CN105765336A - 用于热交换器的复合清洁*** - Google Patents

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Abstract

本公开的目的是解决：当使用选择性催化还原(SCR)来去除锅炉等燃烧期间生成的废气中所包含的氮氧化物时，由于硫酸铵盐附着至空气预热器(APH)等的热交换器处所引起的设备操作困难或发生设备腐蚀损坏的问题，其中，硫酸铵盐是在未反应的氨(NH3漏失)与废气中的三氧化硫(SO3)彼此结合时而生成的，并且硫酸铵盐堵塞了废气的通道从而使锅炉内的压力增加，空气预热器安装在SCR设备后部。为此，在空气预热器中的废气入口前面安装有干冰清洁设备，以使得由硫酸铵盐等引起的热交换器的堵塞通过喷射干冰丸而被去除，同时，在空气预热器的冷端处安装有高温蒸汽喷射设备，以在与供给至锅炉的空气的方向相同的方向上喷射蒸汽，从而更有效地去除污染物。另外，为了有效防止在空气预热器的冷端发生的堵塞，将干冰喷射至空气预热器的废气入口前面，以及喷射至空气预热器的供气入口前面，以使得清洁效果增加，其中供气入口与供气出口的方向相反。

Description

用于热交换器的复合清洁***
技术领域
本公开涉及清洁热交换器的方法，更具体地，涉及用于热交换器的复合清洁***，该复合清洁***是为了解决：当使用选择性催化还原(SCR)方法来去除在锅炉等的燃烧期间生成的废气中所包含的氮氧化物时，由于硫酸氢铵附着至空气预热器等的热交换器所引起的操作困难或停机的问题，其中，硫酸氢铵是在未反应的氨与废气中的三氧化硫彼此结合时而生成的并且其阻塞了废气的通道，空气预热器安装在SCR设备的后部。
背景技术
氮氧化物，作为造成环境危害的污染物，应该在被排放至空气中之前被去除，其中氮氧化物包括在当煤、油、燃气或易燃材料等在燃烧机中燃烧时所生成的废气中。
为了去除废气中所包含的氮氧化物，使用了将诸如氨的还原剂直接喷射到锅炉中的选择性非催化还原(SNCR)方法，或者将还原剂喷射到锅炉后部的选择性催化还原(SCR)方法。由于SNCR方法脱氮效率低，因而主要使用SCR方法。
SCR方法是这样的方法：通过在将氮氧化物与诸如氨的还原剂混合之后经过催化剂，而将废气中包含的氮氧化物(NOx)转换成氮和水。
图1示出了在动力装置或诸如工业锅炉的燃烧机中使用的防污控制装置的总体布局。根据图1，从锅炉排放的废气依次穿过省煤器、选择性催化还原(SCR)设备的催化剂层、空气预热器、电除尘器以及烟气脱硫器，从而经由烟囱排出。
通常，通过煤或重油在锅炉中燃烧而生成的废气包括二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。如以下化学方程式1，二氧化硫在经过脱氮催化剂期间被部分氧化成三氧化硫，如此，在经过SCR设备之后废气中三氧化硫的浓度增加。
2SO2+O2→2SO3(1)
同时，如以下化学方程式2，废气中存在水，同时供给至SCR设备的氨与三氧化硫和水部分反应，从而生成硫酸氢铵。
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4(2)
硫酸氢铵降低催化剂的活性，腐蚀SCR设备后面的设施，并且由于堵塞了热交换器中用于催化剂的孔和用于废气的通道而增加锅炉中的压力损失。为此，在SCR设备的操作期间，通常将未反应氨的排放浓度限制成等于或小于2ppm至3ppm。然而，虽然这样进行限制，但是在SCR设备的操作期间，各种装置的热交换器中也经常发生堵塞问题。
为此，在一些动力装置中，在热交换器处，具体在空气预热器处进一步设置实时高压水清洁设备，以定期去除堵塞物，其中清洁设备包括图2所示的吹灰器。然而，喷射高压水损坏了热元件的涂覆层，因此空气预热器中的阻塞问题变严重。这可能不是有效的清洁方法。概括地说，虽然高压水清洁设备具有150kg/cm2g至200kg/cm2g的非常高的工作压力，但是在空气预热器中存在严重堵塞问题的情况下，即使是300kg/cm2g的压力可能也不足以解决堵塞问题。
另外，如图2所示，当使用高压水进行清洁时，大量的水可能在诸如电除尘器的后续设备中流动，从而损坏这些设备。为了防止后续元件损坏，如图3所示，还可以设置排水***。然而在这种情况下，不可能从根本上避免由水引起的破坏。
为此，与本公开相同的发明人已公开了一种干冰清洁设备，该干冰清洁设备安装在空气预热器的废气入口前面，以通过喷射干冰丸去除污染物(第10-2011-0096603号韩国专利申请公开)。图4是示出第10-2011-0096603号韩国专利申请公开中所披露的、使用干冰清洁设备去除空气预热器中的硫酸氢铵的***的框图。
图5示出了在图4的干冰清洁设备中使用干冰丸去除附着在热元件上的硫酸氢铵的过程。干冰丸利用高压(或低压)空气从干冰清洁设备高速喷射出，以撞击空气预热器的热元件表面。干冰丸在超低温(例如-78℃)下使附着在热元件上的硫酸氢铵迅速冻结，然后硫酸氢铵由于其与环境空气之间的温差而收缩，从而形成大量的硫酸氢铵裂缝。干冰丸渗入硫酸氢铵的裂缝中，同时发生升华从而使体积扩张等于或大于800倍，进而提升以使仅硫酸氢铵与热元件的表面分离。如上文所述，低温冻结的污染物通过干冰清洁设备的风压容易地与表面分离，从而通过空气预热器的后部排出。
当只有硫酸氢铵作为污染物存在时，污染物附着在空气预热器的中部，从而仅使用干冰丸便可容易地被去除。然而，当由于燃料质量降低而存在其它污染物时，可能难以去除这些污染物。具体地，如图6所示，当在冬季由于严寒而引起环境温度极度降低时，污染物堵塞空气预热器冷端处的废气路径，其中污染物中与灰尘结合的硫酸氢铵同水一起被冻结。因此，仅通过使用利用干冰丸的清洁技术来去除污染物是低效的。
[相关技术的引用]
[专利文献1]
(专利文献1)第10-2011-0096603号韩国专利公开
发明内容
技术问题
如上面所述，本公开提供了复合清洁方法，以从热元件有效去除污染物，同时解决了通过喷射高压水而损坏热元件的问题，以及由于废气中含水量高而使连接到空气预热器后部的电除尘器性能和寿命降低的问题。
