空气激波吹灰器解决超低排放时代的积灰问题

2017.12.07 -

【摘要】超低排放时代,各种炉内脱硝对锅炉的运行工况造成了影响,积灰的颗粒大小、浓度、粘性都发生了变化,增加了吹灰难度。文章通过对工况改变的分析、吹灰设备的比对分析,提出用空气激波吹灰器解决当前工况积灰吹扫的方案,并用实际案例进行了阐释。

【关键词】超低排放;空气激波吹灰器;脱硝;低氮燃烧;SNCR;SCR

一、前言

电站锅炉的受热面积灰对发电设备的经济运行、安全运行有着重要影响。在当前实施超低排放的大背景下,现行超低排放要求,在基准氧含量6%的条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米。一般来说烟尘和二氧化硫的脱除都在炉外进行(流化床锅炉有些保留了炉内脱硫工艺),对烟道中烟气的影响较小。而脱硝,无论是低氮燃烧,还是SNCR,SCR都是在锅炉本体进行的改造。而这些改造对于锅炉受热面的积灰灰浓度,灰成分,灰颗粒大小,灰特性都有较大的影响,原有的吹灰设备的选型及设计方式,运行方式都应做出相应的调整和优化,方能满足当前的吹灰要求。本文重点就各种当前主流的脱硝工艺对烟气的影响进行分析,对当前主流的除灰工艺进行比较,在此基础上,提出更加优化的吹灰方案和技术。

二、当前主流的脱硝工艺及对烟气的影响。

(一)低氮燃烧

在这里主要针对循环流化床锅炉锅炉进行分析。流化床锅炉的低氮燃烧最基本的技术要求就是控制分级燃烧,低氧、低温。为了实现降低床温,提高炉膛上部温度,一般都采用改造旋风分离器的方式,提高分离效率。随着循环倍率的增加,灰的颗粒更细,颗粒间的作用力增大,粘性增加,尾部受热面的吹灰难度增大。

从工程实践来看,大部分优化了分离器的低氮燃烧改造项目,都发现不同程度的积灰严重,排烟温度升高。有些甚至因为过热器积灰影响了主汽温度(在分离器出口斜烟道布置受热面的尤甚)。

(二)选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction 简称SNCR)

SNCR是指无催化剂的作用下,在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。该技术一般采用炉内喷氨、尿素或氢氨酸作为还原剂还原 NOx 。还原剂只和烟气中的 NOx反应,一般不与氧反应,该技术不采用催化剂,所以这种方法被称为选择性非催化还原法(SNCR)。由于该工艺不用催化剂,因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为 850 ~ 1100℃ 的区域,迅速热分解成 NH3,与烟气中的NOx反应生成N2和水。

对于循环流化床锅炉来说,一般是选在炉膛上部或者水平烟道部位作为喷氨位置,这样在喷氨点以后,烟气中水分增加,一方面引起积灰的增加,另一方面改变了灰的特性,灰的粘性更大,吹灰难度也增加了。

(三)选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction,简称SCR)

SCR是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术,它没有副产物,不形成二次污染,装置结构简单,并且脱除效率高(可达90%以上),运行可靠,便于维护等优点。SCR 技术原理为:在催化剂作用下,向温度约280~420 ℃的烟气中喷入氨,将NOX 还原成N2 和H2O,从而达到脱除氮氧化物效果的烟气净化技术。

燃煤锅炉炉膛内烟气中的SO2约有0.5%~1.0%被氧化成SO3。加装SCR系统后,催化剂在把NOx还原成N2的同时,将约1.0%的SO2氧化SO3。SCR反应器出口烟气中存在的未反应的逃逸氨(NH3)、SO3及水蒸气反应生成硫酸氢铵或硫酸氨:

NH3 +SO3+H2O → NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→ (NH4)2SO4

当烟气中的NH3含量远高于SO3浓度时,主要生成干燥的粉末状硫酸氨(AS),不会对空气预热器产生粘附结垢。当烟气中的SO3浓度高于逃逸氨浓度时,主要生成硫酸氢氨(ABS),在150-220°C 温度区间,ABS是一种高粘性液态物质,易冷凝沉积在空预器管道(或换热元件)上,造成对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀。

综上所看,无论哪种脱硝方式,都是增加烟道积灰量和改变积灰粘性,增大吹灰难度的。所以在后超低排放时代对吹灰器的选型宜根据实际情况做选型优化和改进,以满足当前工况的清灰要求,保证锅炉的总计经济性和安全性。

三、当前主流的吹灰技术概况。

当前主流的吹灰器主要有:蒸汽吹灰器、激波吹灰器、声波吹灰器。它们的性能优劣如下表所示:

如上表所述,当前各类主流吹灰器各有优劣。在当前的的超低排放形势下的积灰灰量增加,颗粒变细,灰粘性增加,吹灰难度增加。作为原来广泛应用的声波吹灰器就不再适用。而燃气激波吹灰器与生俱来的消耗燃气运行成本高,存在哑炮和回火等隐患,更主要的是激波释放方向性强,导致有些区域存在吹灰盲区,所以燃气激波吹灰器也不是特别理想的选择。蒸汽吹灰器效果都比较好,大量应用在300-1000MW机组上,但是因为设备的维护要求较高,大机组可以外包给专业厂家,中小机组一般检修班兼管,存在一些弊端,所以蒸汽吹灰器在中小机组相对应用较少。

