廖雪華

(貴港市建設(shè)投資發(fā)展有限公司，廣西 貴港 537100)

脈沖吹灰器在硫鐵礦制酸余熱鍋爐的應(yīng)用

廖雪華

(貴港市建設(shè)投資發(fā)展有限公司，廣西 貴港 537100)

硫鐵礦制酸余熱鍋爐脈沖吹灰器，其能量以定向沖擊波方式有效作用于積灰受熱面，使積灰與受熱表面分離、脫落，并能減少對(duì)爐墻的沖擊，解決了硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對(duì)流管束積灰問題，保證鍋爐機(jī)組的良好運(yùn)行，起到提高蒸汽產(chǎn)量，增加發(fā)電量，提高制酸產(chǎn)量的作用。裝置還可提高余熱鍋爐對(duì)原料變化的適應(yīng)性，可提高硫鐵礦制酸企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益，實(shí)現(xiàn)高中低品位硫鐵礦的綜合利用，對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益和增加競(jìng)爭(zhēng)力非常有利。

脈沖吹灰器；余熱鍋爐；硫鐵礦制酸

廣西西江化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)12萬t·a-1硫酸生產(chǎn)裝置，采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，原料硫鐵礦在沸騰爐和空氣經(jīng)過焙燒生成SO2。沸騰爐產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)余熱鍋爐換熱生產(chǎn)蒸汽發(fā)電。原隨機(jī)配套的是機(jī)械振動(dòng)除灰裝置，其振桿夾小，受熱面連接爐內(nèi)高溫部位，經(jīng)常燒壞，導(dǎo)致除灰效果下降，受熱面積灰。隨著余熱鍋爐運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，余熱鍋爐過熱器與對(duì)流管束產(chǎn)生嚴(yán)重的積灰問題，余熱鍋爐換熱效果下降，阻力增加，造成發(fā)電負(fù)荷減小，制酸產(chǎn)量下降。近年來，因原材料價(jià)格不斷上漲，硫酸價(jià)格暴跌，企業(yè)生產(chǎn)成本遠(yuǎn)大于銷售價(jià)格，因此，企業(yè)不得不摻燒低品位礦、高雜質(zhì)礦或改燒磁硫鐵礦。由于這些礦種含雜質(zhì)多且高，余熱鍋爐過熱器與對(duì)流管束的積灰問題更加嚴(yán)重，導(dǎo)致鍋爐出口溫度升高，硫酸生產(chǎn)后續(xù)工序設(shè)備工作負(fù)荷增加，工藝控制指標(biāo)超標(biāo)，生產(chǎn)不正常，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的運(yùn)行工藝及開機(jī)率，增加了生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了提高余熱鍋爐對(duì)焙燒低品位硫鐵礦、磁硫鐵礦的適應(yīng)性，解決硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對(duì)流管束的積灰問題，提高蒸汽產(chǎn)量，增加發(fā)電量，提高制酸產(chǎn)量，哈爾濱世紀(jì)電站鍋爐輔機(jī)廠依據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)情況，提出吹灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并針對(duì)本公司鍋爐的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造脈沖吹灰系統(tǒng)。

1 脈沖吹灰系統(tǒng)

熱爆脈沖吹灰器簡(jiǎn)稱脈沖吹灰器，又名激波吹灰器、沖擊波吹灰器、爆炸波吹灰器，其基本原理是：燃料與氧化劑氣體(如空氣)的混合氣在與煙道連通的脈沖發(fā)生器內(nèi)點(diǎn)火爆炸，利用爆炸產(chǎn)生的壓縮沖擊波的“交變沖壓吸拉效應(yīng)”、“物理微爆效應(yīng)”和高速脈沖射流的“吹掃效應(yīng)”，吹除鍋爐受熱面和煙道壁面的各種積灰，兼具振動(dòng)、聲波、高溫?zé)峤馊N清灰效應(yīng)。哈爾濱世紀(jì)電站鍋爐輔機(jī)廠開發(fā)的適用于硫鐵礦原料焙燒的燃?xì)饷}沖吹灰裝置，將可燃?xì)怏w(本項(xiàng)目采用乙炔氣)與空氣在特殊結(jié)構(gòu)的混配點(diǎn)火裝置中混合，在脈沖發(fā)生器內(nèi)被高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃，燃?xì)馐芟到y(tǒng)特殊結(jié)構(gòu)的調(diào)制瞬間產(chǎn)生沖擊波，沖擊波以球面波的形式沿噴嘴出口法線方向傳播，可使其能量有效作用于積灰受熱面，減少對(duì)爐墻的沖擊。脈沖噴嘴采用定向曲型設(shè)計(jì)，使沖擊波導(dǎo)向積灰管束，可使脈沖氣流準(zhǔn)確作用于積灰部位，聲能和動(dòng)能對(duì)灰粒子產(chǎn)生沖擊和加速擾動(dòng)，使之與受熱表面分離，從而脫落。