技术方案
本公开可应用于使用SCR的各种工业装置和燃烧机，更具体地，应用于动力装置或工业锅炉，但是不限于此。在下文中，将作为示例描述如热交换器的空气预热器，但是本公开不旨在局限于此。
当空气预热器的热元件仅被硫酸氢铵污染时，硫酸氢铵层主要附着在空气预热器的中间，从而仅使用干冰丸便会容易地被去除。然而，当各种污染物自然地或由于燃料质量降低而积聚时，很难去除污染物。具体地，当由于冬季的严寒而引起环境温度极大地降低时，通常会发生与灰尘结合的硫酸氢铵在空气预热器的冷端与水一起被冻结，因此有必要以单独的干冰来补充清洁。
为了这个目的，本公开的所示实施方式提供了这样的方法：通过交替或同时操作所安装的高温蒸汽喷射设备和干冰喷射设备，有效去除附着在热交换器的热元件上的污染物。
另外，根据本公开的所示实施方式，干冰和高温蒸汽不仅被喷射到作为原始喷射位置的废气入口，还在关于原始喷射方向相反的喷射方向上被喷射到供气入口，即冷端，从而提高清洁效果。
在本公开的一方面，本发明提供了用于空气预热器的复合清洁方法，以通过交替或同时向空气预热器喷射高温蒸汽和喷射干冰，有效去除形成于空气预热器表面上的例如硫酸氢铵和灰尘的污染物。更详细地，根据本公开的所示实施方式的复合清洁方法包括：在90℃到500℃(优选为90℃到400℃)的温度和10kg/cm2g到30kg/cm2g(优选为20kg/cm2g)的压力下，向空气预热器喷射高温蒸汽；在0.5kg/cm2g到20kg/cm2g的压力和200m/sec至400m/sec的速度下，向空气预热器的与热元件表面平行的入口喷射干冰丸，每个干冰丸的直径等于或小于3mm，优选地在0.1mm到3mm之间；以及去除在热元件上形成的污染物。
优选地，在所述方法中，当温度等于或小于400℃且压力等于或小于20kg/cm2g时，空气预热器的老化可最小化且污染物可被有效地去除。
优选地，当通过蒸汽进行清洁时，高温蒸汽喷射设备安装在空气预热器的冷端，以在与供给至锅炉的空气的方向相同的方向9上，将蒸汽喷射到空气预热器；或者在与供给至锅炉的空气的方向相反的方向上，朝向空气预热器的废气入口喷射蒸汽。同时，当通过干冰丸进行清洁时，干冰喷射设备安装在空气预热器的废气入口前面，以在与废气流动方向相同的方向8上向空气预热器喷射干冰，或者在与废气的流动方向相反的方向上朝向供气入口喷射干冰。
更优选地，在与供应空气的方向相同的方向9上，将蒸汽喷射到空气预热器的冷端，以及在供应到空气预热器的废气方向即废气方向8上，将干冰丸喷射到空气预热器。
可以同时执行使用蒸汽进行清洁和使用干冰丸进行清洁。可替代地，可以在使用蒸汽进行清洁之后，使用干冰丸进行清洁；反之，可在使用干冰丸进行清洁之后，顺序执行使用蒸汽进行清洁。
根据本公开，当干冰丸喷射到空气预热器时，干冰丸撞击空气预热器的热元件而被击碎，然后覆盖在热元件表面上的硫酸氢铵通过被击碎的干冰丸颗粒在0℃到-78.5℃的温度范围内快速冻结，因此硫酸氢铵层中产生裂缝。在这样的情况下，击碎的干冰丸颗粒渗入硫酸氢铵层中的裂缝中同时干冰颗粒升华，从而使硫酸氢铵与热元件分离。通过上述相同过程分离在空气预热器的热元件表面上积聚的诸如灰尘的其他污染物，从而完成热元件的清洁。
有益效果
根据本公开的复合清洁方法可在操作模式期间，即在不中止机器操作的情况下方便地执行，而中止机器操作是现有技术存在的问题；以及该复合清洁方法不会损坏空气预热器或电除尘器。另外，喷射高温蒸汽的压力比喷射高压水的压力更低，并且与喷射高压水相比用于喷射高温蒸汽的水量非常少，如此没有增加废气中的含水量。相应地，因为没有额外排放污染物，所以不需要附加的废水处理设施。
同时，可以回收从动力装置的废气中收集的CO2以生成干冰，从而有利于CO2的利用和降低成本。
附图说明
图1示出安装在传统防污控制设施中的总体的动力装置或锅炉的布局，其中，省煤器设置在锅炉后部，选择性催化还原(SCR)设置在省煤器后部，以及空气预热器设置在SCR后部。
图2示出使用吹灰器和水清洗***去除空气预热器中的硫酸氢铵的传统***。
图3示出用于在水清洗期间去除水的排水***。
图4示出用于去除空气预热器中的硫酸氢铵的、包括干冰清洁设备而不是图2所示的水清洗***的传统***。
图5示出使用干冰丸去除硫酸氢铵的过程。
图6示出在当冬季环境温度快速下降时结合至灰尘的硫酸氢铵与水一起冻结的情况下，堵塞了空气预热器的冷端处的废气路径。
图7示出操作安装在一起的干冰清洁设备和高温蒸汽喷射***的***。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施方式。
如图5所示，干冰丸通过具有高压或低压的空气从清洁装置喷射出，以撞击空气预热器的热元件的表面。干冰丸使得硫酸氢铵在超低温度(-78℃)下快速冻结，从而使得硫酸氢铵由于与环境温度的温差而收缩，从而产生大量裂缝。干冰丸通过裂缝渗入硫酸氢铵，同时发生升华以使其体积扩张等于或大于800倍，因而提升从而仅去除硫酸氢铵。根据相同的过程分离灰尘或其他污染物以及硫酸氢铵以将其去除，并且容易地分离在超低温下冻结的材料以将其排放到空气预热器后部。
图7示出改进图4的传统干冰清洁设备的***，如增加了具有两个喷射位置的高温蒸汽喷射设备6，两个喷嘴位置为：废气入口，即原始喷射位置；以及供气入口，即空气预热器的冷端。在高温蒸汽喷射设备6中，由于增大了蒸汽温度和压力，所以清洁效率优良，但是可能损坏热元件，因而使得在等于或小于400℃的温度且等于或小于20kg/cm2g的压力下喷射蒸汽。蒸汽的压力为使用高压水的传统清洁中高压水工作压力(例如150kg/cm2g到200kg/cm2g)的十分之一，因此，与传统清洁相比热元件不会被损坏。
虽然已参照附图根据本公开的实施方式具体公开了清洁空气预热器的方法，但是应理解，这些实施方式是说明性的且发明主题的范围不限于这些实施方式。
[主要元件的详细描述]
1：空气预热器的旋转方向；2：空气预热器；3：干冰丸喷射喷嘴；4：干冰丸喷射设备；5：干冰丸筛选器；6：高温蒸汽喷射设备；7：供气出口；8：废气入口；9：供气入口；10：废气出口。

