燃氣脈沖吹灰技術在催化裂化裝置余熱鍋爐上的應用

　燃氣脈沖吹灰技術在催化裂化裝置余熱鍋爐上的應用沈志剛\孫紹敬2，楊宏\樸云峰1（中船重工集團公司第七研究院第七三研究所，哈爾濱150036；2.哈爾濱哈宜電站設備研究所）三研究所的積極參與合作下，哈爾濱哈宜電站設備研究所研制開發(fā)了燃氣脈沖吹灰裝置系列產(chǎn)品，并應用于吉化煉油廠催化裂化裝置余熱鍋爐。應用結果表明，燃氣脈沖吹灰裝置每爆燃一個循環(huán)，余熱鍋爐排煙溫度降低15~20鍋爐蒸汽產(chǎn)量增加1t/h，余熱利用率提篼3.4個百分點。

　　1前言鍋爐受熱面普遍存在積灰問題，吉化煉油廠催化裂化裝置Q100/570-20-3.88/435型余熱鍋爐受熱面積灰一直是難以解決的問題。催化裂化裝置排放的煙氣中含有大量催化劑細粉，集結于螺旋翅片管受熱面上，形成較牢固的灰垢。該廠曾采用過蒸汽、水沖洗等多種清灰方法，效果均不佳。針對上述情況，將第七三研究所與哈爾濱哈宜電站設備研究所聯(lián)合開發(fā)的燃氣脈沖吹灰裝置應用于吉化煉油廠催化裂化裝置余熱鍋爐，較好地解決了積灰問題，可迅速降低排煙溫度，提篼余熱利用率，取得了較好的經(jīng)濟效益。

　　2燃氣脈沖吹灰原理燃氣脈沖吹灰原理較為復雜，從根本上講，燃氣脈沖吹灰是將可燃氣與空氣混合后點燃經(jīng)爆燃、爆炸到爆轟這一化學爆炸過程所產(chǎn)生的高溫燃氣以極高的速度經(jīng)特制的噴嘴射出，吹掃受熱面上的積灰，使積灰層破碎脫離受熱面而達到清除積灰的目的。燃氣脈沖吹灰主要有以下三個方面的作用。

　　高速吹掃作用。脈沖氣流以極高的速度沖擊受熱面管束時，對受熱面管束產(chǎn)生強烈的沖擊，致使積灰層脫落。同時在受到吹掃時，受熱面管束在短時間產(chǎn)生較大加速度的振動，管束表面積灰層受到很大的慣性作用，從而使積灰層破裂和脫離管壁。

　　熱清洗作用�；旌蠚獗�燃瞬間所產(chǎn)生的高溫氣體，其溫度高達2800~3300弋。當高溫氣體從噴嘴噴出射向積灰層時，積灰層表面因瞬間篼溫作用而被軟化，粘結強度和疲勞強度降低，在高速氣流吹掃下灰層破碎脫落。

　　聲疲勞作用。伴隨著燃氣爆燃所產(chǎn)生的聲波，其聲壓級在150dB以上，聲波頻率以低頻為主。低頻聲波在爐內(nèi)不易衰減并形成多次反射，致使積灰層產(chǎn)生聲疲勞，進而松散、破裂并脫落。

　　燃氣脈沖是以上述三個方面的綜合作用來實現(xiàn)清除積灰的目的，其中以高速吹掃作用為主。

　　3燃氣脈沖吹灰裝置的安裝及試運行燃氣脈沖吹灰裝置的布置、安裝須考慮鍋爐的型式、結構特點以及受熱面積灰情況等因素。

　　3.1鍋爐結構束節(jié)距小，管排密，且管束采用螺旋翅片管，翅片節(jié)距為7mm，翅片高度為15mm.由煙氣攜帶的大量催化劑細粉聚結在受熱面管束上，由于螺旋翅片的節(jié)距較小，為翅片間積灰提供了條件，同時也為鍋爐清灰造成了極大困難。這是該型鍋爐清灰條件較其它類型鍋爐惡劣得多的主要因素。

　　3.2燃氣脈沖吹灰裝置的布置翅片管上集結的催化劑依附于翅片間，將受熱面管子完全包住，局部甚至產(chǎn)生管間積灰搭橋現(xiàn)象。針對鍋爐的結構型式及積灰情況，并根據(jù)脈沖究設計、開發(fā)工作。

　　噴嘴的有效作用范圍，進行了燃氣脈沖吹灰裝置的布置，鍋爐每組管束前的縱截面上各布置2個脈沖罐。由于過熱器管束相對對流管束和省煤器管束數(shù)量較少，分別選擇了BL1型和BI2型兩種脈沖罐。

　　燃氣脈沖吹灰系統(tǒng)的組成見，主要部件有：可燃氣點火裝置1套，可燃氣體分配裝置1套，BL1型脈沖罐及噴嘴2套，BI2型脈沖罐及噴嘴6套，程控箱1套，乙炔罐、乙炔表、阻火器5套，電磁閥等閥件若干。

