲波是需要在過程中清灰的設備，所以清灰的頻率(次數(shù))較高。在這種工況下，建議采用膜片式聲波清灰器。

　　現(xiàn)在改進后的膜片式聲波清灰器，頻率低，灰振幅大，清灰效果好。因為膜片式的只需要控制進氣電磁閥即可，可以隨時起停，控制靈活方便。而旋笛式功率雖然比較大，但是因為它是靠電機驅(qū)動轉(zhuǎn)子切割空氣的，不適合頻繁的啟停工況。如果按照現(xiàn)在常用脫硝清灰的運行方式，每十分鐘清灰十秒鐘，旋笛吹灰器頻繁啟停，故障率會比較高。共振腔式聲波清灰器雖然有其安裝方便，免維護的優(yōu)點，但是一般頻率較高，清灰效果不太理想，在這里不做重點推薦類型。

　　4、聲波清灰器在SCR反應器統(tǒng)設計要點

　　4.1關(guān)于聲波清灰器的有效范圍

　　4.1.1聲波清灰器的有效范圍，每個廠家說明書資料上各不相同。有些廠家提供有效長度L≤15m,直徑D≤6m，有些L≤10m,直徑D≤4m。各不相同。從理論上講，這樣的有效范圍也是正常的。但是在工程設計上，完全按這樣的理論的有效范圍設計，是不能滿足工程需要的。

　　4.1.2有些廠家宣傳聲波沒有方向性，是球狀傳播的。但是從實踐來說聲波喇叭往正前方有效距離就比較大，垂直方向有效距離就比較短。說明聲波還是有方向性的。

　　4.1.3同時實踐證明聲波帶來的振動能量隨著距離是衰減很快的。有清灰效果和能滿足工程需要的清灰能力要區(qū)分開來，不能直接套用有清灰效果作為設計依據(jù)，

　　4.1.4應該以項目環(huán)境需要的清灰能力為準。以用戶實際的工程應用經(jīng)驗為參考，并考慮一定的裕量。

　　4.2關(guān)于聲波清灰器的安裝位置和數(shù)量設計。

　　4.2.1聲波吹灰器的安裝一般設在催化劑上面，喇叭下口距離催化劑100-200mm(或者喇叭中心線距離催化劑上表面50mm左右)。設計過程中要充分綜合考慮鋼梁、人孔等附屬設施的設計位置，盡量避免與其他結(jié)構(gòu)位置發(fā)生沖突。

　　4.2.2聲波吹灰器的數(shù)量要參照4.1充分考慮實際的有效清灰空間設計。不宜按理論值設計。

　　4.2.3聲波吹灰器的安裝位置，要充分考慮聲波具有方向性的特性，選定安裝位置。以保證同樣數(shù)量的清灰器，最大最優(yōu)的清灰效果。

　　4.2.4聲波與蒸汽吹灰器混裝的情況，要充分考慮兩者的安裝位置及設備特性，不發(fā)生沖突。

　　4.3關(guān)于聲波清灰器開孔的大小設計

　　現(xiàn)在大多數(shù)聲波吹灰器廠家都對設備進行了升級，喇叭大小一般在350-500mm之間。這樣就有兩種開孔方式：1)開孔按喇叭大小及套筒大小開孔，這樣開孔就需要約400-550mm，這樣整個喇叭可以做到與反應器墻齊平。2)開孔較小，比如開ø219的孔，這樣就需要從人孔將喇叭運進去，從里往外伸出喇叭，再與發(fā)生器連接。這種情況喇叭需要伸進反應器一段。

　　因為第二種方式會有喇叭后方及側(cè)面的盲區(qū)。所以建議在現(xiàn)場允許的情況下，采用第一種方式開孔。

　　4.4關(guān)于聲波清灰器氣源及管道的設計

　　聲波清灰器的清灰效果與空氣壓力和流量關(guān)系非常大，所以建議氣源壓力和流量盡量從設計角度給予優(yōu)化。比如氣源壓力盡量大一點，儲氣罐盡量離吹灰器現(xiàn)場近一些，吹灰器的主管道盡量粗一些。

　　壓縮空氣壓力盡量控制在0.5-0.6Mpa之間(用氣點),太低了影響效果。但是0.7Mpa以上的壓力也會縮短膜片的壽命。適中為好。

　　4.5關(guān)于聲波清灰器運行方式設計及控制系統(tǒng)設計

　　聲波清灰器的控制比較簡單，只需要控制進氣電磁閥的開閉即可。一般需要設定每臺清灰器的啟動時間和間隔時間，以及多臺聲波吹灰器的吹灰順序。因為如3.3所述，脫硝的吹灰是過程清灰，建議間隔時間要短，頻次要多。而運行時間要短，10S足以。建議初始值設定為10min一次，一次10s，現(xiàn)場可以根據(jù)運行情況，調(diào)整間隔時間。

　　有些廠家建議兩臺同時啟動，甚至多臺同時啟動。從理論上講，多臺同時啟動應該是有更好的清灰效果。但是從工程實踐來看，往往大部分用戶現(xiàn)場氣源不足，多臺同時啟動，各吹灰器之間往往會出現(xiàn)爭氣源現(xiàn)象，反而效果不好。所以多臺之間的運行方式，還是要因地制宜，在氣源不特別充足的情況下，還是建議單臺順次運行為好。

　　聲波吹灰器的控制系統(tǒng)有三種，一種是就地設電控箱，第二種是直接主系統(tǒng)的DCS控制，第三種是就地控制箱留DCS接口，就地和遠程同時控制。建議采用第二種，優(yōu)化過的電磁閥預留手動旋鈕，調(diào)試過程不需要接電即可實現(xiàn)就地調(diào)試，這樣設計系統(tǒng)更簡單實用，維護量更小。