呂宏俊，劉浩波，張澤玉，連長康，蘇錦燕

（1.深圳市格瑞斯達科技有限公司，深圳 518067；2.宇星科技發(fā)展（深圳）有限公司，深圳 518057）

吹灰器 在SCR脫硝系統(tǒng)中的選用

呂宏俊1，劉浩波2，張澤玉1，連長康2，蘇錦燕2

（1.深圳市格瑞斯達科技有限公司，深圳 518067；2.宇星科技發(fā)展（深圳）有限公司，深圳 518057）

介紹了SCR脫硝系統(tǒng)的積灰機理以及積灰對催化劑的危害，對比分析了蒸氣吹灰器和聲波吹灰器在SCR脫硝系統(tǒng)中的工作原理、結(jié)構特點和技術特性。實踐表明，在安全性、可靠性以及吹灰效果上，聲波吹灰器可完全滿足SCR脫硝系統(tǒng)對吹灰的要求，且結(jié)構簡單、緊湊，購置費用、安裝費用、運行費用和維護費用都低于蒸氣吹灰器，是SCR脫硝系統(tǒng)最適合的吹灰方式。

SCR；脫硝；蒸氣吹灰器；聲波吹灰器；選用

在眾多的脫硝技術中，選擇性催化還原（SCR）脫硝具有技術最成熟[1]、脫硝效率最高（可達到90%以上）[2]、運行可靠、NOx排放濃度低（可降低到100mg/Nm3以下）等優(yōu)點，在300MW及以上燃煤機組上得到了最為廣泛的應用[3、4]。SCR反應器通常布置在省煤器和空預器之間，屬于高灰布置方式[5]。我國燃煤電廠排放的煙氣中灰分含量普遍較高，使進入SCR脫硝系統(tǒng)的煙氣含灰量高，容易形成積灰；由于此時SCR反應器內(nèi)的溫度一般為280℃～420℃，堿金屬鹽蒸氣的凝結(jié)已經(jīng)結(jié)束，不會形成堅實的沉積層，而是松散的積灰，積灰會在催化劑表面搭橋堵塞，減小了催化劑的有效面積；催化劑活性位還會吸收灰分中的化學成分，影響催化劑活性和壽命。因此，清除催化劑表面的積灰、保證催化劑的活性和使用壽命是SCR脫硝系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的關鍵。為了預防和清除堆積在催化劑表面的積灰，解決由于粉塵顆粒物堵塞氣流通道而造成的壓力降增大問題，一般在SCR反應器承載的催化劑的上方安裝有吹灰裝置，使SCR反應器的壓降保持在較低的水平。

1 吹灰器的應用

目前應用于SCR脫硝系統(tǒng)的催化劑主要有蜂窩式、平板式和波紋板式三種形式，通常采用混合法和浸漬法制備；由于蜂窩式催化劑在同等體積下往往具有更大的比表面積，即達到相同脫硝效率時的所需體積更小，有利于降低投資成本，因此蜂窩式催化劑在SCR脫硝技術中應用最為廣泛。燃煤機組的SCR脫硝改造普遍面臨著催化劑吹灰器的選擇難題，在吹灰器的選擇上，除了要考慮吹灰效果外，還要考慮對催化劑的磨損影響。目前SCR脫硝系統(tǒng)上普遍應用的催化劑吹灰裝置有蒸氣吹灰器和聲波吹灰器兩種形式，根據(jù)煙氣成分、粉塵濃度、積灰部位、積灰程度、黏污特性以及吹灰器的性能特點、清灰效果等因素，選擇清灰效率高、效果好的吹灰器，以獲得最大的經(jīng)濟效益并使安全性達到最大化。

1.1 蒸氣吹灰器的應用

蒸氣吹灰器為傳統(tǒng)吹灰器，由于其安全、可靠，在我國工業(yè)鍋爐和電站鍋爐上得到廣泛應用，其工作原理是將適當干度和壓力的蒸氣從吹灰器噴口高速噴出，吹掃積灰沉積面來清除催化劑上的積灰，蒸氣壓力決定了吹灰的有效性。SCR脫硝工程常用可伸縮的耙式蒸氣吹灰器來清除催化劑表面的積灰，吹灰介質(zhì)為高壓蒸氣，氣源參數(shù)一般為0.8M～3.5MPa、300℃～350℃。其結(jié)構為在母管上每距3m左右（一個行程）開一個支管，支管上開有距離150mm左右的噴射孔；過熱蒸氣自噴射孔沿煙氣流動的方向吹掃催化劑表面的積灰，吹灰器移動一個行程后蒸氣吹掃就覆蓋了SCR反應器內(nèi)的整個催化劑表面。對于耙式蒸氣吹灰器，根據(jù)催化劑的類型，確定催化劑所能承受的最大表面吹掃壓力，以便調(diào)節(jié)吹灰器的閥后壓力，使之更有效地進行吹掃。圖1為耙式蒸氣吹灰器安裝示意圖。

