脫硝系統(tǒng)聲波吹灰器發(fā)聲異常故障的處理

姜浩祖

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

選擇性催化還原法（SCR）是當(dāng)前脫硫技術(shù)的主流技術(shù)，已被眾多在建電廠采用。SCR 脫氮設(shè)備的脫硫效率超過85%，達(dá)到了環(huán)境保護(hù)的要求。在鍋爐設(shè)計(jì)煤種燃燒后，煙塵中NOx濃度高，采用SCR 煙氣脫硝技術(shù)可以有效地提高脫硫效果，并大幅度減少氮氧化物的排放。

1 聲波吹灰器簡(jiǎn)介

聲波吹灰機(jī)是一種利用聲波引起的塵埃振動(dòng)，將灰塵從設(shè)備的表面剝離的一種低頻高能喇叭。聲波吹灰機(jī)在電廠脫硫、鍋爐煙道、灰斗等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在某電廠百萬千瓦機(jī)組中，采用選擇性催化劑還原煙氣脫硫技術(shù)。為了避免煙灰阻塞催化反應(yīng)器，減小煙氣的流阻，從裝置開機(jī)起，采用程控方式投入了聲波吹灰器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)吹灰。由于其工作強(qiáng)度大，聲音不正常（悶響、無聲），嚴(yán)重影響了催化反應(yīng)器工作的安全和效率。

2 脫硝聲波吹灰器異常對(duì)脫硝的影響

脫硝系統(tǒng)投入使用后，除灰、確保催化劑的活性是實(shí)現(xiàn)脫硫、穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。在運(yùn)行過程中，由于煙塵中含有大量的灰份，吹灰裝置出現(xiàn)故障，導(dǎo)致催化劑板結(jié)、催化劑中毒、催化劑活性降低、系統(tǒng)阻力增大、吸風(fēng)機(jī)功率增大、催化劑催化效率降低、噴氨量增大、硫酸氫銨生成量增多、板結(jié)堵塞導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)[1]。

3 聲波吹灰器發(fā)聲原理分析

經(jīng)過查閱資料和實(shí)地調(diào)研，維修人員得知，這種裝置的聲音機(jī)理是：在靜止時(shí)，隔板沒有受到任何的壓力，是一種天然的平坦?fàn)顟B(tài)；當(dāng)壓縮空氣（通常為0.45MPa～0.65MPa）流入隔板左邊的第一室時(shí)，隔板被壓向右側(cè)，從而形成一條氣流通道，從而使第一室的壓縮空氣流入第二室；當(dāng)金屬薄膜在一定程度上發(fā)生變形后，會(huì)向左側(cè)恢復(fù)彈性，使進(jìn)入第二腔的氣流受到更大的壓力，從而形成低頻率的音波，通過彎曲的擴(kuò)音器將其放大，再通過SCR 反應(yīng)器的內(nèi)部。

4 聲波吹灰器的工作原理

聲波吹灰系統(tǒng)主要包括：壓縮空氣源，電子控制器，聲源。它的工作原理是：將空氣過濾后，通過音波發(fā)生器，在電磁閥的作用下，將壓縮空氣中的聲波轉(zhuǎn)化為聲能，然后以聲波的形式傳播出去，聲波被擴(kuò)音器以一定的頻率、程序和頻率傳送到容器中；聲波通過彈性介質(zhì)傳遞，通過反射、反射、繞射，形成一個(gè)巨大的共振力場(chǎng)，將所有的灰塵都?jí)涸谝黄?，再通過不斷的循環(huán)，產(chǎn)生一種循環(huán)的壓力，從而削弱和破壞灰粒與罐壁的粘附力。從微觀上講，灰塵的產(chǎn)生是因?yàn)楸砻鎻埩?、顆粒與管壁之間的粘附力、分子粘附力、靜電吸引力、化學(xué)親和力等多種因素的影響，而聲波的作用就是讓空氣分子的振動(dòng)速度加快，使得空氣分子的分布在這個(gè)空間中，而在塵埃粒子的周圍，則是數(shù)以百萬計(jì)的空氣分子，它們以同樣的頻率和強(qiáng)度來回運(yùn)動(dòng)，所產(chǎn)生的力量也是不可小覷的。在音波的作用下，灰燼和罐壁的粘附力下降到一定程度后，就會(huì)因?yàn)槠诙蓜?dòng)，從而松軟脫落，或者被風(fēng)吹走。

