CN101922720B - 一种炉膛吹灰装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炉膛吹灰装置，由罗茨风机、风量调节阀、发射管前软管、发射风道、冰仓、螺旋输送机、扫描平台、冰丸机、冷风机、冷风送风软管、冷风入口管、冷风出口管、循环风机、冷风回风软管等组成。罗茨风机将空气压入发射风道，冰仓内装入预制好的冰丸，冰丸通过螺旋输送机和落料口连续定量地加入到发射风道之内，形成气粒两相混合物，该混合物在喷口加速，形成高速出射的冰丸颗粒群，被发射到炉膛之内，经短暂飞行后撞击到对面的炉膛积灰壁面上实施吹灰操作。本发明采用高速冰丸吹灰，吹灰介质质量小，吹灰效果好，可大幅度缓解了热冲积、负荷、效率等问题，基本消除吹灰死角，装置安装使用方便，适用于电站锅炉的炉膛吹灰(除渣)。

Description

一种炉膛吹灰装置

技术领域

本发明涉及一种炉膛吹灰装置，特别是一种采用冰丸作吹灰介质的炉膛吹灰装置。

背景技术

炉膛结渣的对电站锅炉运行的影响主要表现在渣层覆盖受热面，减少了炉膛的吸热量，造成炉膛出口烟温上升，而炉膛出口烟温的升高与结渣的发展互为促进因素，这种正反馈机制表明，炉膛结渣一旦超过一定的限度而不及时干预，结渣过程就可能失控而无限发展下去，炉内运行参数也由此发生一系列变化，包括炉膛出口烟温逐渐上升、烟气中的氮氧化物含量逐渐增高、烟气中三氧化硫含量逐渐增高等，进一步诱发一系列不良后果或恶性事故，比如：过热器结渣造成水平烟道堵塞、过热汽温失调、高温腐蚀加剧造成水冷壁或过热器爆管、尾部受热面低温腐蚀加剧造成省煤器爆管、低温粘结灰加速生成造成低温烟道堵塞、排烟温度升高造成热效率下降等，运行案例中甚至还出现过流渣堵塞冷灰斗的极端结渣工况的报道。

炉膛结渣有四种类型：(1)机械粘结——半熔化状态的细粒飞灰在受热面表面堆积而形成疏松的灰污层；(2)沉积物粘结——燃料中的碱金属氧化物在高温烟气中升华后，凝华在受热面壁面上，或由于粘结灰层中灰粒互相产生化学作用而形成低熔点化合物，形成粘结性沉积层，有时可见灰粒粘在沉积层外表面；(3)密实粘结层——这是由于灰粒之间在炉内气氛下相互作用而被烧结成密实的积灰层，它有较高的机械强度；(4)液态渣层——渣层表面温度较高时，部分灰粒熔化成液态，不断粘结沉积下来的灰粒，使灰渣层变厚，灰温进一步升高，导致恶性循环，形成液态流渣。

炉膛结渣是一个非常复杂的过程，影响因素很多。对于燃煤电站锅炉，如果燃煤具有较高的灰分和硫分、较低的灰熔点、炉内局部出现还原性气氛、燃烧负荷偏高、炉内空气动力场失调等情况，都可能诱发炉膛的结渣，因此，对炉内结渣目前还不能从炉膛的原始设计上就得到完全控制。所以，以炉膛出口烟温为控 制指标，在运行中及时对炉膛内的受热面(水冷壁)进行吹灰(除渣)操作，是电站锅炉尤其是大型电站锅炉运行中的一个关键问题。

现有的炉膛吹灰装置，在性能上各有特点：水射流吹灰器对各种类型的炉膛结渣都有较好的吹灰效果，但会对受热面金属产生反复的热冲击，导致水冷壁可能出现水循环障碍并造成管壁的热疲劳，吹灰期间大量的水耗使得锅炉的负荷和热效率急剧下降；蒸汽吹灰器通常采用长伸缩结构，热态运行可靠性低，对炉膛结渣类型中的密实粘结层和液态渣层的吹灰效果很差；压缩空气吹灰器和蒸汽吹灰器类似，但由于气源压力相对较低，炉膛吹灰效果不及蒸汽吹灰器。以上三种吹灰方式有一个共同缺点，这就是在吹灰操作时段，由于大量吹灰介质引入炉膛，造成炉内温度急剧下降，干扰燃烧的稳定性，同时吹灰时段内锅炉的出力显著降低。

