吹灰器 在SCR脫硝系統中的選用

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.宇星科技發展（深圳）有限公司，深圳 518057）

吹灰器 在SCR脫硝系統中的選用

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.宇星科技發展（深圳）有限公司，深圳 518057）

介紹了SCR脫硝系統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脫硝系統中的工作原理、結構特點和技術特性。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脫硝系統對吹灰的要求，且結構簡單、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脫硝系統的煙氣含灰量高，容易形成積灰；由于此時SCR反應器內的溫度一般為280℃～420℃，堿金屬鹽蒸氣的凝結已經結束，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脫硝系統高效穩定運行的關鍵。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

蒸氣吹灰器為傳統吹灰器，由于其安全、可靠，在我國工業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，吹灰介質為高壓蒸氣，氣源參數一般為0.8M～3.5MPa、300℃～350℃。其結構為在母管上每距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反應器內的整個催化劑表面。對于耙式蒸氣吹灰器，根據催化劑的類型，確定催化劑所能承受的最大表面吹掃壓力，以便調節吹灰器的閥后壓力，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。一般來說，一個200MW燃煤機組的SCR脫硝系統，根據布置的蒸氣噴嘴的數量，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變成低頻聲能，發出低頻、高能的聲波，通過擴聲筒放大，由空氣介質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，以獲得最大的經濟效益。蒸氣吹灰器使用蒸氣作為吹灰介質直接吹掃，清灰強度大，能夠清除黏結強度較大的積灰；但由于催化劑的特殊結構，通道微小、內部結構不規則、蒸氣介質充滿度較低，存有吹灰死角，因而對于催化劑內部積灰以及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，會產生疲勞損傷，長期運行會使催化劑失效，甚至會發生腐蝕和堵塞。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生改變，容易導致積灰板結。DUKE能源公司1×1018MW燃煤機組配套的SCR脫硝系統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，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，不會對催化劑表面產生磨損、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，減少了催化劑內部積灰、板結的風險。

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也沒有影響。據統計[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個電廠還在繼續使用蒸氣清灰，其他都已改為聲波吹灰。國內江蘇國華太倉發電有限責任公司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，經過多年的運行檢驗，催化劑沒有發生積灰板結，可完全滿足SCR脫硝系統催化劑的吹灰需要。

3 結語

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

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

（3）聲波吹灰器沒有引入其它吹灰介質，不會對催化劑表面產生磨損、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脫硝系統的吹灰技術。

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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