聲波以球形形式在容器中傳播，它具有高的速度、低的衰減和高的反射率，它的功能是使容器充滿而無死角，重復(fù)、均勻的作用于容器的表面。鋼的聲阻（由介質(zhì)的密度ρ 和聲波的速度v 的乘積ρv）要比空氣中的聲波要大的多，通?？梢哉J(rèn)為，在金屬和空氣的交界處，聲波是完全反射的。波的傳播是一種振動(dòng)的傳播，是一種能量的傳輸。在一個(gè)媒質(zhì)中，可以得到一個(gè)單位體積的機(jī)械能，也可以是一個(gè)介質(zhì)的動(dòng)能ek 和一個(gè)彈性勢(shì)能ep 的總和。在簡(jiǎn)諧振動(dòng)中，介質(zhì)在單位體積內(nèi)的機(jī)械能是：e=ek+ep=ρa(bǔ)2ω2sin2ω（t-r/v）。因此，介質(zhì)的能量密度、振幅的平方、頻率的平方、介質(zhì)的密度，都是成比例的。能量密度的平均值是ρa(bǔ)2ω2。波源是能量的源泉，它的速度是以波的速度為基礎(chǔ)的。聲波吹灰是一種以交變、快速、快速、反復(fù)波動(dòng)的非接觸吹灰方式。當(dāng)介質(zhì)的密度達(dá)到一定程度時(shí)，其能量密度與聲波的振幅和頻率有關(guān)。這就是音波的作用。

音波振幅可以被簡(jiǎn)單地理解為聲波所得到的能量，頻率代表著每隔一段時(shí)間空氣顆粒的振蕩。隨著音波幅度的增大，振動(dòng)頻率的增大，對(duì)聲波得的影響也會(huì)增強(qiáng)。但聲波的幅值是有極限的，如果幅度過大，音波就會(huì)外泄，造成噪音的污染。同樣的道理，如果音波的頻率過高，那么聲波的波長(zhǎng)就會(huì)縮短，聲波得的繞射性就會(huì)降低，而聲波的衰減速度就會(huì)加快。但在低于60Hz的情況下，聲波會(huì)損壞實(shí)體和機(jī)械設(shè)備。音波的大小和頻率，是決定音波效果的兩個(gè)因素，音波的強(qiáng)度和頻率越高，音波的威力也就越大。

在75Hz 和147dB 的聲場(chǎng)中，離聲源1m 的清灰區(qū)域?yàn)?.5m，12m 的區(qū)域仍為3.35m；而在230Hz，147dB的聲波，距離聲源1m 的距離為1.4m，6m 的距離仍然是0.9m，8m 的距離就不起作用了。事實(shí)表明，隨著聲波的頻率增加，它的衰減速度也會(huì)加快。

5 聲波吹灰器的特點(diǎn)

