聲波清灰在電力行業(yè)中的應(yīng)用

1、GE PowerWave聲波清灰系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用Brian Phelan, Alan Bixler GE 能源集團(tuán)環(huán)境服務(wù)概要GE 能源集團(tuán)環(huán)境服務(wù)部門(mén)多年來(lái)成功地應(yīng)用低頻、高能聲波清灰系統(tǒng)提高電除塵器、NOx SCR和鍋爐的運(yùn)行效果、可靠性和效率。作為傳統(tǒng)清灰方法的替代技術(shù)，聲波清灰效果更明顯，在降低運(yùn)行成本的同時(shí)減少安裝及維護(hù)費(fèi)用。 本文將探討聲波清灰技術(shù)的原理、應(yīng)用以及相對(duì)于其它清灰系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并舉例分析在泰國(guó)和中國(guó)的兩家燃煤電廠，聲波清灰系統(tǒng)運(yùn)行一年的實(shí)例中所獲得的經(jīng)驗(yàn)。案例研究部分包括問(wèn)題界定、解決方案和應(yīng)用效果。聲波清灰技術(shù)簡(jiǎn)介聲波清灰系統(tǒng)是一套發(fā)射低頻、高能聲波的氣動(dòng)裝置。壓

2、縮空氣快速進(jìn)入發(fā)聲頭，引起鈦合金膜片（唯一可移動(dòng)部分）彎曲震動(dòng)而產(chǎn)生聲波，并通過(guò)聲波喇叭系統(tǒng)的喇叭導(dǎo)管放大，從而通過(guò)共振清除設(shè)備上的堆積灰塵，再通過(guò)重力或氣流將灰塵帶走。清灰過(guò)程中，聲波不會(huì)對(duì)設(shè)備表面產(chǎn)生損害。 聲波喇叭主要由頻率和分貝值來(lái)衡量：頻率主要由一秒鐘內(nèi)聲波通過(guò)某參考線(xiàn)的次數(shù)（周期/秒）來(lái)界定，聲波頻率決定著聲波有效清灰的面積大小；分貝主要由聲波在某參考線(xiàn)上下的高低來(lái)界定，分貝值決定著聲波喇叭的能量強(qiáng)度。盡管評(píng)估聲波喇叭主要靠上述兩參數(shù)已經(jīng)成為常識(shí)，但理解它們是怎樣一起共同作用對(duì)改變聲波喇叭清灰效果至關(guān)重要?，F(xiàn)今許多在用的聲波喇叭發(fā)聲時(shí)產(chǎn)生不止一種的頻率（和聲學(xué)）。通常，一個(gè)聲波喇叭

3、的標(biāo)定頻率是其基本頻率。喇叭沒(méi)有必要用其能引起共鳴的最低頻率，而是用能使能量最集中產(chǎn)生最大值的頻率。結(jié)果，知道一個(gè)聲波喇叭在其或接近其標(biāo)定的基本頻率時(shí)輸出能量（分貝）的比例，對(duì)于精確評(píng)估其效能很重要。聲波頻率有一個(gè)重要的方面，在每個(gè)完整的正弦曲線(xiàn)后分貝值降低3分貝（頻率越高，分貝值越低）。這就是為什么一個(gè)頻率低些的聲波喇叭可以產(chǎn)生更大的能量輸出的原因，因此，頻率越低，聲波喇叭在清灰中越有效。分貝值對(duì)聲波清灰系統(tǒng)的表現(xiàn)良好至關(guān)重要。例如，從120分貝增加到140分貝只是增加了17%的分貝值，然而這些變化卻可以使聲波能量提高10倍。在大多數(shù)應(yīng)用中，作用明顯的是那些低頻率、高分貝值的聲波喇叭。案例

4、1 聲波清灰在電除塵器中的應(yīng)用工廠及所在地Mae Moh電廠坐落于泰國(guó)北部，該電廠共運(yùn)行著10臺(tái)鍋爐，標(biāo)號(hào)4到13。其中，4、5、6、7號(hào)鍋爐是150 MW；8、9、10、11、12、13號(hào)鍋爐是300 MW。所有鍋爐都燃燒當(dāng)?shù)孛耗コ傻拿悍?。設(shè)備描述ABB電除塵器被用來(lái)控制粉塵排放。每個(gè)電除塵器有2個(gè)箱室，每個(gè)箱室有2個(gè)膛，沿燃?xì)饬魅敕较蛴?個(gè)機(jī)械振打電場(chǎng)。每個(gè)收塵單元由29個(gè)3.4米×13米的收塵極板組成，因而有28個(gè)300毫米的氣流通道。一臺(tái)雙箱室電除塵器的總收塵面積為39,603平方米。存在問(wèn)題在放電極線(xiàn)和收塵極板上的大量揚(yáng)塵, 導(dǎo)致了收塵效率低于可接受的標(biāo)準(zhǔn)。此外，客戶(hù)想找到