四、新型空气激波吹灰器简介及应用。

(一)空气激波吹灰器简介

如前所述,超低排放形势下,吹灰难度增加,各类设备各有优劣,那么有没有一种更优化,更适用的设备来满足当前的锅炉吹灰要求呢?我们经过多年的研发和实践,开发出了新型的空气激波吹灰器。

空气激波技术:采用瞬间泄压释放技术,利用瞬间产生超音速流体激波(冲击波)的能量,清除锅炉积灰的新型吹灰器。同时我司产品采用具有特殊结构的激波发生器每次脉冲产生持续时间大于100毫秒、强度可达5马赫(喷管管内激波强度)。该产品与传统的蒸汽吹灰器、燃气激波吹灰器、声波吹灰器相比具有作用空间大,吹灰效果好,能耗低,结构简单,安全可靠,维护方便,控制灵活等特点。

旋转喷头技术:一种气动式步进旋转喷头,使冲击激波喷口随每一次冲击脉冲旋转一个角度,数次脉冲(12次)使喷口旋转一周,使冲击波能量最大范围的、最有效的加以利用,获得最佳的吹灰效果。

(二)空气激波吹灰器设备优势

1、吹灰无死角:通过喷头的360旋转,调整激波喷吹的方向,解决了燃气激波吹灰器方向性强的问题。实现了无死角吹灰。

2、吹灰力度可控:空气激波是通过特殊的喷射管结构,压缩空气能量转变为激波能量。可以通过调整进气压力,来调整激波释放能量,避免了对炉墙的损坏。

3、运行成本低:空气激波只需要压缩空气即可,每次激波释放仅需0.12立方压缩空气,运行成本几乎可以忽略不计。

4、设备可靠性提高:因为无需配比燃气空气比例,所以不会出现回火、哑炮现象。设备本体没有化学变化,不产生热量。设备可靠性大大提高。

5、设备安装简便,改造易实施。

(三)空气激波吹灰器应用案例:

1、案例一:济南锅炉厂75吨CFB锅炉,锅炉型号YG-75/3.82-M1在搞超低排放之前,旋风分离器出口,过热器之前,有轻微积灰堆积。投运SNCR以后,过热器前和过热器中严重积灰,在水平斜烟道过热器部位积灰高度高达0.8-1米,严重影响了锅炉运行,主蒸汽减温水全部退出的情况下,主蒸汽温度从450 度降低到 400 度。开始业主想用声波吹灰器来解决积灰问题,我们经过帮助他们分析工况,否决了初始的声波吹灰器方案,改用我司的空气激波吹灰器,在斜烟道上布置四台固定式空气激波吹灰器。设备投运后,主蒸汽温度提高了450°C,并且减温水也投入运行。四个月后停炉检查,过热器积灰情况完全缓解,喷口触及部位干净无积灰,喷口不能直接喷射部位,少量积灰无堆积现象。

2、案例二:无锡锅炉厂75吨CFB锅炉,锅炉型号:UG-75/5.3-M12。对该锅炉进行低氮燃烧改造后,分离器分离效率得以提高,细灰因循环倍率增加颗粒变细,尾部烟道积灰严重,排烟温度从150°升高到了170°,严重影响锅炉热效率,同时对后面的布袋除尘的安全运行造成了影响,被迫停炉改造。经过对该锅炉的过热器、省煤器、空气预热器部位安装4台固定式空气激波吹灰器,14台可旋转空气激波吹灰器,投运后,排烟温度从170降低到了146°,基本接近了排烟温度设计值。低氮燃烧后低氧化物含量从450-500降低到了150-180,达到了预期的降低氮氧化物的目标,锅炉带负荷能力提高,排烟温度回归正常,改造取得了预期效果。

小结:超低排放背景下,锅炉烟道积灰工况更为恶劣,灰量增加,灰粘性增大,吹灰难度增高。空气激波吹灰器是新型的吹灰设备,从吹灰效果、运行安全、运行成本、设备可靠性等各方面均优于传统吹灰器,适用于浮灰、粘性灰、结焦性灰等不同的工况,同时也满足煤粉炉、流化床锅炉、生物质锅炉、垃圾锅炉、余热锅炉等不同的炉型,适用性和实用性更加广泛,建议在电站锅炉行业进行推广使用,助力超低排放,助力节能减排。

参考文献

1、火电厂节能技术及其应用 李青 高山 薛彦廷 编著、/ 2007-8 /中国电力出版社

2、热力发电厂热经济性计算分析 李勤道 刘志真 /2008-12/中国电力出版社

3、火电厂SCR烟气脱硝技术 夏怀祥,等 /2012-09-01 /中国电力出版社

4、SCR烟气脱硝技术及工程应用 内蒙古电力科学研究院 编著 /2014-10-01 /中国电力出版社

5、空气激波吹灰器说明书 /河北诚毅环保设备有限公司

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作者简介:

刘洪升,十年热电厂工作经验:2年值班员,2年车间主任,4年生产部部长,2年生产厂长;六年研发制造经验。现任河北诚毅环保设备有限公司任总工程师,研发制造各类煤仓防堵设备、各类锅炉吹灰器,并拥有多项专利。主编或副主编过多本电力图书并在中国电力出版社及水利水电出版社出版,在杂志、刊物发表过多篇文章,有十多项专利应用技术。 欢迎设计院、总包公司、电厂用户的工程技术人员进行相关技术交流,问题探讨。

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