1.1 脈沖發(fā)生器

脈沖發(fā)生器是燃?xì)忸A(yù)混合氣體進(jìn)行爆燃的罐體，用于組織和加速爆燃過程，建立高湍流路線，調(diào)制、發(fā)射沖擊波。脈沖發(fā)生器內(nèi)部為有隔板分離的罐體，且用混合氣導(dǎo)管（火焰導(dǎo)管）與混配點(diǎn)火裝置連接。脈沖噴嘴通過爐墻密封盒及其中心的穿墻管伸入爐內(nèi)，脈沖發(fā)生器和鍋爐的固定采取雙重固定，使脈沖發(fā)生器能與爐墻整體膨脹[1]。

1.2 脈沖噴嘴

脈沖噴嘴用于控制爆燃沖擊波的氣流方向，是吹灰器工作的關(guān)鍵部件。沖擊波以球面波的形式沿噴嘴出口法線方向傳播，為了使其能量有效作用于積灰受熱面，減少對(duì)爐墻的沖擊，脈沖噴嘴采用定向曲型噴嘴，以使脈沖氣流準(zhǔn)確作用于積灰部位。

1.3 混合點(diǎn)火柜

混合點(diǎn)火柜內(nèi)設(shè)置有混合阻火器、混和點(diǎn)火器裝置、反沖裝置等設(shè)施，具有分路開/閉、混合、點(diǎn)火、防沖擊等功能。每支路設(shè)置1臺(tái)混合點(diǎn)火裝置。

1.4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)以西門子S7-200可編程控制器作為控制核心，設(shè)置DCS接口，吹灰程控系統(tǒng)的邏輯和監(jiān)控功能由DCS設(shè)置，具有手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、工況監(jiān)控、群控、就地操作控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控等智能運(yùn)行控制功能。

2 吹灰器設(shè)計(jì)方案

年產(chǎn)12萬t·a-1硫鐵礦制硫酸裝置，余熱鍋爐型號(hào)為QCF33/940-17-3.82/450，設(shè)計(jì)蒸發(fā)量17t·h-1，過熱蒸汽壓力3.82MPa，過熱蒸汽溫度450℃，沸騰爐焙燒面積34m2。為了確保吹灰效果，保證機(jī)組的良好運(yùn)行，提高蒸汽產(chǎn)量，增加發(fā)電量，提高制酸產(chǎn)量，裝置配備脈沖吹灰器的型號(hào)為HDZ-325/159-16/16-ZJ，主要包括脈沖發(fā)生器16臺(tái)、混合點(diǎn)火柜8臺(tái)、電氣控制柜1臺(tái)。脈沖吹灰器在過熱器位置布置6臺(tái)吹灰器，對(duì)流管束位置共布置10臺(tái)吹灰器，脈沖吹灰器及噴嘴位置、數(shù)量、規(guī)格見表1。吹灰器布置圖見圖1、圖2。

表1 脈沖吹灰器及噴嘴位置、數(shù)量、規(guī)格

圖1 吹灰器立面布置圖

圖2 吹灰器立面截面圖

3 效果與分析

2013年8月初生產(chǎn)系統(tǒng)停機(jī)技改，2013年8～9月拆除原機(jī)械振動(dòng)除灰裝置，進(jìn)行吹灰器設(shè)備安裝，2013年10月底生產(chǎn)系統(tǒng)開機(jī)調(diào)試，2013年11月吹灰裝置及整個(gè)硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。表2為吹灰器技改前后余熱鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)、汽輪機(jī)發(fā)電負(fù)荷對(duì)照表。