5、一種效果可行而價(jià)格低廉的解決方案來(lái)降低現(xiàn)有機(jī)械振打系統(tǒng)所需的高昂維修費(fèi)用。解決方案在GE 能源環(huán)境服務(wù)部門(mén)的推薦下，工廠同意在9號(hào)鍋爐的1個(gè)電場(chǎng)內(nèi)試安裝Powerwave ESP-75低頻聲波清灰器。ESP-75在美國(guó)電極清灰領(lǐng)域具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的成功歷史。憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)，GE聲波清灰專(zhuān)家擁有極大的信心確認(rèn)安裝聲波清灰器可以實(shí)現(xiàn)高效率地為電極清灰、降低機(jī)械振打系統(tǒng)運(yùn)行周期的目標(biāo)。在9號(hào)爐實(shí)現(xiàn)目標(biāo)后，更多喇叭將被安裝在12號(hào)爐。結(jié)果聲波喇叭的運(yùn)行使放電極線(xiàn)和收塵極板的積灰大量減少。同時(shí)機(jī)械振打也減少了，從振打180秒停5分鐘到振打120秒停15分鐘。振打程序從原來(lái)的每小時(shí)7.5個(gè)振打周期到現(xiàn)在每小時(shí)3.

6、53個(gè)振打周期，減少了一半，從而延長(zhǎng)了機(jī)械振打的使用壽命。 圖1 & 2 Powerwave® ESP-75 聲波清灰器安裝在9號(hào)鍋爐入口電場(chǎng)案例 2 SCR 選擇性催化還原反應(yīng)器清灰工廠描述這是一家新建的2 x 600 MW燃煤電廠，2臺(tái)鍋爐每臺(tái)都配有頂級(jí)SCR氮氧化物控制系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)含2臺(tái)SCR反應(yīng)器。存在問(wèn)題為保持NOx清理效率和穩(wěn)定壓差，SCR在設(shè)計(jì)上必須包含一套防止揚(yáng)塵積灰的系統(tǒng)。目標(biāo)是要找到一套既有效果又經(jīng)濟(jì)的解決方案來(lái)保持催化劑清潔、防止運(yùn)行中的損失并保持壓差。 解決方案蒸汽清灰器和聲波清灰器是目前用來(lái)維護(hù)催化劑的僅有的兩種方式。在這兩種方式中，蒸汽清灰被認(rèn)為

7、是使用期長(zhǎng)但造價(jià)昂貴的解決方案，需要很高的初期投資和維護(hù)費(fèi)用。 聲波清灰技術(shù)應(yīng)用于SCR系統(tǒng)已經(jīng)從研究測(cè)試階段快速步入市場(chǎng)應(yīng)用階段，并被認(rèn)為是催化劑清灰的首選方案。在SCR上越來(lái)越多的應(yīng)用聲波清灰器的市場(chǎng)趨勢(shì)表現(xiàn)明顯。GE 環(huán)境服務(wù)部門(mén) 已在全世界近200多套SCR機(jī)組上安裝了聲波清灰系統(tǒng)。國(guó)華太倉(cāng)電廠是中國(guó)第一家安裝GE聲波清灰系統(tǒng)的電廠。與蒸汽吹灰器相比，考慮到以下評(píng)估因素，聲波清灰器被證明是更佳選擇:較低的前期投入聲波清灰器價(jià)格明顯低于蒸汽吹灰器。用于聲波清灰器設(shè)備及配件的投資比蒸汽吹灰器低50%或更多。改善全面清灰聲能與蒸汽吹灰相比可覆蓋更大面積，更有效率的清灰。 保持效果達(dá)到設(shè)計(jì)水平

8、聲波清灰運(yùn)行及維護(hù)成本低廉，因此可以長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行。頻繁的清灰防止了催化劑上的過(guò)多積灰，確保了通氣管道中燃?xì)夂痛呋瘎┑恼＝佑|。 較低運(yùn)作成本聲波喇叭靠標(biāo)準(zhǔn)的工廠用壓縮空氣運(yùn)作。壓縮空氣的要求是70-90PSI，消耗率是1.68立方米/分鐘。與運(yùn)行蒸汽吹灰系統(tǒng)所需要的高壓蒸汽相比，運(yùn)行聲波喇叭系統(tǒng)所用到的工廠標(biāo)準(zhǔn)壓縮空氣的成本要低廉很多。并且在運(yùn)行過(guò)程中，聲波喇叭系統(tǒng)對(duì)空氣的消耗量要比蒸汽吹灰系統(tǒng)所消耗的空氣量少許多。較低的維護(hù)費(fèi)用因?yàn)槁暡ɡ认到y(tǒng)只有一個(gè)可以活動(dòng)部分鈦合金膜片，所以維護(hù)費(fèi)用相對(duì)比較低。在大部分情況下，鈦合金膜片壽命可以維持3年以上。并且更換鈦合金膜片的過(guò)程也非常簡(jiǎn)便。直接打開(kāi)