圖1 耙式蒸氣吹灰器安裝示意圖

一般每層催化劑模塊的上方都需設置蒸氣吹灰器，各層吹灰器的吹掃時間錯開，每個吹灰器一個行程的吹掃時間為5～10min，根據(jù)SCR反應器的大小，通常每班吹灰一次，也可視實際情況（如壓差變化）來增加或減少吹掃次數(shù)。一般來說，一個200MW燃煤機組的SCR脫硝系統(tǒng)，根據(jù)布置的蒸氣噴嘴的數(shù)量，蒸氣消耗量一般為4500～6500m3/h。耙式蒸氣吹灰器的清灰強度大，對結(jié)渣性較強、熔點較低、黏度較大的積灰清除效果明顯，對于催化劑表面已形成的松散型積灰清除效果良好，也被廣泛用于其它工業(yè)脫硝，如熱電廠、玻璃廠和化工廠等。

1.2 聲波吹灰器的應用

聲波吹灰技術是清灰領域的一項新技術。膜片式聲波吹灰器的工作頻率在20Hz左右，工作原理是以0.5M～0.7MPa的壓縮空氣為動力源，用自激振蕩和諧振的方法把壓縮空氣轉(zhuǎn)變成低頻聲能，發(fā)出低頻、高能的聲波，通過擴聲筒放大，由空氣介質(zhì)把聲能傳遞到相應的積灰點，直接作用于灰塵顆粒上，達到有效清灰、清堵的目的[6]。聲波吹灰器的安裝示意圖如圖2。

圖2 聲波吹灰器安裝示意圖

每層催化劑模塊的上方都需設置聲波吹灰器，以盡可能地將催化劑吹掃干凈，防止煙氣中的飛灰在催化劑上沉積、堵塞催化劑孔道而造成催化劑脫硝效率的下降。第一層吹灰器采用傾斜安裝，主要是考慮偏轉(zhuǎn)聲波的指向性，使更多的聲波能量作用于積灰面，角度的選擇在于作用范圍與指向性以及聲波反射間的平衡；其他層吹灰器采用水平布置，主要是考慮兩層之間的間距較小，聲波可以在此空間內(nèi)多次反射，形成良好的聲場，有效地利用聲能，除了可吹掃下層的催化劑，還可對上次催化劑的底部進行吹掃。聲波吹灰器安裝實物圖如圖3。

圖3 聲波吹灰器安裝實物圖

2 吹灰器的選用分析

在SCR脫硝工程中，綜合考慮積灰部位、積灰程度以及吹灰器的性能特點、清灰效果等因素，最終選用吹掃效率高、吹掃效果好的吹灰器，以獲得最大的經(jīng)濟效益。蒸氣吹灰器使用蒸氣作為吹灰介質(zhì)直接吹掃，清灰強度大，能夠清除黏結(jié)強度較大的積灰；但由于催化劑的特殊結(jié)構，通道微小、內(nèi)部結(jié)構不規(guī)則、蒸氣介質(zhì)充滿度較低，存有吹灰死角，因而對于催化劑內(nèi)部積灰以及SCR反應器邊緣積灰的處理效果減弱。而且由于SCR反應器中的導流板很難完全使煙氣流垂直于催化劑表面，蒸氣對催化劑表面的沖刷不可避免，會產(chǎn)生疲勞損傷，長期運行會使催化劑失效，甚至會發(fā)生腐蝕和堵塞。同時，由于煙道尾部空預器溫度低，前端蒸氣吹灰器的使用增加了煙氣的含水量，使得煙道尾部的空預器以及除塵器積灰性狀發(fā)生改變，容易導致積灰板結(jié)。DUKE能源公司1×1018MW燃煤機組配套的SCR脫硝系統(tǒng)初始采用耙式蒸氣吹灰器，運行1年多后因積灰問題而改為聲波吹灰器[7]。

