吹灰器 在SCR脱硝系统中的选用

吕宏俊，刘浩波，张泽玉，连长康，苏锦燕

（1.深圳市格瑞斯达科技有限公司，深圳 518067；2.宇星科技发展（深圳）有限公司，深圳 518057）

吹灰器 在SCR脱硝系统中的选用

吕宏俊1，刘浩波2，张泽玉1，连长康2，苏锦燕2

（1.深圳市格瑞斯达科技有限公司，深圳 518067；2.宇星科技发展（深圳）有限公司，深圳 518057）

介绍了SCR脱硝系统的积灰机理以及积灰对催化剂的危害，对比分析了蒸气吹灰器和声波吹灰器在SCR脱硝系统中的工作原理、结构特点和技术特性。实践表明，在安全性、可靠性以及吹灰效果上，声波吹灰器可完全满足SCR脱硝系统对吹灰的要求，且结构简单、紧凑，购置费用、安装费用、运行费用和维护费用都低于蒸气吹灰器，是SCR脱硝系统最适合的吹灰方式。

SCR；脱硝；蒸气吹灰器；声波吹灰器；选用

在众多的脱硝技术中，选择性催化还原（SCR）脱硝具有技术最成熟[1]、脱硝效率最高（可达到90%以上）[2]、运行可靠、NOx排放浓度低（可降低到100mg/Nm3以下）等优点，在300MW及以上燃煤机组上得到了最为广泛的应用[3、4]。SCR反应器通常布置在省煤器和空预器之间，属于高灰布置方式[5]。我国燃煤电厂排放的烟气中灰分含量普遍较高，使进入SCR脱硝系统的烟气含灰量高，容易形成积灰；由于此时SCR反应器内的温度一般为280℃～420℃，碱金属盐蒸气的凝结已经结束，不会形成坚实的沉积层，而是松散的积灰，积灰会在催化剂表面搭桥堵塞，减小了催化剂的有效面积；催化剂活性位还会吸收灰分中的化学成分，影响催化剂活性和寿命。因此，清除催化剂表面的积灰、保证催化剂的活性和使用寿命是SCR脱硝系统高效稳定运行的关键。为了预防和清除堆积在催化剂表面的积灰，解决由于粉尘颗粒物堵塞气流通道而造成的压力降增大问题，一般在SCR反应器承载的催化剂的上方安装有吹灰装置，使SCR反应器的压降保持在较低的水平。

1 吹灰器的应用

目前应用于SCR脱硝系统的催化剂主要有蜂窝式、平板式和波纹板式三种形式，通常采用混合法和浸渍法制备；由于蜂窝式催化剂在同等体积下往往具有更大的比表面积，即达到相同脱硝效率时的所需体积更小，有利于降低投资成本，因此蜂窝式催化剂在SCR脱硝技术中应用最为广泛。燃煤机组的SCR脱硝改造普遍面临着催化剂吹灰器的选择难题，在吹灰器的选择上，除了要考虑吹灰效果外，还要考虑对催化剂的磨损影响。目前SCR脱硝系统上普遍应用的催化剂吹灰装置有蒸气吹灰器和声波吹灰器两种形式，根据烟气成分、粉尘浓度、积灰部位、积灰程度、黏污特性以及吹灰器的性能特点、清灰效果等因素，选择清灰效率高、效果好的吹灰器，以获得最大的经济效益并使安全性达到最大化。

