聲波吹灰器原理及常見故障分析

張學軍

摘要：隨著火力發電技術的不斷提高，國家環保要求的不斷嚴格，對火力發電廠NOX排放要求越來越嚴格，現階段火力發電廠已全部按照國家要求安裝脫硝裝置。火力發電廠多使用SCR脫硝技術，SCR采用選擇性催化還原技術進行脫硝，主要利用催化劑的作用去除煙氣中的氮氧化物，催化劑狀態的好壞將直接影響到脫硝效率。本次研究中主要針對SCR中催化劑使用的聲波吹灰器常見的一些故障進行分析并且探討解決方法。

關鍵詞：火力發電;脫硝;SCR;聲波吹灰器

引言：

我國在“十二五”期間會將氮氧化物也列入節能減排的總量控制范圍，而控制氮氧化物的實質就是“脫硝”;今后會像強制“脫硫”一樣實施強制“脫硝”，現在所有火力發電廠已經全部實現在線脫硝。所謂脫硝就是燃燒煙氣中去除氮氧化物的過程，防止環境污染的。世界上比較主流的工藝分為：SCR和SNCR。這兩種工藝除了由于SCR使用催化劑導致反應溫度比SNCR低外，其他并無太大區別，但如果從建設成本和運行成本兩個角度來看，SCR的投入至少是SNCR投入的數倍，甚至10倍不止。但SCR技術成熟性較高，火電廠大多采用SCR脫硝技術。SCR的核心就是催化劑，目前最常用的催化劑為V2O5-WO3（MoO3）/TiO2系列（TiO2作為主要載體、V2O5為主要活性成分）。催化劑一般采用板式、蜂窩式和波紋板式，其中板式和蜂窩式使用較多。蜂窩式催化劑孔徑一般在5mm-10mm左右，我廠催化劑孔徑為8.1mm，板式催化劑板節距一般在5mm-10mm間，我廠催化劑節距為6.7mm。由于催化劑孔徑較小，在鍋爐運行中易在其表面和通道內產生積灰，一旦催化劑發生積灰，就會使得催化劑有效反應面積大大減小，致使脫硝效率降低，影響鍋爐環保參數，同時可能會影響鍋爐爐膛負壓。

聲波吹灰器便是解決催化劑積灰的一大利器，聲波吹灰器是將壓縮空氣（或蒸汽）轉換成大功率聲波或次聲波（一種以疏密波的形式在空間介質（氣體）中傳播的壓力波）送入爐膛或煙道內，當受熱面或催化劑上的積灰受到以一定頻率交替變化的疏密波反復拉、壓作用時，因疲勞疏松脫落，隨煙氣流帶走，或在重力作用下，沉落至灰斗排出。本文主要介紹聲波吹灰器的清灰機理、工作原理、常見故障及處理方法。

1聲波吹灰器清灰機理

聲波吹灰器就是一種將氣流（空氣、蒸汽）轉換為聲波的一種設備。鍋爐運行過程中，由于灰粒子的表面引力、粒子之間及粒子與爐內管壁（催化劑）之間的粘結力、分子附著力、靜電引力以及化學親合力等多方面的作用，在爐膛及煙道各部位的換熱面上就會逐漸形成積灰結焦。煙氣中的灰粒是一種寬篩分組成，但大部分都<220um，其中多數為10-30um的微粒。當煙氣橫向沖刷受熱面時，管子的背風面產生旋渦，將許多小塵粒吸附進去，灰粒分子和靜電引力吸附在管壁上，灰粒越小其單位重量的表面積就越大，因而相對分子和靜電引力就越大。小于3-5um的灰粒與管壁接觸時，其分子引力大于本身重量，從而使其吸附在管壁上;另外煙氣中的灰粒可以被感應而帶有靜電荷，當帶電的灰粒與管壁接觸時，靜電引力大于灰粒自身重力的顆粒便會吸附在管壁上。一般情況<10um帶電灰粒都會被吸附住，有時20-30um的帶電灰粒也能吸附灰管壁上。但大的灰粒不但不會吸附在管壁上，而且還有可能會沖擊管壁，使積灰減輕，聲波吹灰正是利用這一原理進行吹灰的。

在聲場中，細小塵粒可以凝并成大顆粒已被證實。聲波引起的振動，致使不同大小（或不同密度）的塵粒被帶動的程度不同，從而產生不同的移動速度。小塵粒由于質量小將參與大幅度的聲波振動，并與難以振動的大塵粒相碰撞，在靜電作用下并。凝并增大了粉塵粒徑，從而達到減輕和清除積灰的目的。

另外，聲波作為一種以能量形式存在的機械波，還可以使積灰表面產生附加振動而進行吹灰。邊界層的音數由近爐墻區的壓力場和磨擦力的相互作用所決定，邊界層的間新伴隨著煙氣的逆向流動，煙氣的聲振蕩周期性可改形邊界層中壓力縱向梯度，這種不穩定的流動工況使微粒難以在管壁上沉積，并能破壞已形成的粘著層。簡而言之，聲波清灰的基本原理在于聲波對積灰的高加速度剝離作用和振動疲勞破碎作用。此外，聲波與煙氣流，換熱管之間的流體動力場關系，高聲強非線性的特殊效應等都將對清灰除焦起作用。

2.聲波吹灰器工作原理

2.1聲波吹灰器系統組成

我廠原設計采用北京時林機電設備有限公司生產的SY-15型聲波吹灰器。SY 系列聲波清灰系統由聲波清灰器、壓縮氣管線及執行部件和控制柜等三部分組成，如圖所示。

2.1.1.聲波清灰器：由發生器、聲導管、隔聲罩等組成，其中發生器與聲導管在出廠前已經組裝為一體，并完成了校驗。

2.1.2.壓縮氣管線及執行部件：包括電磁閥、過濾器、調壓閥（選配件）、金屬軟管其它管件以及相應的連接管線。

2.2 SY型聲波吹灰器工作原理

SY聲波發生器具有兩個腔體，一個是高壓腔，一個是低壓腔。其工作原理如下：

當壓力差再次升高，當到達一定值時，將再次重復這一快速的通斷過程，使空氣產生震蕩，經聲導管的耦合作用，形成特定頻率的高能聲波，輻射到作用區域。

3.聲波吹灰器常見故障

3.1吹灰器不發聲

吹灰器日常運行中故障較為單一，一般就是不發聲或是發生異常。其中不發聲較為常見，其原因有很多，其中主要原因有：聲波膜片損壞、通氣孔堵死、導管堵死、進氣濾網堵死、膜片表面污染、進氣電磁閥損壞。

3.2 吹灰器發生異常

吹灰器發生異常也是聲波吹灰器常見的一種故障，其主要原因有：聲波膜片磨損、氣源壓力不足、膜片表面污染、通氣孔部分堵塞、發聲頭本體磨損。

3.3 吹灰器故障排除

吹灰器出現不發聲或是發聲異常時，通常都是聲波膜片損壞或是磨損導致，通過更換膜片基本可以消除故障。當膜片無異常時一般就是由于膜片污染，由于壓縮空氣內含有少了油分，長時間運行導致膜片表面積油，無法正常發聲，通過清洗膜片和發聲頭本體可消除故障。如膜片處理后仍存在故障，那就要檢查氣源管道及通氣部分，消除堵塞一般可消除故障。

聲波吹灰器運行中需定期檢查氣源系統，確定其壓力是否在正常范圍內或有無堵塞;檢查發聲頭本體，確認是否存在磨損或積灰等現象;檢查膜片，確認其是否存在損壞或磨損現象。及時排除故障，便可保證吹灰器正常運行。