音波吹灰機(jī)是一種集灰、板結(jié)于工業(yè)設(shè)備上的低頻高能喇叭。它是利用聲波的作用，使得灰塵粒子在裝置的表面發(fā)生振動(dòng)，從而達(dá)到清除灰塵的目的。按聲音機(jī)制，通常將聲波吹灰器分為吹灰器和膜片吹灰器：①旋笛式吹灰器。旋笛式吹灰器的工作原理是通過馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的閥門，不斷地打開和關(guān)閉空氣，使得空氣的流動(dòng)斷斷續(xù)續(xù)，形成音波。②膜片式吹灰器，在普通的隔膜吹灰機(jī)中，隔膜聲源中的隔膜聲源可以發(fā)出一種特殊的高能聲波（通常是75Hz，147dB），將灰塵的原有結(jié)構(gòu)摧毀，而在0.48MPa～0.62MPa 的壓力下，內(nèi)部的高強(qiáng)度薄膜會(huì)振動(dòng)，從而形成高能聲波。膜片聲波吹灰器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，它的控制比較簡(jiǎn)單，只要打開和關(guān)閉一個(gè)3/4 的雙通道膜片式電磁閥就可以實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過全面的測(cè)試，只要聲音正常，供氣正常，音質(zhì)吹灰機(jī)就能正常工作。音波吹灰機(jī)占地面積較小，若采用套管式，則其外延與反應(yīng)器的殼板之間的間距為1.3m，與蒸汽吹灰機(jī)相比，幾乎不占空間。同時(shí)，音波吹灰裝置安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，通常3 名工人一天能安裝5～6 個(gè)，安裝時(shí)只要焊接牢固，不需專門的工具和吊具。在設(shè)備調(diào)試的時(shí)候，如果提前把管道打掃干凈，一天之內(nèi)就能全部調(diào)試完畢，不需要進(jìn)行任何的熱態(tài)調(diào)試。通常，安裝后的聲波吹灰機(jī)的轉(zhuǎn)矩大約為375nm，中心距殼板0.7m，聲速吹灰機(jī)的清灰范圍是12m，1m 的振幅是4.5m，12m的振幅是3.4m。在多個(gè)擴(kuò)音器的交疊聲場(chǎng)中，也可以增加音域。與常規(guī)的除灰器相比，聲波吹灰器的主要特點(diǎn)是：①因?yàn)槁暡ㄗ陨淼睦@射性，所以不會(huì)產(chǎn)生灰渣的盲區(qū)。②能量衰變得緩慢。利用水蒸氣吹灰，其動(dòng)能較大，在距離水蒸氣3m 時(shí)，其動(dòng)能幾乎為零，而在距離水蒸氣5m 時(shí)，其動(dòng)能為1/5。若采用適當(dāng)?shù)牟贾梅绞剑⒊浞挚紤]混響的場(chǎng)得影響，可使聲能的衰減減小。③沒有任何的毒性和磨損。聲波吹灰是以空氣為媒介的，不會(huì)產(chǎn)生腐蝕。聲波吹灰是一種能量循環(huán)的結(jié)果，它是一種不會(huì)損壞或磨損的疲勞效果[2]。④它具有結(jié)構(gòu)緊湊、可移動(dòng)的零件少、完全自動(dòng)化、很低的故障率，基本無須維修。⑤操作費(fèi)用低廉、能耗低、不需蒸氣、節(jié)能。聲波吹灰機(jī)既有上述的優(yōu)勢(shì)，又有其局限性：①聲波吹灰機(jī)利用聲能吹灰具有一定的選擇性，通常更適宜于干燥的松灰；②由于低能耗、低吹灰強(qiáng)度，聲波吹灰機(jī)對(duì)結(jié)渣和粘稠的積灰效果不大，因而不能去除粘結(jié)性的灰塵、嚴(yán)重的堵塞和硬質(zhì)的污物。