现有的各种炉膛吹灰装置，在性能上还存在着另外一个重大缺陷：在吹灰介质流量处于可接受的范围的约束条件下，气体射流或水射流的射程有限，对于大容量锅炉而言，炉膛截面尺寸很大，吹灰运作只能是将吹灰器喷口通过某侧面的炉墙上的吹灰口伸入炉膛，再回吹本炉墙的方式(长伸缩式吹灰器可以吹扫对面炉墙的局部区域)，一个吹灰口只能顾及炉墙的某个特定的局部区域，这不可避免地造成了大面积的吹灰死角的存在，炉膛吹灰也就不可能彻底完成，特别是当严重结渣的部位没有预先设置吹灰口时，吹灰死角这一缺陷就更加明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炉膛吹灰装置，用以解决炉膛吹灰时段的燃烧稳定性变差和锅炉出力下降的问题，同时也为了解决炉膛吹灰死角的难题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种炉膛吹灰装置，包括罗茨风机、风量调节阀、发射管前软管、发射风道、冰仓、螺旋输送机、冰仓入口软管、冰仓入口阀、压力平衡管、落料口、喷口、扫描平台、冰丸机、冷风机、冷风送风软管、冷风入口管、冷风出口管、循环风机、冷风回风软管，发射风道、冰仓、螺旋输送机、压力平衡管、落料口采用双层壁面结构，外壁和内壁之间为冷风通道，罗茨风机、风量调节阀、发射管前软管和发射风道通过管道依次连接，冰仓下口和螺旋输送机入口连接，螺旋输送机出口和落料口、发射风道连接，发射风道和喷口连接，冰丸机、冰仓入口阀、冰仓入口软管通过管道依次连接，冷风机、冷 风出口软管、冷风入口管和冰仓之间的冷风通道依次连接，冷风出口管由发射风道的冷风通道引出，并和冷风回风软管、循环风机和冷风机依次连接，发射风道、冰仓、螺旋输送机、压力平衡管、落料口、喷口、冷风入口管和冷风出口管固定在扫描平台上，压力平衡管连接发射风道和冰仓；罗茨风机将环境空气压入发射风道，其流量由风量调节阀调节，冰仓内装入由冰丸机预制好的冰丸，冰丸通过螺旋输送机和落料口连续定量地加入到发射风道之内，形成气粒两相混合物，气粒两相混合物在喷口内加速，在喷口出口处形成高速出射的冰丸颗粒群，被发射到炉膛之内，扫描平台工作时，喷口在水平和垂直方向移动，从而实现炉膛整个积灰壁面的吹灰。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)由冰丸机制备特定尺寸和温度的冰丸，通过冰仓储存和螺旋输送机和落料口送料，并罗茨风机、发射风道和锥形喷口实现冰丸高速发射，高速发射的冲击效应和冰丸升华效应会产生良好的吹灰效果，此外高速发射介质损耗少，吹灰介质用量低，可大幅度缓解常规水射流吹灰所带来的热冲积、负荷、效率等问题；(2)扫描平台可实现喷口的水平垂直方向运动，基本消除吹灰死角；采用压力平衡管可以保证冰仓内具有较高压力，使发射过程能稳定连续进行；(3)发射风道、冰仓、螺旋输送机、压力平衡管、落料口采用双层壁面结构保冷，而且制备的冰丸温度较低，保证了冰丸储存和发射过程中不会出现融化粘结现象。