Claims (4)

1.一种用于热交换器的复合清洁方法，包括：
在90℃到500℃的温度和10kg/cm2g到30kg/cm2g的压力下，向所述热交换器喷射高温蒸汽；
在0.5kg/cm2g到20kg/cm2g的压力和200m/sec到400m/sec的速度下，向所述换热器的与热元件的表面平行的入口喷射干冰丸，其中每个干冰丸的直径为0.1mm到3mm；以及
去除形成于所述热元件的表面上的污染物，
其中，
在喷射所述高温蒸汽时，所述高温蒸汽被喷射到所述热交换器的废气入口，或者被喷射到所述热交换器的与所述废气入口相反的供气入口；以及
在喷射所述干冰丸时，所述干冰丸被喷射到所述热交换器的废气入口，或者被喷射到所述热交换器的与所述废气入口相反的供气入口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，同时或顺序地执行喷射所述高温蒸汽和喷射所述干冰丸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，喷射所述干冰丸包括：
使用通过撞击所述热元件而被击碎的干冰丸颗粒，使覆盖在所述热交换器的热元件表面上的硫酸氢铵层在0℃到-78.5℃下快速冻结，以令所述硫酸氢铵层中具有裂缝；
使所击碎的干冰丸颗粒渗入到所述硫酸氢铵层的裂缝中；以及
通过所述干冰颗粒的升华，使硫酸氢铵与所述热元件的表面分离并去除所述硫酸氢铵。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热交换器是空气预热器。
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