声波吹灰器在旋风炉脱硝改造中的应用

李晓贺，徐欣欣

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

声波吹灰器在旋风炉脱硝改造中的应用

李晓贺，徐欣欣

(天津大沽化工股份有限公司 天津300455)

介绍了天津大沽化工股份有限公司热电分厂130,t/h旋风炉经过烟气脱硝改造后，空气预热器出现大量积灰，管束堵塞非常严重，最终导致烟气阻力增大，严重影响了锅炉运行的安全性和经济性。通过在空气预热器加装声波吹灰器，空气预热器的积灰问题得到了有效解决，锅炉运行的安全性和经济效益得到了保证。

旋风炉 空气预热器 吹灰器 烟气脱硝

0 引 言

随着现代工业生产的发展和生活水平的提高，大气污染成了人们越来越关注的问题。据有关资料统计，我国氮氧化物的排放量中有70%,来自于煤炭的直接燃烧，而火电工业又是我国的燃煤大户，因此，火力发电厂是氮氧化物排放的主要来源之一。2014年9月，国家发改委等部门联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》，天津大沽化工股份有限公司积极响应国家政策，为热电分厂燃煤锅炉全部配备烟气脱硝设施。烟气脱硝是将锅炉烟气中已生成的NOx还原为N2和H2O，从而脱除烟气中的NOx，但由于脱硝工艺需要喷入大量氨气，氨逃逸生成的NH4HSO4凝结并粘结烟气中的飞灰吸附在空气预热器的末端，造成空气预热器积灰严重。空气预热器压差增大，导致锅炉不能长周期运行，必须停炉对空气预热器清灰并进行高压清洗。此外，烟气阻力增大，排烟温度升高，锅炉不能达到经济负荷运行。因此，需解决空气预热器积灰这个难题，才能保证锅炉安全、稳定、经济、环保地长周期运行。

1 设备概况

天津大沽化工有限公司热电分厂为化工用自备电厂，主要供公司化工分厂生产用汽。热电分厂的3台额定蒸发量为130,t/h的旋风炉，为室内立式∏型布置、次高温次高压、单锅筒、自然循环、集中下降管、液态排渣、悬浮燃烧的煤粉炉。空气预热器为多道单面进风布置方式，由于脱硝改造，原中温、低温空气预热器改造为中温空气预热器上级、中温空气预热器下级、低温空气预热器从下往上依次布置在锅炉厂房外新增的钢架上，每层空气预热器有4组管箱，管箱高度为2,330,mm。其中，中温空气预热器上级管箱的管子规格为Φ51×1.5，中温空气预热器上级管箱换热面积为1,392 m2，中温空气预热器下级和低温空气预热器管箱的管子规格为Φ40×1.5，中温空气预热器下级和低温空气预热器每层空气预热器换热面积为1,452 m2。锅炉脱硝改造后的中温和低温空气预热器布置如图1所示。

图1 旋风炉脱硝改造后示意Fig.1 Schematic diagram of denitration transformation of the cyclone-type boiler

2 改造后空气预热器运行中出现的问题

SCR(选择性催化还原法)是目前应用较多的烟气脱硝技术，脱硝效率高达90%,以上，由于SCR脱硝反应器一般布置在电除尘器之前，因此烟气中的飞灰含量是比较高的。锅炉投运SCR后，不可避免产生NH3逃逸，烟气中的SO3与SCR逃逸的NH3会生成NH4HSO4。

NH3＋SO3＋H2O →NH4HSO4

NH4HSO4在150～200,℃之间呈液态，黏性和腐蚀性很强，NH4HSO4和烟气中的飞灰黏附在空气预热器换热面上，会使空气预热器换热面脏污，空气预热器低温段发生低温腐蚀，导致空气预热器大量积灰，换热效率降低，排烟温度升高，严重降低锅炉热效率，使锅炉运行不能达到经济负荷，运行2个月左右就需要停运进行高压清洗，耗费大量人力财力，造成生产停工周期延长，以及两次检修之间的运行时间缩短等问题，严重影响公司化工生产。

3 声波吹灰器原理及特点

3.1 声波吹灰器工作原理

声波吹灰器越来越广泛地应用于各个行业，其主要用于锅炉方面，声波吹灰器的最新应用领域是选择性催化还原反应器(SCR)。声波清灰是以压缩空气作为声波的能源，高强度的钛金属膜片在压缩空气气源的作用下自激振荡，并在谐振腔内产生谐振，把压缩空气的势能转换为低频声能，通过空气介质把声能传递到相应的积灰点，使声波对灰渣起到“声致疲劳”的作用。由于声波振荡的反复作用，施加于灰、渣的挤压载荷达到一定的循环应力次数时，灰、渣的结构因疲劳而破坏，然后因重力或因流体介质媒体将灰渣清除于附着体表面，达到清灰的作用。