附图说明

图1是本发明炉膛吹灰装置的结构示意图。

图2是本发明中喷口11的安装示意图。

图3是本发明实施例中喷口11的安装分布图。

其中：1-罗茨风机，2-风量调节阀，3-发射管前软管，4-发射风道，5-冰仓，6-螺旋输送机，7-冰仓入口软管，8-冰仓入口阀，9-压力平衡管，10-落料口，11-喷口，12-扫描平台，13-冰丸机，14-冷风机，15-冷风送风软管，16-冷风出口管，17-冷风出口管，18-循环风机，19-冷风回风软管，20-炉墙，21-吹灰口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明炉膛吹灰装置的结构示意图，本发明炉膛吹灰装置主要包括包 括罗茨风机1、风量调节阀2、发射管前软管3、发射风道4、冰仓5、螺旋输送机6、冰仓入口软管7、冰仓入口阀8、压力平衡管9、落料口10、喷口11、扫描平台12、冰丸机13、冷风机14、冷风送风软管15、冷风入口管16、冷风出口管17、循环风机18、冷风回风软管19；发射风道4、冰仓5、螺旋输送机6、压力平衡管9、落料口10采用双层壁面结构，外壁和内壁之间为冷风通道，见图2，罗茨风机1、风量调节阀2、发射管前软管3和发射风道4通过管道依次连接，冰仓5下口和螺旋输送机6入口连接，螺旋输送机6出口和落料口10、发射风道4依次连接，发射风道4和喷口11连接，冰丸机13、冰仓入口阀8、冰仓入口软管7通过管道依次连接，冷风机14、冷风送风软管15、冷风入口管16和冰仓5之间的冷风通道依次连接，冷风出口管17由发射风道4的冷风通道引出，并和冷风回风软管19、循环风机18和冷风机14依次连接，发射风道4、冰仓5、螺旋输送机6、压力平衡管9、落料口10、喷口11、冷风入口管16、冷风出口管17固定在扫描平台12上，压力平衡管9连接发射风道4和冰仓5；发射风道4、冰仓5、螺旋输送机6、压力平衡管9、落料口10的冷风通道互相连通，冷风循环由循环风机18驱动，所需冷量由冷风机14提供；冰丸机13制备吹灰所需冰丸；喷口11是冰丸的发射口，悬浮插入炉墙20上的吹灰口21内，见图2；风量调节阀2用于调节风量；扫描平台12前端(即靠近喷口11一侧)可在水平和垂直两个方向移动以实现喷口11的扫描过程，移动角度范围、所需动力和传动方式可根据具体应用选择合适的技术和装置。

发射风道4、冰仓5、螺旋输送机6、压力平衡管9、落料口10的双层壁面之间的冷风通道也可采用另外一种设计，即各部件的冷风通道互不连通，冷风入口管16分成五路分别与前述的发射风道4、冰仓5、螺旋输送机6、压力平衡管9、落料口10的冷风通道入口连接，冷却后的空气离开各部件的冷风通道出口后汇集到冷风出口管17，此时冷风入口管16不和冰仓5连接，冷风出口管17不和发射风道4连接。

本发明炉膛吹灰装置，其主要数据包括：冰丸机13制备的冰丸尺寸在3mm-8mm之间，温度＜-3℃；喷口11是一个渐缩喷口，其喷口锥角在2°～10°之间；冰丸在喷口11出口的发射速度＞30m/s。

本发明炉膛吹灰装置的工作过程是：罗茨风机1将环境空气压入发射风道4，其流量由风量调节阀2整定，冰仓5内装入由冰丸机13预制好的冰丸，关闭冰 仓入口阀8，冰丸通过螺旋输送机6和落料口10连续定量地加入到发射风道4之内，形成气粒两相混合物，气粒两相混合物在喷口11加速，在喷嘴出口处形成高速出射的冰丸颗粒群，被发射到炉膛之内，扫描装置12工作时，喷口11在水平和垂直方向移动，从而实现炉膛整个积灰壁面的吹灰。

本发明炉膛吹灰装置的工作机理是：

喷口11发射出的具有很大动量的高速冰丸，在炉膛内的高温烟气中飞行，撞击对面炉墙壁面上的结渣层，结渣层与冰丸之间产生强烈的相互作用，在热效应产生的热应力、动力效应产生的冲击力、升华效应或融化-蒸发效应的剧烈气化膨胀产生的冲刷等因素的综合作用下，渣层龟裂并脱落，从而完成炉膛的吹灰。

喷口11的结构影响到冰丸的发射初速和发射角，最终决定了冰丸到达靶面的终端速度和颗粒在靶面的散布特征，试验证实，喷口11锥角在2°～10°之间都可以顺利完成冰丸的发射，对冰丸的终端速度和散布特征进行优选，最佳锥角范围为3.0°～为3.5°之间。在实际工作状态下，考虑到要减少冰丸在加速过程中的撞击造成的破裂概率，实际使用的喷口锥角在4°～8°之间。

预制冰丸的粒径和粒径分布对发射性能和飞行中的损耗率都有重要影响，更重要的是，冰丸粒径对冰丸与渣层之间的相互作用的影响是决定性的，不同粒径的冰丸，在没入渣层之后，有完全不同的热效应和气化速度。试验证实，预制冰丸的粒径在3mm～8mm之间为宜，最佳粒径在4mm～6mm之间。