聲波吹灰器是利用聲能清灰，清灰強度較小，因此無法清除黏結(jié)強度較大的積灰。但SCR反應器中形成的積灰一般比較松散，黏結(jié)強度不大，聲波吹灰器的吹灰強度足夠保持催化劑清潔。而且，聲波吹灰器的能量傳播方式、清灰的有效范圍與蒸氣吹灰器不同。聲波吹灰是利用其它分子振動位相或振動狀態(tài)的傳播來傳遞能量，氣體分子本身除在其各自平衡位置附近做彈性振動外沒有定向移動，能量的消耗幾乎為零，所以作用范圍較大[8]。同時，由于聲波的反射、投射和衍射等特性，不管聲波發(fā)生器安裝的位置和方向如何，聲波均能進入催化劑的微通道內(nèi)，有效地阻止灰塵顆粒的沉積，清灰不留死角[9]。另外，聲波吹灰器沒有引入其它吹灰介質(zhì)，不會對催化劑表面產(chǎn)生磨損、腐蝕、堵塞等副作用，有利于延長催化劑的使用壽命；而且聲波吹灰器不額外增加煙氣濕度，減少了催化劑內(nèi)部積灰、板結(jié)的風險。

蒸氣吹灰器和聲波吹灰器的性能對比見下表。

蒸氣吹灰器和聲波吹灰器的性能對比表

由上表可看出，聲波吹灰器結(jié)構簡單、緊湊，其購置費用、安裝費用、運行費用和維護費用都低于蒸氣吹灰器，對燃煤電廠原有的蒸氣供給系統(tǒng)也沒有影響。據(jù)統(tǒng)計[7]，從1999年以來，美國新建的96個SCR脫硝項目中，67個項目采用聲波吹灰、29個項目采用蒸氣吹灰；截止到2004年，這96個SCR脫硝項目只有2個電廠還在繼續(xù)使用蒸氣清灰，其他都已改為聲波吹灰。國內(nèi)江蘇國華太倉發(fā)電有限責任公司2×600MW機組煙氣脫硝工程、江蘇大唐呂四港發(fā)電有限責任公司4×660MW煙氣脫硝改造工程、浙江大唐烏沙山發(fā)電有限公司4×600MW煙氣脫硝改造工程等采用聲波吹灰器來清除催化劑表面的積灰，經(jīng)過多年的運行檢驗，催化劑沒有發(fā)生積灰板結(jié)，可完全滿足SCR脫硝系統(tǒng)催化劑的吹灰需要。

3 結(jié)語

（1）聲波吹灰器是預防性的吹灰方式，能夠保證SCR反應器內(nèi)催化劑的連續(xù)清潔，可以最大限度、最好地保持催化活性。

（2）與傳統(tǒng)蒸氣吹灰器的性能相比，聲波吹灰器結(jié)構簡單，無轉(zhuǎn)動機械，沒有介質(zhì)沖刷接觸面，運行安全可靠。

（3）聲波吹灰器沒有引入其它吹灰介質(zhì)，不會對催化劑表面產(chǎn)生磨損、腐蝕、堵塞等，對各種脫硝催化劑無毒副作用，有利于延長催化劑的使用壽命，是保證催化劑活性使用壽命的關鍵設備。

實踐證明，無論從安全性、可靠性的角度，還是從節(jié)能、設備投資成本、運行成本、維護成本等方面考慮，聲波吹灰都是非常適合SCR脫硝系統(tǒng)的吹灰技術。

[1] Pio Forzatti. Present status and perspectives in de-NOxSCR catalysis [J]. Applied Catalysis A： General， 2001（222）：221-236.

[2] 呂宏俊，吳迅海.選擇性催化還原脫硝技術應用的若干關鍵問題[A].中國環(huán)境保護優(yōu)秀論文精選[C]. 2006：305-310.

[3] United States Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and Standards M. EPA Air Pollution Control Cost Manual（Sixth Edition），EPA/452/B-02-001 ，2002.

[4] 呂宏俊. 選擇性催化還原脫硝工藝的三種布置方式及分析評價[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2007（5）：160-164.

[5] 呂宏俊，任庚坡.SCR脫硝技術在600MW燃煤機組應用上的工藝設計[J].上海節(jié)能，2013（6）：31-36.

[6] 張光澤，劉亞年.聲波清灰器的原理及應用[J].石油化工設備技術，2003，24（1）：46-47.

[7] 裴慶春.聲波吹灰器和蒸氣吹灰器在SCR的應用和經(jīng)濟性分析[J].電力設備，2007，8（11）：57-58.

[8] 姜根山，李曉東，田靜.聲波除灰的能量傳播優(yōu)勢[J].中國電力，1999（9）： 32- 37.

[9] 馬大猷. 現(xiàn)代聲學理論基礎[M].北京：科學出版社，2004.

Selective Use of Blowing Dust Utensil in SCR Denitration System

LV Hong-jun, LIU Hao-bo, ZHANG Ze-yu, LIAN Chang-kang, SU Jin-yan

X701

A

1006-5377（2015）04-0064-03