從表2可看出，技改前隨著余熱鍋爐運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，由于鍋爐過熱器與對(duì)流管束產(chǎn)生嚴(yán)重的積灰，余熱鍋爐換熱效果下降，阻力增加，鍋爐出口溫度不斷升高，造成蒸汽產(chǎn)量（與給水流量對(duì)應(yīng)）、發(fā)電負(fù)荷逐漸下降。生產(chǎn)一定周期后生產(chǎn)系統(tǒng)必須停車清理才能繼續(xù)生產(chǎn)。余熱鍋爐安裝脈沖吹灰器后，沸騰爐、余熱鍋爐工藝參數(shù)運(yùn)行比較穩(wěn)定，鍋爐進(jìn)出口阻力降相對(duì)穩(wěn)定，鍋爐出口溫度、發(fā)電負(fù)荷變化不大，說明吹灰器較好地解決了硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對(duì)流管束的積灰問題，保證了鍋爐機(jī)組的良好運(yùn)行。從2013年11月開機(jī)一直到2014年8月停機(jī)，期間余熱鍋爐進(jìn)出口阻力降、鍋爐出口溫度、發(fā)電負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，系統(tǒng)沒有專門停機(jī)以清理余熱鍋爐積灰，延長(zhǎng)了硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)周期，提高了系統(tǒng)開機(jī)率，蒸汽產(chǎn)量提高，發(fā)電量增加，制酸產(chǎn)量提高。

3.1 應(yīng)用效果

1）余熱鍋爐機(jī)組工藝運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)發(fā)電量、制酸產(chǎn)量提高。從2013年11月鍋爐機(jī)組試運(yùn)行至2014年8月生產(chǎn)系統(tǒng)停機(jī)檢修，期間不用停機(jī)清理余熱鍋爐積灰。運(yùn)行期間，由于清灰效果較好，余熱鍋爐進(jìn)出口阻力降、鍋爐出口溫度、鍋爐蒸發(fā)量、發(fā)電負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，相比機(jī)械振動(dòng)除灰裝置，發(fā)電負(fù)荷平均增加300～500kWh·h-1。安裝脈沖吹灰器后，避免了停機(jī)清灰，增加了系統(tǒng)開機(jī)天數(shù)，延長(zhǎng)了硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)周期，經(jīng)測(cè)算，年發(fā)電及制酸產(chǎn)量增加即可增產(chǎn)342.4萬元。

表2 吹灰器技改前后余熱鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)、汽輪機(jī)發(fā)電負(fù)荷對(duì)照表

2）減少因鍋爐列管與集箱連接焊縫拉裂引起鍋爐漏水的現(xiàn)象。原隨機(jī)配套的機(jī)械振動(dòng)除灰裝置直接安裝在爐墻上，其振桿夾小，受熱面連接爐內(nèi)高溫部位，其振桿、夾具經(jīng)常燒壞，隨著余熱鍋爐運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，積灰加劇。為了減輕積灰，鍋爐操作工便加強(qiáng)振打，由于高溫與震動(dòng)應(yīng)力的作用，鍋爐列管與集箱連接焊縫薄弱處會(huì)發(fā)生拉裂現(xiàn)象，引起鍋爐漏水。改裝脈沖吹灰器后，脈沖發(fā)生器和鍋爐之間采取雙重固定，脈沖噴嘴通過爐墻密封盒及其中心的穿墻管伸入爐內(nèi)，不與爐墻直接接觸，運(yùn)行過程中沒有發(fā)生因鍋爐列管與集箱連接焊縫拉裂而引起鍋爐漏水的現(xiàn)象。

3）清灰效果好。安裝脈沖吹灰器后，余熱鍋爐機(jī)組工藝運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐停機(jī)吹冷后，打開鍋爐爐門檢查，發(fā)現(xiàn)余熱鍋爐過熱器、對(duì)流管束間基本沒有積灰及無法清理的積灰死角，可看出脈沖吹灰器設(shè)計(jì)布置比較合理，定向噴嘴產(chǎn)生的沖擊波能傳播到各個(gè)方位，脈沖氣流能準(zhǔn)確作用于各個(gè)積灰部位。且沖擊波本身具有“交變沖壓吸拉效應(yīng)”、“物理微爆效應(yīng)”和高速脈沖射流的“吹掃效應(yīng)”，并兼具振動(dòng)、聲波、高溫?zé)峤馊N清灰效應(yīng)，所以鍋爐過熱器、對(duì)流管束間基本沒有積灰，死角積灰也同樣因高溫?zé)峤?、振?dòng)、吸拉而消除。采用燃?xì)饷}沖吹灰裝置后，由于清灰效果較好，不必專門停車清灰，據(jù)測(cè)算，此一項(xiàng)每年節(jié)約轉(zhuǎn)化觸媒升溫電費(fèi)、沸騰爐點(diǎn)火費(fèi)用約17萬元。

