技术详解丨SCR脱硝吹灰器的选型分析、设计要点

脱硝吹灰作为脱硝工艺中的重要一环，对脱硝系统的正常运行有着保驾护航的重要作用。笔者通过做甲方，乙方的不同角度，对吹灰器选型做出分析，并亮出自己的一些见解和观点。本文旨在抛砖引玉，希望与广大设计院，工程公司，电厂用户的技术人员商榷，共同探讨，以期找到更好，更优化的的SCR脱硝器清灰方法、方案。
1、SCR脱硝工艺的清灰需求
SCR即选择性催化还原法，具有对炉膛影响小、脱硝效率高、氨逃逸率低等优点，是目前主流地位的烟气脱硝技术之一。在电力行业，特别是煤粉炉上得到了广泛应用，以后也会在CFB上得到广泛的推广，也是目前用于固定源 NOx 治理的一种最好的脱硝工艺。由于 SCR 脱硝反应器一般布置在电除尘器之前，因此烟气中的飞灰含量是比较高的。对SCR 脱硝反应器积灰的清除，国外欧美等发达国家已普遍采用声波清灰技术，近年来，我国的脱硝项目也开始采用声波清灰这一先进技术，取得了理想的效果。
SCR 脱硝反应器吹灰器可用于反应器进出口及催化剂表面或内部钢构件表面积灰的清除，延长 SCR 中催化剂活性和使用寿命，同时降低系统中压力阻力，清除飞灰过分波动对后续除尘器的影响，并可减少每年用于维修的人力及材料费用，缩短生产停工周期，以及延长锅炉运行周期等。
2、SCR脱硝工艺清灰工艺分析
当前主流的SCR脱硝清灰工艺为声波清灰器、蒸汽吹灰器和声波+蒸汽吹灰器三种。目前针对中小型锅炉以声波清灰器清灰工艺为主，200MW以上机组大部分声波+蒸汽吹灰器，一些特殊性的行业，比如玻璃炉窑烟气中的灰粘性较大的，只采用蒸汽吹灰器。
下面就这三种工艺的的优缺点分析如下表：
综上分析，以上三种吹灰工艺均有其优点和不足之处，一般要根据锅炉的炉型，燃烧的煤种，SCR反应器的尺寸大小，烟气流速、烟气含尘量等因素综合考量，确定适合当前工艺特点的吹灰工艺。
2.1对于200MW及以上机组，反应器尺寸比较大，建议采用声波+蒸汽吹灰器。运行时以声波为主，蒸汽吹灰器可以每天运行一次，以保护催化剂，延长催化剂使用寿命。
特别要说明的是：一定要明确以哪个吹灰器为主运行设备，有些设计人员，因为有蒸汽吹灰器，设计的声波吹灰器数量较少，在实际运行中，不得不加强蒸汽吹灰器的运行次数。这样的结果是即没有节省设备投资费用，也无法保障尽可能的减少吹损，保障催化剂的寿命。
2.2对于200MW以下机组，其反应器比较小，建议采用声波清灰器即可。但要注意设备的选型和数量以及安装位置。下面部分会有详细论述。
2.3对于一些特殊的炉型或者工艺，灰分粘性很大，比如玻璃炉窑，比如一些燃烧特殊材料的垃圾焚烧，生物质焚烧的炉型。建议采用蒸汽吹灰器为主，因为粘性灰是声波吹灰器的弱点，对于粘性大的灰，声波吹灰器几乎没有什么效果。这种情况下，只能牺牲一下催化剂寿命作为代价。
注意：即使如此，也不建议采用燃气激波吹灰器，因为燃气激波吹灰器，吹灰具有非常明显的方向性，对指定固定点的催化剂进行反复大能量冲击，对催化剂有致命的破坏性。可以考虑笔者近年研发的喷口可旋转、激波能量可调节的可调节旋转空气激波吹灰器。在这里暂不做论述，以后会撰文专题解析对于特殊行业，特殊工况粘性灰的SCR反应器吹灰。
3、声波清灰器的选型分析
3.1 关于声波清灰器设备的正名：吹灰器的这个名称来自于蒸汽吹灰器，蒸汽吹灰器确实是利用蒸汽的能量，进行射流，喷吹的，所以“吹”字，恰如其分。而声波吹灰器和蒸汽吹灰器的用途是一样的，声波吹灰器的名称就沿袭蒸汽吹灰器的名字而来。而实际上声波除灰的原理与射流喷吹完全不同，它利用的是声波的震动，带动灰的震动，然后随烟气的流速和重力作用，随烟气带走，达到除灰的目的。所以我在这里建议，声波吹灰器的名字，应改为“声波清灰器”或者“声波除灰器”更妥。以免用户的误读。
3.2当前主流的声波清灰器类型有：膜片式声波清灰器、旋笛式声波清灰器、共振腔型声波吹灰器。对比分析如下表：
3.3 SCR反应器声波清灰器选型分析：
反应器积灰特点：1)SCR脱硝反应器设计烟气流速3-5m/S，比常规竖井烟道里面的烟气流速要慢，所以灰的沉积也要较快。2)催化剂的形式有蜂窝状和板式催化剂两种。相对于烟道里面其他受热面，比如过热器，省煤器，空预器相对而言，所占空间比例要大，也就是烟气流通的空间小，该结构也相对容易产生积灰。