6 聲波吹灰器故障分析

6.1 實(shí)拆情況分析

實(shí)拆情況具體如下：①發(fā)生頭部?jī)?nèi)側(cè)的隔膜起鼓面的功能，也就是受到壓縮空氣的擠壓而產(chǎn)生的彈性變形，使隔膜的中部不斷鼓起、恢復(fù)。在這個(gè)過程中，壓縮的空氣被吹進(jìn)了第二個(gè)房間，加快了它的聲音。在此工作方式下，膜片的彈性保持和膜片與二次空腔的密封是非常關(guān)鍵的。②在隔膜和后端蓋（后端蓋內(nèi)表面具有一定的錐形）之間的空間中，它是它與空氣的惟一通路，使該空間的壓強(qiáng)與大氣保持一致。通氣口的通暢對(duì)隔膜內(nèi)外壓力的建立有重要影響，而隔膜的回彈頻率也與此密切相關(guān)。通過對(duì)薄膜的金屬檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)薄膜是由鈦合金制成，其中鈦含量約為99.3%，其他成分為釩、錫、鈮等，具有很好的彈性變形性能。③正常情況下，出現(xiàn)問題的聲波吹灰機(jī)的呼吸頭是比較臟的。④隔膜與第二腔的一面的中央部分因高頻撞擊而產(chǎn)生了凹痕。⑤薄膜表面有明顯的油污。維修人員原本以為，聲波吹灰機(jī)的聲音是因?yàn)楣艿蓝氯l(fā)出的，所以他們用錘子敲擊了吹灰器的彎頭，用圓鋼將吹灰器的管子清理干凈，但效果并不好。從發(fā)生頭的內(nèi)部構(gòu)造可以看出，吹灰器的喇叭和管子是很難被徹底阻塞的，即使有少量的結(jié)塊阻塞，它的位置也與吹灰機(jī)的聲音相隔很遠(yuǎn)，不會(huì)對(duì)吹灰機(jī)的聲音產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響[3]。

6.2 聲波吹灰器故障主要原因

聲波吹灰器故障的原因通常有以下6 個(gè)方面：①在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的高頻率下，膜片發(fā)生彈性變形后，會(huì)發(fā)生冷塑性變形，從而影響到二次空腔的壓縮效果和密封性能。②在隔板上堆積的灰塵會(huì)對(duì)隔板的密封性和彈性變形造成不利的影響。③呼吸嘴過于骯臟或阻塞，會(huì)對(duì)進(jìn)入室內(nèi)的壓縮空氣造成不良的影響。④聲音不正常。聲波除硝吹灰機(jī)是利用聲波對(duì)灰塵進(jìn)行處理的。一般情況下，75Hz 和147dB 的聲波應(yīng)該是低沉低沉的，不會(huì)對(duì)聲波吹灰機(jī)的清灰效果產(chǎn)生影響。如果壓縮空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、氣源壓力不穩(wěn)定、發(fā)聲頭配合間隙增大、膜片缺陷、系統(tǒng)漏氣等，都會(huì)造成不發(fā)聲或發(fā)出尖銳的聲音，從而影響正常的吹灰[4]。⑤傳導(dǎo)節(jié)段阻塞。除硝聲波吹灰機(jī)的揚(yáng)聲器與脫硫塔的煙囪壁是一個(gè)平面，由于煙氣流動(dòng)不均勻，大量的灰塵會(huì)流入揚(yáng)聲器，長(zhǎng)期堆積灰塵會(huì)阻塞揚(yáng)聲器，從而使聲波吹灰器失去吹灰功能，從而影響除硝系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。⑥套管節(jié)段阻塞。在使用過程中，由于煙氣流場(chǎng)分布不均，飛灰通過喇叭和套管之間的縫隙向套管和B 段擴(kuò)散，使整個(gè)導(dǎo)風(fēng)段、喇叭段和套管之間的灰塵變得更加嚴(yán)重，同時(shí)，壓縮空氣中的水分也會(huì)被灰塵吸附到B 段的壁上，隨著粉塵的增加，板結(jié)會(huì)越來越嚴(yán)重，最終堵塞了傳導(dǎo)段，減弱了聲波的正常傳輸，降低了除塵的效率。