3.2 声波吹灰器的特点

通过声波吹灰器的工作原理，我们可以发现声波吹灰器主要有以下特点：在声波有效范围内彻底除灰；短间隔断续运行，连续保持受热面清洁；对受热面无机械损伤；声波除灰装置体积小巧、结构紧凑、安装方便、操作便利、设备简单，无复杂的伸缩、旋转机构，因此故障率低、维修工作量及维修费用低；发声介质为压缩空气，节约水资源，运行成本低。

为解决空气预热器积灰堵塞问题，天津大沽化工有限公司热电分厂在脱硝改造完毕后，又对空气预热器加装声波吹灰器，中温空气预热器上级、中温空气预热器下级、低温空气预热器每层管箱上方分别加装一台声波吹灰器。如图1所示。

4 空气预热器加装声波吹灰器效果对比分析

4.1 运行效果对比分析

在加装声波吹灰器之前，空气预热器前后差压上升明显，排烟温度上升，运行两个月，空气预热器出现大量积灰，锅炉无法达到经济负荷运行，必须停炉对空气预热器进行高压清洗，严重影响化工分厂生产运行。

加装声波吹灰器后，空气预热器运行中保持24,h循环吹扫，差压基本保持稳定，排烟温度稳定，没有持续上升趋势，达到长周期运行条件。

4.2 排烟温度对比分析

加装声波吹灰器后，空气预热器积灰得到了有效控制，换热效率明显提高。空气预热器加装声波吹灰器前后排烟温度参数对比见表1，不考虑其他因素，排烟温度平均降低了17,℃。

4.3 经济效益分析

①节约高压清洗收益。改进前，锅炉运行最长3个月就需要对空气预热器进行一次高压清洗，这样每年就要清洗3～4次空气预热器，三层空气预热器总面积为4,296 m2，每次清洗费用约17万元，每减少一次清洗就会节约资金17万元左右。

表1 排烟温度对比Tab.1 The contrast of exhaust temperature

②节约燃煤收益。当空气预热器堵塞时，烟气系统阻力增大，我们需要增大引风机的出力，并适当减少鼓风机的出力，最终影响锅炉带负荷能力，对化工生产产生一定的影响。通过分析我们可以看出：当空气预热器堵塞时，我们需要不正常地增加引风机的出力来维持锅炉正常的负压系统，因此，锅炉的耗电量增加；由于锅炉的负压系统受到影响，导致鼓风机的出力变差，所以，锅炉的不完全燃烧热损失增加，锅炉的经济性下降。锅炉空气预热器加装声波吹灰器后，空气预热器积灰明显减少，不考虑其他因素，排烟温度平均降低了17,℃。我公司单台锅炉排烟量为30万t，燃烧煤的发热量约为5,900,kCal/kg，煤的单价约为410元/t。按单台锅炉每年运行6,000,h计算，每年节约燃煤约1,560,t，每年节煤收益约为63.96万元。

③节约开停锅炉收益。每次开停炉消耗柴油约6.5,t，柴油的单价按6,000元/t计算，则节约燃油费用约为3.9万元。开停炉消耗燃煤约6,t，每吨燃煤按410元计算，则节约燃煤费用约为2,460元。开停锅炉耗水耗电费用约为8,061元。因此，每减少一次开停炉，就可节约资金4.95万元。

④节能收益。每减少一次高压清洗，节省费用约为17万元；进行改造后每年节约燃煤收益63.96万元；每减少一次开停旋风炉节约资金约4.95万元。

5 结 语

电力行业是重要的基础性行业，也是社会经济持续发展的重要条件和保证，面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态退化的严峻形势，以及生态文明建设的国家需求，火电厂脱硝系统需要长期高效投入运行。锅炉SCR脱硝装置运行中存在积灰堵塞的问题，我公司对锅炉空气预热器加装声波吹灰器后，运行效果表明：无论是在安全性、经济性、可靠性还是在节能、降低成本等方面考虑，加装声波吹灰器很好地解决了空气预热器的积灰堵塞问题，保证了锅炉的安全稳定经济运行。■

［1］ 周强泰. 锅炉原理[M]. 2版，北京：中国电力出版社，2009.

［2］ 李彦民，王俊杰. 高强声波吹灰器在1,000,MW机组空气预热器中的应用[J]. 电力科技与环保，2016，32(2)：37-38.

［3］ 刘宇清，孙卫国. 可调频高强声波吹灰器在烟气脱硝中的应用浅析[J]. 电力科技与环保，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