　　3.3自動控制系統(tǒng)該吹灰裝置控制系統(tǒng)具有全自動、半自動以及手動控制功能。全自動和半自動吹灰程序見。全自動吹灰根據(jù)可編程序控制器（PLC）內(nèi)部的計數(shù)器來控制每個吹灰縱剖面的吹灰次數(shù)，如設置過熱器管束部分爆燃5次，對流管束及省煤器管束部分各爆燃10次等�？刂品绞接锌刂剖页绦虼祷曳绞胶途偷卮祷曳绞絻煞N。安裝于控制室內(nèi)的程控箱上布置有控制室/就地切換開關、信號燈、程序啟動按鈕、強制中斷程序及復位按鈕等操作設備，就地吹灰方式由安裝在現(xiàn)場的一只防爆操作柱來完成。

　　3.4試運行3.4.1目的燃氣脈沖吹灰裝置試運行的主要目的是：驗證燃氣脈沖吹灰裝置、鍋爐護板及其相互聯(lián)接部分的安全性和可靠性；觀察燃氣脈沖爆燃后受熱面積灰層的清除效果，以確定每次循環(huán)中每組脈沖罐的爆燃次數(shù)。

　　3.4.2基本參數(shù)可燃氣采用乙炔氣，由5個乙炔氣瓶并聯(lián)組成乙炔氣源。助燃空氣采用鍋爐儀表風。其主要參數(shù)如下。

　　10m3/h；壓縮空氣壓力，0.002 ~0.01MPa；空氣流量，約100m3/h；噴嘴處聲壓級，大于150dB；脈沖3.4.3運行前后鍋爐性能參數(shù)比較試運行時，設置過熱器爆燃5次，對流管束及省煤器各爆燃10次為一個循環(huán)。表1列出了燃氣脈沖吹灰裝置一個循環(huán)爆燃后，余熱鍋爐有關性能參數(shù)的對比情況。

　　表1鍋爐性能參數(shù)項目過熱蒸汽溫度/丈蒸汽產(chǎn)量/t*h，排煙溫度/X余熱利用率/%計算值運行前運行后4運行安全性分析由于燃氣脈沖吹灰裝置所使用的乙炔氣體屬于易燃易爆氣體，其安全性受到普遍重視。該系統(tǒng)的安全性由下列因素保證。

　　可燃氣點火裝置和乙炔瓶設有兩處防止回火的裝置。

　　若因點火器故障點不著火時，由于壓縮空氣系統(tǒng)為長開狀態(tài)，乙炔氣隨壓縮空氣進人爐內(nèi)，隨煙氣流出，不會在燃氣脈沖吹灰裝置和爐內(nèi)積存。

　　當乙炔氣體占空氣百分比大于乙炔氣體爆炸極限上限時，點火后成為火焰，不再發(fā)生爆炸。

　　此時關閉乙炔氣瓶閥門即可。

　　在環(huán)境有要求時，就地控制箱可采用防爆柱。

　　S效益分析該余熱鍋爐排煙溫度每降低18鍋爐蒸汽產(chǎn)量隨之增加約1t/h.按每噸蒸汽120元、鍋爐一年運行180d計算，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益51.8萬元。該燃氣脈沖吹灰裝置投資20余萬元，由此可見，鍋爐運行不足90d即可完全收回成本。

　　鑒于該催化裂化裝置再生煙氣中含有大量催化劑細粉，余熱鍋爐積灰嚴重，為此設定燃氣脈沖吹灰裝置每2d運行一個循環(huán)，20d換一次乙炔氣瓶，每瓶乙炔按80元計算，一年運行成本僅為3600元由于燃氣脈沖吹灰裝置除灰效果明顯，可以在短期內(nèi)收回成本，并節(jié)省運行費用。

　　表24種除灰技術性能的比較項目投資。大大小。較大除灰效果差較好好除灰范圍受限制不受限制除灰時間長短運行費用大小可靠性差較好好在線除灰可以不可以可以副作用磨損管壁嚴重磨損管壁腐蝕管壁對受熱面有一定沖擊6與其它除灰技術性能的比較燃氣脈沖吹灰裝置與蒸汽、鋼球及水沖洗等除灰技術相比較，具有十分明顯的優(yōu)點，見表2. 7應用效果及結論燃氣脈沖吹灰裝置應用于吉化煉油廠催化裂化裝置Q100/570-20-3.88/435型余熱鍋爐，獲得成功。該余熱鍋爐在試運行燃氣脈沖吹灰裝置前40d剛剛完成鍋爐大修，受熱面積灰情況尚不嚴重。然而試運行中，吹灰裝置每爆燃一次，可從煙囪直觀看到大量積灰被排出，試運行一個循環(huán)，鍋爐排煙溫度迅速下降15~20T，目測觀察，翅片間積灰被完全清除。

　　目前，該吹灰裝置已安全運行近3年，無任何故障。運行實踐證明，燃氣脈沖吹灰裝置清灰時間短，性能可靠，操作簡便、靈活；既可在線吹灰，也可停爐吹灰；吹灰效果顯著，可迅速降低鍋爐排煙溫度15 ~20弋，鍋爐蒸汽產(chǎn)量增加1t/h，余熱利用率提高3.4個百分點，并解決了該余熱鍋爐多年來無法清除的積灰問題，是目前可作為催化裂化裝置螺旋翅片管式余熱鍋爐吹灰裝置的首選