7 研究及治理措施

具體治理措施如下：①將過濾調(diào)節(jié)閥安裝在氣源支路上。脫硝聲波吹灰機(jī)的氣源要求是0.6MPa～0.8MPa，儀表用的是壓縮空氣，其含油≤10mg/m3，露點(diǎn)≤-40℃，在運(yùn)行過程中，由于系統(tǒng)氣壓不穩(wěn)導(dǎo)致的聲波吹灰器聲音異常，在設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)在脫硝聲波吹灰機(jī)的氣源母管上安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥，由于整體的壓縮空氣管線比較復(fù)雜，導(dǎo)致空氣不穩(wěn)定，當(dāng)氣流通過氣源支路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)，凝結(jié)液會(huì)損壞吹灰裝置的膜片，從而降低設(shè)備的使用壽命。在每個(gè)風(fēng)機(jī)的氣源管分支處安裝過濾和調(diào)節(jié)閥門，保證了各機(jī)組的壓力穩(wěn)定，并保證了空氣的干燥和氣壓穩(wěn)定。②傳導(dǎo)段積灰治理的研究。在導(dǎo)電區(qū)B 區(qū)安裝了凈化設(shè)備。在單臺(tái)聲波吹灰器氣源支氣管后安裝變徑三通連接氣源軟管，在發(fā)聲頭和B 級(jí)之間安裝短接（采用凸緣），在短接處安裝氣動(dòng)球閥和電磁閥，氣源軟管與氣源球、電磁閥相連，采用連續(xù)或斷續(xù)的方式，將揚(yáng)聲器部分的積灰排出，防止灰塵附著在導(dǎo)流區(qū)。在變幅部安裝了空氣幕密封裝置。經(jīng)過分析，我們自行設(shè)計(jì)了密閉的空氣幕墻，采用壓縮空氣幕墻來隔絕飛灰，不僅可以確保音波的傳遞，還可以將飛灰隔絕在外。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)計(jì)圖紙，在擴(kuò)音器部分安裝了一臺(tái)吹風(fēng)機(jī)，由于壓縮空氣的引入，為了防止在吹風(fēng)機(jī)的吹風(fēng)機(jī)中產(chǎn)生結(jié)露，在擴(kuò)音器的殼體周圍形成螺旋狀的吹風(fēng)機(jī)，通過排煙系統(tǒng)的煙塵溫度對(duì)壓縮空氣進(jìn)行自動(dòng)加熱。③管內(nèi)段積灰的處理為解決套管內(nèi)積灰的問題，飛灰可以從喇叭段和套管段的安裝間隙中自由地?cái)U(kuò)散進(jìn)入，安裝說明書中清楚地指出：不允許將管段與套管焊接，要確保管段的振動(dòng)能有效地進(jìn)行擴(kuò)音。經(jīng)過充分的探討，建議增設(shè)密封膠條、羊毛氈、密封風(fēng)等，并綜合考慮了聲風(fēng)的發(fā)聲問題、密封風(fēng)量、密封空氣布置等問題，但都以失敗告終。結(jié)果表明，采用硅酸鋁柔性密封條可以很好地滿足用戶的需求，在揚(yáng)聲器末端安裝了硅酸鋁柔性密封條，該密封條厚度為40mm，寬度為8cm，具有密封功能，并可確保喇叭節(jié)段的振動(dòng)[5]。

8 聲波吹灰器的故障排除

故障排除方法如下：①將一、二室、隔板及后蓋的灰塵清理干凈。②在安裝之前，反轉(zhuǎn)已清潔的隔膜。③替換有嚴(yán)重?fù)p壞或變形的隔板。④對(duì)呼吸頭部進(jìn)行敲擊、浸泡清洗或空氣清洗。⑤若以上方法都不奏效，則可考慮喇叭孔阻塞的問題，或?qū)嚎s空氣的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以另作處理。

9 結(jié)語

隨著環(huán)境污染排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，今后各工廠都要加大對(duì)脫硫設(shè)施的投資，因此，脫硝過程中出現(xiàn)的問題也是在所難免的，要充分利用已有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的管理和保養(yǎng)，既能降低脫硫裝置的污染，又能降低脫硫裝置的不良影響，提高經(jīng)濟(jì)效益。