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      聲波吹灰技術(shù)在SCR中的應(yīng)用研究

      2016-12-27 16:18:28李冰浪朱志輝
      科技傳播 2016年19期
      關(guān)鍵詞:可視化分析

      李冰浪+朱志輝

      摘 要 本文通過(guò)搜集數(shù)據(jù),詳細(xì)分析了聲波吹灰器的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及吹灰器的結(jié)構(gòu)和安裝,不管是從節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性方面考慮,還是從運(yùn)行的安全性和可靠性角度講,聲波吹灰都要比蒸汽吹灰更具有優(yōu)勢(shì)。

      關(guān)鍵詞 聲波吹灰器;選擇性催化還原反應(yīng)系統(tǒng);可視化分析

      中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708(2016)172-0285-02

      目前脫硝技術(shù)較多,其中選擇性催化還原脫硝法(Selective Catalytic Reduction,簡(jiǎn)稱SCR)是應(yīng)用最為廣泛,技術(shù)也最為成熟[ 1 ]。SCR系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)鍋爐效率影響較小、對(duì)硝的脫出效率很高,已在火電廠得到了大量的應(yīng)用[ 2 ]。火電廠煤燃燒產(chǎn)生的煙氣含有大量的灰塵,當(dāng)煙氣進(jìn)入SCR系統(tǒng)后,會(huì)降低催化劑的活性,同時(shí)使催化劑的壽命縮短[3]。為了減少和防止催化劑表面產(chǎn)生大量灰塵覆蓋,有必要采用吹灰器對(duì)催化劑表明進(jìn)行吹灰處理。本文針對(duì)聲波吹灰器的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及吹灰器的結(jié)構(gòu)和安裝等進(jìn)行了闡述。

      1 聲波吹灰技術(shù)介紹

      1.1 聲波吹灰器的工作原理

      聲波吹灰器的工作原理為:動(dòng)力源采用壓縮空氣,將空氣經(jīng)過(guò)凈化后導(dǎo)入電子控制器,電子控制器作用一是提供能量以使聲波產(chǎn)生,二是對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)控,以對(duì)吹灰器的工作周期進(jìn)行控制;壓縮空氣最終通入聲波發(fā)生器,壓縮空氣沖擊金屬膜片而使之發(fā)生震動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生聲波。聲波通過(guò)擴(kuò)音喇叭或者輸音管進(jìn)入到反應(yīng)器內(nèi),聲波在反應(yīng)器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的折射、繞射、反射以及滲透等,使整個(gè)音場(chǎng)產(chǎn)生了共鳴,最終聲波能擴(kuò)散到整個(gè)SCR系統(tǒng)。聲波在空氣中的傳播為周期性進(jìn)行,對(duì)反應(yīng)器表面的灰渣產(chǎn)生的作用力也是周期性的,對(duì)灰渣施加了循環(huán)往復(fù)的拉扯作用,這種拉扯力會(huì)有效地減弱和破壞結(jié)垢物與催化劑表面之間的作用力,從而使結(jié)垢物最終脫離催化劑表面。

      1.2 聲波吹灰器的優(yōu)缺點(diǎn)

      1.2.1 聲波吹灰器的優(yōu)點(diǎn)

      過(guò)去的吹灰器是通過(guò)高速蒸汽流動(dòng)對(duì)反應(yīng)器表面進(jìn)行沖擊從而實(shí)現(xiàn)吹灰目的。蒸汽吹灰器缺點(diǎn)有很多:當(dāng)反應(yīng)表面相距蒸汽發(fā)射源特別近時(shí),高強(qiáng)度的蒸汽流會(huì)造成受熱面變??;而距離發(fā)射面較遠(yuǎn)的受熱面或在受熱面覆蓋有阻擋物體時(shí),由于高速蒸汽流的速度會(huì)迅速減慢,最終到達(dá)受熱面時(shí)汽流會(huì)很慢,不足以將積灰表明吹洗干凈。而聲波吹灰器則從一定程度上克服了這些確定,具有以下優(yōu)勢(shì)。