1.1 蒸气吹灰器的应用

蒸气吹灰器为传统吹灰器，由于其安全、可靠，在我国工业锅炉和电站锅炉上得到广泛应用，其工作原理是将适当干度和压力的蒸气从吹灰器喷口高速喷出，吹扫积灰沉积面来清除催化剂上的积灰，蒸气压力决定了吹灰的有效性。SCR脱硝工程常用可伸缩的耙式蒸气吹灰器来清除催化剂表面的积灰，吹灰介质为高压蒸气，气源参数一般为0.8M～3.5MPa、300℃～350℃。其结构为在母管上每距3m左右（一个行程）开一个支管，支管上开有距离150mm左右的喷射孔；过热蒸气自喷射孔沿烟气流动的方向吹扫催化剂表面的积灰，吹灰器移动一个行程后蒸气吹扫就覆盖了SCR反应器内的整个催化剂表面。对于耙式蒸气吹灰器，根据催化剂的类型，确定催化剂所能承受的最大表面吹扫压力，以便调节吹灰器的阀后压力，使之更有效地进行吹扫。图1为耙式蒸气吹灰器安装示意图。

图1 耙式蒸气吹灰器安装示意图

一般每层催化剂模块的上方都需设置蒸气吹灰器，各层吹灰器的吹扫时间错开，每个吹灰器一个行程的吹扫时间为5～10min，根据SCR反应器的大小，通常每班吹灰一次，也可视实际情况（如压差变化）来增加或减少吹扫次数。一般来说，一个200MW燃煤机组的SCR脱硝系统，根据布置的蒸气喷嘴的数量，蒸气消耗量一般为4500～6500m3/h。耙式蒸气吹灰器的清灰强度大，对结渣性较强、熔点较低、黏度较大的积灰清除效果明显，对于催化剂表面已形成的松散型积灰清除效果良好，也被广泛用于其它工业脱硝，如热电厂、玻璃厂和化工厂等。

1.2 声波吹灰器的应用

声波吹灰技术是清灰领域的一项新技术。膜片式声波吹灰器的工作频率在20Hz左右，工作原理是以0.5M～0.7MPa的压缩空气为动力源，用自激振荡和谐振的方法把压缩空气转变成低频声能，发出低频、高能的声波，通过扩声筒放大，由空气介质把声能传递到相应的积灰点，直接作用于灰尘颗粒上，达到有效清灰、清堵的目的[6]。声波吹灰器的安装示意图如图2。

图2 声波吹灰器安装示意图

每层催化剂模块的上方都需设置声波吹灰器，以尽可能地将催化剂吹扫干净，防止烟气中的飞灰在催化剂上沉积、堵塞催化剂孔道而造成催化剂脱硝效率的下降。第一层吹灰器采用倾斜安装，主要是考虑偏转声波的指向性，使更多的声波能量作用于积灰面，角度的选择在于作用范围与指向性以及声波反射间的平衡；其他层吹灰器采用水平布置，主要是考虑两层之间的间距较小，声波可以在此空间内多次反射，形成良好的声场，有效地利用声能，除了可吹扫下层的催化剂，还可对上次催化剂的底部进行吹扫。声波吹灰器安装实物图如图3。

图3 声波吹灰器安装实物图

2 吹灰器的选用分析

在SCR脱硝工程中，综合考虑积灰部位、积灰程度以及吹灰器的性能特点、清灰效果等因素，最终选用吹扫效率高、吹扫效果好的吹灰器，以获得最大的经济效益。蒸气吹灰器使用蒸气作为吹灰介质直接吹扫，清灰强度大，能够清除黏结强度较大的积灰；但由于催化剂的特殊结构，通道微小、内部结构不规则、蒸气介质充满度较低，存有吹灰死角，因而对于催化剂内部积灰以及SCR反应器边缘积灰的处理效果减弱。而且由于SCR反应器中的导流板很难完全使烟气流垂直于催化剂表面，蒸气对催化剂表面的冲刷不可避免，会产生疲劳损伤，长期运行会使催化剂失效，甚至会发生腐蚀和堵塞。同时，由于烟道尾部空预器温度低，前端蒸气吹灰器的使用增加了烟气的含水量，使得烟道尾部的空预器以及除尘器积灰性状发生改变，容易导致积灰板结。DUKE能源公司1×1018MW燃煤机组配套的SCR脱硝系统初始采用耙式蒸气吹灰器，运行1年多后因积灰问题而改为声波吹灰器[7]。