发射风道4、冰仓5、螺旋输送机6、压力平衡管9、落料口10采用双层结构壁面并通以冷风保冷的目的是保证在发射之前冰丸不会因为局部融化产生颗粒之间的粘结。

发射过程中冰仓5处于密闭状态(冰仓入口阀8关闭)，通过设置压力平衡管9可维持发射过程中冰仓内压力大于喷口11处压力，以保证螺旋输送机6能顺利完成连续均匀地给料。

下面对本发明炉膛吹灰装置的工作特性作进一步的描述。

从实际吹灰过程来看，冰丸吹灰与干冰清洗的过程极其相似，其参数比较如下：干冰清洗常温壁面时，干冰颗粒与壁面之间有90℃左右的温度差，而冰丸吹灰清除炉膛灰渣时，冰与渣层之间有1000℃左右的温度差，冰丸吹灰具有更优越的气化条件；干冰的气化膨胀倍数563倍，冰的气化膨胀倍数1521倍，冰丸吹灰有更显著的膨胀冲刷效应；干冰升华潜热为573.6J/g，冰升华潜热2800J/g， 冰丸吹灰有更大的相变热效应。综合比较结果为，冰丸对炉膛的吹灰效果要好于干冰对常温壁面的清洗效果。

冰丸在炉膛飞行过程中质量损耗很低。以5mm的冰丸为例：以30m/s的初速发射至距离喷口12m的对面炉膛壁面，炉膛内的平均烟气温度为1200℃，冰丸在炉膛内的飞行时间大约地为0.5s左右。冰丸在炉内的飞行时段内，其辐射换热热量Q₁＝12.5J；对流换热量Q₂＝5.3J；考虑到冰的升华潜热为2821.5kJ/kg，5mm的冰丸全部升华需要吸收Q＝141J的热量；由此得出5mm的冰丸在炉膛内飞行过程中的质量损失率仅为12.6％左右，也就是说，有高达87.4％的吹灰介质得到了有效利用。

冰丸在炉膛飞行过程中速度衰减很少，颗粒射程大。以5mm的冰丸为例：以30m/s的初速发射至距离喷口12m的靶面，测定的冰丸残余速度仍然有16m/s。

冰丸吹灰装置的有效吹灰面积大，完全消除了吹灰死角。以5mm的冰丸为例：以出口直径为20mm的渐缩喷口发射，冰丸初速为30m/s时，测试证实，冰丸到达距离喷口12m的靶面时，颗粒的有效散布区域的直径高达8m，而且在该区域内颗粒散布均匀，这个结果意味着只需要在炉墙上设置很少的吹灰口，就能保证不出现吹灰死角。

冰丸吹灰装置的吹灰介质消耗量极小，在吹灰时段对锅炉的出力和燃烧稳定性几乎没有影响。以5mm的冰丸为例：测试证实，单个冰丸对渣层的作用面积大于100mm2，以100mm2计，完成一次1000m2炉墙面积的炉膛吹灰，在无吹灰死角时，需要一千万颗冰丸，合计冰丸重量仅仅为600kg(同样的炉膛条件下，水射流吹灰器完成一次吹灰操作的水耗大约为36吨，是冰丸吹灰的60倍)，对炉内燃烧过程几乎没有干扰，介质吸热量对锅炉出力也几乎没有影响(比如对300MW火力发电机组，冰丸吹灰装置的一个吹灰口发射40kg的冰丸，发射时间60s，吹灰介质的吸热功率仅仅相当于锅炉燃烧功率的0.25％，吸热负荷被均匀分配在一个很大的目标区域；而水射流吹灰器在吹灰时段的介质吸热功率高达锅炉燃烧功率的10％以上，而且吸热负荷集中在一个较小的目标区域)。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

吹灰对象为一台200MW四角切圆燃烧电站锅炉，炉膛截面为正方形，在炉膛四个壁面中心各布置一个吹灰口，如图3所示；4套冰丸吹灰装置共用一台罗茨风机、冰丸机和冷风机，其它部件均为4套；喷口锥角约5°；每个喷口发射30kg的冰丸，冰丸发射速度50m/s，发射时间60s，每天吹灰1次；冰球机制备冰丸直径4mm～6mm(实际使用中不合要求的冰丸预先分离掉)，温度约-5℃；用于保冷的冷风回风温度为0℃；机冷风温度扫描平台采用市场上成熟的电动机械式，其扫描过程自动进行，人员操作方便。

该装置工作过程如下：

(1)冰丸机工作，制备尺寸符合要求的冰丸，打开冰仓入口阀，冰丸送入冰仓储存，达到额定储存量后，关闭冰仓入口阀，保证冰仓密封；冷风机和循环风机同时工作，给发射风道、冰仓、螺旋输送机、压力平衡管和落料口保冷，控制冷风回风温度为0℃。