9、發(fā)聲器的蓋板，去掉用過(guò)的鈦合金膜片，放入新的鈦合金膜片，最后蓋上發(fā)聲器的蓋板就完成了更換過(guò)程，這一系列過(guò)程機(jī)組不需要離線(xiàn)。而蒸汽吹灰器有許多移動(dòng)部件，維護(hù)起來(lái)更費(fèi)事。SCR 安裝描述： SCR 及催化劑供應(yīng)商： 江蘇蘇源環(huán)保工程有限公司應(yīng)用Hitachi Zosen催化劑每臺(tái)鍋爐配備的反應(yīng)器數(shù)量： 2反應(yīng)器規(guī)格： 10米x 10米 x 15米反應(yīng)器 NOx 除塵效率： 90%流向： 下流式溫度： 350催化劑層數(shù)： 每臺(tái)SCR分為上中下三層，使用兩層，第三層備用每臺(tái)反應(yīng)器配備聲波喇叭數(shù)量： 9 聲波喇叭分配：催化劑第一層有4臺(tái)DC-75，催化劑第二層有5臺(tái)DC-75每個(gè)鍋爐（含2臺(tái)反應(yīng)器）安裝

10、的聲波喇叭數(shù)量： 18聲波清灰系統(tǒng)的運(yùn)作：喇叭頻率：75Hz.同時(shí)發(fā)聲的喇叭數(shù)量： 2喇叭運(yùn)作程序：10秒/10分鐘系統(tǒng)啟動(dòng)： 1號(hào)、2號(hào)喇叭每隔110秒響10秒 隨后3號(hào)、4號(hào)喇叭每隔110秒響10秒 隨后5號(hào)、6號(hào)喇叭每隔110秒響10秒隨后7號(hào)、8號(hào)喇叭每隔110秒響10秒 隨后9號(hào)、10號(hào)喇叭每隔110秒響10秒依次規(guī)律循環(huán)喇叭運(yùn)作：每隔110秒有2個(gè)喇叭同時(shí)發(fā)聲10秒SCR 壓差： 185 Pa結(jié)果自從2006年1月運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)壓差下降，氮氧化物排放效率達(dá)到初始設(shè)計(jì)水平，系統(tǒng)運(yùn)行順暢（見(jiàn)圖3&4）圖3 & 4 催化還原反應(yīng)器在運(yùn)行聲波清灰系統(tǒng)4個(gè)月后案例 3 鍋爐預(yù)

11、熱器聲波清灰客戶(hù)情況一家位于Ohio Valley的大規(guī)模市政公司在燃煤鍋爐再加熱段安裝了6臺(tái)Powerwave® D-75聲波清灰器。此前，客戶(hù)一直苦惱于傳送通道管路里的揚(yáng)塵堆積，為了降低出口氣體的溫度進(jìn)而改進(jìn)熱交換，客戶(hù)必須對(duì)此處進(jìn)行一年兩次的清洗。解決方案預(yù)熱器的兩側(cè)各裝3臺(tái)Powerwave® D-75聲波清灰器，總計(jì)6臺(tái)聲波清灰器都是穿過(guò)現(xiàn)有的蒸汽吹灰器艙門(mén)安裝的，所以聲波喇叭都會(huì)遇到蒸汽，因此聲波喇叭上的鑄鐵部分都被覆裹了絕緣材料，使其得到保護(hù)足以抵抗1,700° F的蒸汽。聲波喇叭上同時(shí)安裝了一個(gè)清洗系統(tǒng)，0.75英寸的噴水口會(huì)沖刷喇叭的鐘型口，以次降低空氣溫度，使聲波喇叭在清灰的同時(shí)，鐘型口得到保護(hù)。結(jié)果聲波清灰器運(yùn)行6周后的檢查顯示，鍋爐預(yù)熱器管道里的積灰明顯的減少了。聲波清灰器讓管道內(nèi)壁更多的裸露出來(lái)，改進(jìn)了熱交換。聲波清灰器的安裝使再熱器滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部蒸汽溫度上升了20度，出口氣體溫度下降了20度。換算一下，熱交換率提高到80 Btu/kw