通过以上可以了解SCR反应器内烟气积灰沉积相对较快，而声波是需要在过程中清灰的设备，所以清灰的频率(次数)较高。在这种工况下，建议采用膜片式声波清灰器。
现在改进后的膜片式声波清灰器，频率低，灰振幅大，清灰效果好。因为膜片式的只需要控制进气电磁阀即可，可以随时起停，控制灵活方便。而旋笛式功率虽然比较大，但是因为它是靠电机驱动转子切割空气的，不适合频繁的启停工况。如果按照现在常用脱硝清灰的运行方式，每十分钟清灰十秒钟，旋笛吹灰器频繁启停，故障率会比较高。共振腔式声波清灰器虽然有其安装方便，免维护的优点，但是一般频率较高，清灰效果不太理想，在这里不做重点推荐类型。
4、声波清灰器在SCR反应器统设计要点
4.1关于声波清灰器的有效范围
4.1.1声波清灰器的有效范围，每个厂家说明书资料上各不相同。有些厂家提供有效长度L≤15m,直径D≤6m，有些L≤10m,直径D≤4m。各不相同。从理论上讲，这样的有效范围也是正常的。但是在工程设计上，完全按这样的理论的有效范围设计，是不能满足工程需要的。
4.1.2有些厂家宣传声波没有方向性，是球状传播的。但是从实践来说声波喇叭往正前方有效距离就比较大，垂直方向有效距离就比较短。说明声波还是有方向性的。
4.1.3同时实践证明声波带来的振动能量随着距离是衰减很快的。有清灰效果和能满足工程需要的清灰能力要区分开来，不能直接套用有清灰效果作为设计依据，4.1.4应该以项目环境需要的清灰能力为准。以用户实际的工程应用经验为参考，并考虑一定的裕量。
4.2关于声波清灰器的安装位置和数量设计。
4.2.1声波吹灰器的安装一般设在催化剂上面，喇叭下口距离催化剂100-200mm(或者喇叭中心线距离催化剂上表面50mm左右)。设计过程中要充分综合考虑钢梁、人孔等附属设施的设计位置，尽量避免与其他结构位置发生冲突。
4.2.2声波吹灰器的数量要参照4.1充分考虑实际的有效清灰空间设计。不宜按理论值设计。
4.2.3声波吹灰器的安装位置，要充分考虑声波具有方向性的特性，选定安装位置。以保证同样数量的清灰器，最大最优的清灰效果。
4.2.4声波与蒸汽吹灰器混装的情况，要充分考虑两者的安装位置及设备特性，不发生冲突。
4.3关于声波清灰器开孔的大小设计
现在大多数声波吹灰器厂家都对设备进行了升级，喇叭大小一般在350-500mm之间。这样就有两种开孔方式：1)开孔按喇叭大小及套筒大小开孔，这样开孔就需要约400-550mm，这样整个喇叭可以做到与反应器墙齐平。2)开孔较小，比如开?219的孔，这样就需要从人孔将喇叭运进去，从里往外伸出喇叭，再与发生器连接。这种情况喇叭需要伸进反应器一段。
因为第二种方式会有喇叭后方及侧面的盲区。所以建议在现场允许的情况下，采用第一种方式开孔。
4.4关于声波清灰器气源及管道的设计
声波清灰器的清灰效果与空气压力和流量关系非常大，所以建议气源压力和流量尽量从设计角度给予优化。比如气源压力尽量大一点，储气罐尽量离吹灰器现场近一些，吹灰器的主管道尽量粗一些。
压缩空气压力尽量控制在0.5-0.6Mpa之间(用气点),太低了影响效果。但是0.7Mpa以上的压力也会缩短膜片的寿命。适中为好。
4.5关于声波清灰器运行方式设计及控制系统设计声波清灰器的控制比较简单，只需要控制进气电磁阀的开闭即可。一般需要设定每台清灰器的启动时间和间隔时间，以及多台声波吹灰器的吹灰顺序。因为如3.3所述，脱硝的吹灰是过程清灰，建议间隔时间要短，频次要多。而运行时间要短，10S足以。建议初始值设定为10min一次，一次10s，现场可以根据运行情况，调整间隔时间。
有些厂家建议两台同时启动，甚至多台同时启动。从理论上讲，多台同时启动应该是有更好的清灰效果。但是从工程实践来看，往往大部分用户现场气源不足，多台同时启动，各吹灰器之间往往会出现争气源现象，反而效果不好。所以多台之间的运行方式，还是要因地制宜，在气源不特别充足的情况下，还是建议单台顺次运行为好。
声波吹灰器的控制系统有三种，一种是就地设电控箱，第二种是直接主系统的DCS控制，第三种是就地控制箱留DCS接口，就地和远程同时控制。建议采用第二种，优化过的电磁阀预留手动旋钮，调试过程不需要接电即可实现就地调试，这样设计系统更简单实用，维护量更小。