      1)聲波吹灰器的有效工作范圍較大,能遍布整個(gè)反應(yīng)器角落、空間。這種除灰方式不用和反應(yīng)表面產(chǎn)生直接接觸,而是通過(guò)聲波震動(dòng)使反應(yīng)器表的灰塵脫除,聲波的頻率和聲波的強(qiáng)弱決定了除灰效果,除灰半徑與波長(zhǎng)成正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)聲波傳遞到反應(yīng)器表面時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量的折射、反射、投射等,這有利于將聲波傳遞到整個(gè)反應(yīng)器區(qū)域。在SCR系統(tǒng)中的蜂窩狀催化劑內(nèi)部空隙較多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,采用蒸汽吹灰時(shí)蒸汽往往不能進(jìn)入催化劑內(nèi)部,而聲波則能很輕易的進(jìn)入催化劑內(nèi)部,無(wú)論吹灰器的布置方式和發(fā)射方向如何,聲波除灰方式都能達(dá)到很好的除灰效果,進(jìn)而改善催化劑的使用效果,增加SCR系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

      2)聲波吹灰器的聲波能量衰減較為緩慢。采用蒸汽吹灰器時(shí),其射流壓力的衰弱反比于射流距離的平方,射流動(dòng)能的衰弱反比于射流距離的立方;對(duì)于聲波吹灰器,聲波壓力的衰弱正比于傳送距離的一次方,聲波強(qiáng)度的衰弱反比于傳送距離的平方。顯然,和蒸汽吹灰方式相比,聲波吹灰在相同傳送距離內(nèi)的衰減要小得多,因而聲波吹灰有更遠(yuǎn)的吹灰距離,同時(shí)能量削減也更低。如果聲波發(fā)聲器采用更為合理的布置方式,會(huì)加強(qiáng)混響聲場(chǎng),進(jìn)一步削弱聲波能量的衰減。此外,蒸汽吹灰還會(huì)對(duì)鍋爐內(nèi)煤燃燒產(chǎn)生一定的影響,使燃燒場(chǎng)發(fā)生改變而影響燃燒效率,聲波吹灰則不會(huì)產(chǎn)生這方面的問(wèn)題,空氣分子只是在做往復(fù)的振動(dòng),而位移不會(huì)發(fā)生改變,因此只有較少的能量消耗。因此,從能量消耗和傳播距離方面考慮,聲波吹灰方式有更明顯的優(yōu)勢(shì)。

      3)聲波吹灰不會(huì)產(chǎn)生副作用,對(duì)反應(yīng)器表面也不會(huì)產(chǎn)生磨損。吹灰器發(fā)出聲波的頻率在人體聽力能夠承受的范圍內(nèi),聲波處理器外圍有消聲處理裝置,聲波經(jīng)過(guò)消聲處理后只會(huì)產(chǎn)生極少的噪聲,同時(shí)聲波除灰器是間斷運(yùn)行的,每天累計(jì)運(yùn)行時(shí)間較短,對(duì)周圍工作人員和居民產(chǎn)生的危害可以忽略,聲波發(fā)聲器產(chǎn)生的噪聲在國(guó)家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。聲波吹灰過(guò)程中不會(huì)引入新的物質(zhì),因而不會(huì)對(duì)受熱器表明產(chǎn)生腐蝕。聲波吹灰過(guò)程中對(duì)管壁的作用力是周期性的,平均作用力較小,屬于疲勞效應(yīng),因而不可能造成受熱器表明磨損。同樣的,聲波吹灰不會(huì)造成催化劑產(chǎn)生磨損,從而延長(zhǎng)其使用周期,使得SCR的運(yùn)行成本得到了有效控制。在蒸汽吹灰過(guò)程中,主要依靠高速運(yùn)動(dòng)蒸汽與受熱表明碰撞產(chǎn)生的沖擊力進(jìn)行除灰,這個(gè)過(guò)程中受熱表面在高速蒸汽沖擊下必然會(huì)產(chǎn)生磨損,同時(shí)也會(huì)對(duì)催化劑表面造成強(qiáng)烈的沖刷,使催化劑產(chǎn)生大量流失,縮短了催化劑的使用期限,最終使得運(yùn)行成本升高。

      4)聲波吹灰器的零部件很少,有著較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),占用空間面積小,并且容易操控;采用壓縮空氣作為能量傳送介質(zhì),相比蒸汽發(fā)生器不需要額外的蒸汽發(fā)生裝置,使得設(shè)備更加簡(jiǎn)化;運(yùn)行過(guò)程中為自動(dòng)控制,減少了人為操作故障,聲波發(fā)生器的維護(hù)頻率很低。

      5)安裝過(guò)程簡(jiǎn)單,減少了安裝成本。一臺(tái)機(jī)組只用安裝一條壓縮空氣管線,不用安裝其它支撐結(jié)構(gòu),大大減少了安裝成本。