声波吹灰器是利用声能清灰，清灰强度较小，因此无法清除黏结强度较大的积灰。但SCR反应器中形成的积灰一般比较松散，黏结强度不大，声波吹灰器的吹灰强度足够保持催化剂清洁。而且，声波吹灰器的能量传播方式、清灰的有效范围与蒸气吹灰器不同。声波吹灰是利用其它分子振动位相或振动状态的传播来传递能量，气体分子本身除在其各自平衡位置附近做弹性振动外没有定向移动，能量的消耗几乎为零，所以作用范围较大[8]。同时，由于声波的反射、投射和衍射等特性，不管声波发生器安装的位置和方向如何，声波均能进入催化剂的微通道内，有效地阻止灰尘颗粒的沉积，清灰不留死角[9]。另外，声波吹灰器没有引入其它吹灰介质，不会对催化剂表面产生磨损、腐蚀、堵塞等副作用，有利于延长催化剂的使用寿命；而且声波吹灰器不额外增加烟气湿度，减少了催化剂内部积灰、板结的风险。

蒸气吹灰器和声波吹灰器的性能对比见下表。

蒸气吹灰器和声波吹灰器的性能对比表

由上表可看出，声波吹灰器结构简单、紧凑，其购置费用、安装费用、运行费用和维护费用都低于蒸气吹灰器，对燃煤电厂原有的蒸气供给系统也没有影响。据统计[7]，从1999年以来，美国新建的96个SCR脱硝项目中，67个项目采用声波吹灰、29个项目采用蒸气吹灰；截止到2004年，这96个SCR脱硝项目只有2个电厂还在继续使用蒸气清灰，其他都已改为声波吹灰。国内江苏国华太仓发电有限责任公司2×600MW机组烟气脱硝工程、江苏大唐吕四港发电有限责任公司4×660MW烟气脱硝改造工程、浙江大唐乌沙山发电有限公司4×600MW烟气脱硝改造工程等采用声波吹灰器来清除催化剂表面的积灰，经过多年的运行检验，催化剂没有发生积灰板结，可完全满足SCR脱硝系统催化剂的吹灰需要。

3 结语

（1）声波吹灰器是预防性的吹灰方式，能够保证SCR反应器内催化剂的连续清洁，可以最大限度、最好地保持催化活性。

（2）与传统蒸气吹灰器的性能相比，声波吹灰器结构简单，无转动机械，没有介质冲刷接触面，运行安全可靠。

（3）声波吹灰器没有引入其它吹灰介质，不会对催化剂表面产生磨损、腐蚀、堵塞等，对各种脱硝催化剂无毒副作用，有利于延长催化剂的使用寿命，是保证催化剂活性使用寿命的关键设备。

实践证明，无论从安全性、可靠性的角度，还是从节能、设备投资成本、运行成本、维护成本等方面考虑，声波吹灰都是非常适合SCR脱硝系统的吹灰技术。

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

[2] 吕宏俊，吴迅海.选择性催化还原脱硝技术应用的若干关键问题[A].中国环境保护优秀论文精选[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] 吕宏俊. 选择性催化还原脱硝工艺的三种布置方式及分析评价[J]. 中国环保产业，2007（5）：160-164.

[5] 吕宏俊，任庚坡.SCR脱硝技术在600MW燃煤机组应用上的工艺设计[J].上海节能，2013（6）：31-36.

[6] 张光泽，刘亚年.声波清灰器的原理及应用[J].石油化工设备技术，2003，24（1）：46-47.

[7] 裴庆春.声波吹灰器和蒸气吹灰器在SCR的应用和经济性分析[J].电力设备，2007，8（11）：57-58.

[8] 姜根山，李晓东，田静.声波除灰的能量传播优势[J].中国电力，1999（9）： 32- 37.

[9] 马大猷. 现代声学理论基础[M].北京：科学出版社，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