3.2 環(huán)境效益分析

安裝吹灰器后，隨著余熱鍋爐出口溫度的降低，鍋爐出口氣體顯熱下降，凈化氣體時(shí)稀酸蒸發(fā)量相應(yīng)減小，據(jù)測(cè)算凈化崗位稀酸循環(huán)量由230m3·h-1下降至200m3·h-1，每年可減排1200m3。此外減少清理鍋爐時(shí)礦塵飛揚(yáng)影響環(huán)境20天。

3.3 原料硫鐵礦適應(yīng)性分析

近年來，由于原材料價(jià)格不斷上升，硫酸價(jià)格暴跌，企業(yè)虧損嚴(yán)重。為了降低成本，企業(yè)實(shí)施摻燒低品位礦、高雜質(zhì)礦或改燒磁硫鐵礦。由于低品位硫礦、高雜質(zhì)礦、磁硫鐵礦來源不穩(wěn)定，含雜質(zhì)種類多、含量高，焙燒工況起伏很大。特別是鉛鋅在焙燒過程中熔點(diǎn)較低，易使焙燒沸騰爐產(chǎn)生結(jié)疤，余熱鍋爐過熱器與對(duì)流管束產(chǎn)生積灰等問題。技改后，由于脈沖吹灰器有效的除灰作用，沸騰爐、余熱鍋爐運(yùn)行的工藝參數(shù)、鍋爐進(jìn)出口阻力降相對(duì)比較穩(wěn)定，鍋爐出口溫度、蒸汽產(chǎn)量、發(fā)電負(fù)荷變化不大。生產(chǎn)期間該公司原料來源、礦種、原料庫(kù)存量變化很大，為達(dá)到礦渣質(zhì)量要求，生產(chǎn)車間也經(jīng)常調(diào)整各種原料礦配比，但余熱鍋爐進(jìn)出口阻力降、鍋爐出口溫度、蒸汽產(chǎn)量、發(fā)電負(fù)荷還是相對(duì)穩(wěn)定，說明該吹灰裝置對(duì)原料變化的適應(yīng)性很強(qiáng)，能有效解決原料變化引起的過熱器與對(duì)流管束積灰問題，保證鍋爐機(jī)組的良好運(yùn)行。

4 結(jié)論

1）安裝硫鐵礦制酸余熱鍋爐脈沖吹灰器，有效解決了硫鐵礦制酸余熱鍋爐過熱器與對(duì)流管束的積灰問題，保證了鍋爐機(jī)組的良好運(yùn)行，延長(zhǎng)了硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)周期，提高了蒸汽產(chǎn)量，增加了發(fā)電量，提高了制酸產(chǎn)量，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益可觀，對(duì)企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力非常有利。

2）該脈沖吹灰器可提高硫鐵礦制酸企業(yè)余熱鍋爐對(duì)原料變化的適應(yīng)性，對(duì)硫鐵礦制酸企業(yè)改變?cè)蟻碓唇Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高中低品位硫鐵礦的綜合利用，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，也是非常有利的。

[1] 朱占偉，王俊，劉永干，李兵.激波吹灰器在余熱鍋爐中的優(yōu)化運(yùn)行[J].石油化工設(shè)備，2008(8)：75-77.

[2] 曹義國(guó).并列管路共享式三管熱爆脈沖吹灰器：CN,101290128A[P].2008-10-22.

[3] 李澤.燃?xì)饷}沖吹灰器的工業(yè)應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

Application of Pulse Soot Blow in Afterheat Boiler of Pyritebased Sulphuric Acid Plant

LIAO Xuehua
(Guigang Construction Investment Development Ltd., Guigang 537100, China)

B

1671-9905(2017)03-0045-04

廖雪華（1968-），男，漢族，廣西貴港市人，工程師，主要從事化工生產(chǎn)設(shè)計(jì)、管理、產(chǎn)品研發(fā)工作，E-mail:Lxhxh968@163.com

2017-01-13