      6)聲波吹灰器運(yùn)行頻率較高,在催化劑表明積灰較少時(shí)就進(jìn)行除灰,從而降低了灰塵的積累,使得大部分時(shí)間催化劑表明灰塵積累較少;蒸汽吹灰運(yùn)行頻率較低,是在催化劑表面的灰塵達(dá)到一定厚度后才運(yùn)行。實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,采用聲波吹灰不會(huì)對(duì)催化劑產(chǎn)生額外的副作用,而采用蒸汽吹灰時(shí),蒸汽在催化劑表明凝結(jié),濕潤(rùn)催化劑表明,從而降低了催化劑的催化效果,有時(shí)還會(huì)腐蝕催化劑,堵塞催化劑內(nèi)部的空隙。

      1.2.2 聲波吹灰器的缺點(diǎn)

      相比蒸汽吹灰器,聲波吹灰器雖然有很多優(yōu)點(diǎn),但也有以下缺陷。

      1)聲波吹灰器不是對(duì)所有種類的積灰都有明顯效果,往往對(duì)干松灰的清楚效果最明顯。聲波吹灰的能量不大,對(duì)積灰的沖擊力量很小,因此對(duì)和受熱面結(jié)合緊密的灰垢以及粘結(jié)性積灰的脫出效果非常差。正是考慮到這方面原因,需要增大聲波吹灰的頻率,以減少在催化劑表面積累較厚的灰塵。在SCR系統(tǒng)內(nèi)的高溫區(qū)域,由于高溫使得灰塵變成了熔融狀態(tài),粘結(jié)性較強(qiáng),聲波吹灰效果也較差??傮w來(lái)說(shuō),聲波除灰的強(qiáng)度要明顯弱于蒸汽除灰。

      2)聲波吹灰過(guò)程中有可能引起電廠其他設(shè)備產(chǎn)生共振。目前,電廠所采用的聲波吹灰系統(tǒng)中產(chǎn)生聲波通常為次聲波以及低頻聲波。低頻聲波的頻率多為100Hz左右,而電廠設(shè)備的頻率不在此范圍內(nèi),在此頻率下聲波不會(huì)引起電廠設(shè)備的共振。聲波能量正比于聲波頻率,為了產(chǎn)生更強(qiáng)的聲波,提高除灰的效果,有必要采用頻率低于20Hz的次聲波吹灰器。在該頻率范圍內(nèi),有可能引起電廠設(shè)備的共振,有必要采取措施避免共振而引起電廠設(shè)備的損壞。

      1.3 聲波吹灰器的結(jié)構(gòu)與安裝

      進(jìn)行聲波吹灰器的安裝時(shí),要根據(jù)除灰需求和煙氣參數(shù)進(jìn)行計(jì)算以求得所需吹灰器的技術(shù)參數(shù)和安裝數(shù)量。吹灰器按照催化劑的分層也進(jìn)行分層布置。采用合理的布置方式能夠提高聲波吹灰器的吹灰效率,使得聲波傳播范圍更廣,盡可能達(dá)到SCR系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)角落和空間。

      2 結(jié)論

      本文對(duì)聲波吹灰器的工作原理進(jìn)行了說(shuō)明,即采用壓縮空氣作為動(dòng)力介質(zhì),將壓縮空氣通入聲波發(fā)聲器以產(chǎn)生聲波,同時(shí)對(duì)聲波的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)控制吹灰器工作周期的目的;聲波周期性的作用于催化器表面灰塵,使得灰塵脫離催化劑表最終實(shí)現(xiàn)除灰目的。

      相比于蒸汽吹灰器,聲波吹灰器有下述優(yōu)點(diǎn):除灰效率高、較高的經(jīng)濟(jì)性、對(duì)人體副作用小、安裝操作簡(jiǎn)便,對(duì)催化劑不會(huì)產(chǎn)生磨損,提高了催化劑使用效率等。

      參考文獻(xiàn)

      [1]邵春宇,吳鳳玲,江輝,等.不同吹灰器在SCR脫硝系統(tǒng)中的特性比較及實(shí)例應(yīng)用[J].能源與環(huán)境,2014(5):79-80.

      [2]譚青,馮雅晨.我國(guó)煙氣脫硝行業(yè)現(xiàn)狀與前景及SCR脫硝催化劑的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2011(S1):709-713.

      [3]田靜,閻貴富.聲波除灰技術(shù)的應(yīng)用研究[J].聲學(xué)學(xué)報(bào),1997(5):469-473.

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