(2)罗茨风机启动运行，风量调节阀调节风量至设定值，然后螺旋输送机和扫描装置启动工作，冰丸经落料口进入发射风道，经喷口加速后射入炉膛，在炉膛内短暂飞行后撞击至对面炉膛壁面上开始吹灰(除渣)，四个喷口按照先后顺序依次进行吹灰，从而完成整个炉膛的吹灰流程。

采用喷丸法用于表面清洁已有很多应用(如除漆)，但文献和应用中均未见冰丸高速射流炉膛吹灰装置的报道。本发明采用高速冰丸吹灰，吹灰介质质量小，吹灰效果好(与水射流吹灰近似)，可大幅度缓解热冲积、负荷、效率等问题，基本消除吹灰死角，装置安装使用方便，适用于现有电站锅炉的炉膛吹灰(除渣)。

Claims (7)

1.一种炉膛吹灰装置，其特征在于：包括罗茨风机(1)、风量调节阀(2)、发射管前软管(3)、发射风道(4)、冰仓(5)、螺旋输送机(6)、冰仓入口软管(7)、冰仓入口阀(8)、压力平衡管(9)、落料口(10)、喷口(11)、扫描平台(12)、冰丸机(13)、冷风机(14)、冷风送风软管(15)、冷风入口管(16)、冷风出口管(17)、循环风机(18)、冷风回风软管(19)，发射风道(4)、冰仓(5)、螺旋输送机(6)、压力平衡管(9)、落料口(10)采用双层壁面结构，外壁和内壁之间为冷风通道，罗茨风机(1)、风量调节阀(2)、发射管前软管(3)和发射风道(4)通过管道依次连接，冰仓(5)下口和螺旋输送机(6)入口连接，螺旋输送机(6)出口和落料口(10)、发射风道(4)连接，发射风道(4)和喷口(11)连接，冰丸机(13)、冰仓入口阀(8)、冰仓入口软管(7)通过管道依次连接，冷风机(14)、冷风出口软管(15)、冷风入口管(16)和冰仓(5)之间的冷风通道依次连接，冷风出口管(17)由发射风道(4)的冷风通道引出，并和冷风回风软管(19)、循环风机(18)和冷风机(14)依次连接，发射风道(4)、冰仓(5)、螺旋输送机(6)、压力平衡管(9)、落料口(10)、喷口(11)、冷风入口管(16)和冷风出口管(17)固定在扫描平台(12)上，压力平衡管(9)连接发射风道(4)和冰仓(5)；罗茨风机(1)将环境空气压入发射风道(4)，其流量由风量调节阀(2)调节，冰仓(5)内装入由冰丸机(13)预制好的冰丸，冰丸通过螺旋输送机(6)和落料口(10)连续定量地加入到发射风道(4)之内，形成气粒两相混合物，气粒两相混合物在喷口(11)内加速，在喷口(11)出口处形成高速出射的冰丸颗粒群，被发射到炉膛之内，扫描平台(12)工作时，喷口(11)在水平和垂直方向移动，从而实现炉膛整个积灰壁面的吹灰。

2.根据权利要求1所述的炉膛吹灰装置，其特征在于：发射风道(4)、冰仓(5)、螺旋输送机(6)、压力平衡管(9)和落料口(10)的冷风通道互相连通，冷风循环由循环风机(18)驱动，所需冷量由冷风机(14)提供。

3.根据权利要求1所述的炉膛吹灰装置，其特征在于：发射风道(4)、冰仓(5)、螺旋输送机(6)、压力平衡管(9)、落料口(10)之间的冷风通道可互不连通，冷风入口管(16)分成五路分别与前述五个部件的冷风通道入口连接，冷却后的空气离开发射风道(4)、冰仓(5)、螺旋输送机(6)、压力平衡管(9)和落料口(10)的冷 风通道出口后汇集到冷风出口管(17)。

4.根据权利要求1所述的炉膛吹灰装置，其特征在于：喷口(11)为渐缩喷口，其喷口锥角在2°～10°之间，喷口(11)悬浮插入炉墙(20)上的吹灰口(21)内。

5.根据权利要求1所述的炉膛吹灰装置，其特征在于：扫描平台(12)靠近喷口(11)一侧可在水平和垂直两个方向移动以实现喷口(11)的扫描过程。

6.根据权利要求1所述的炉膛吹灰装置，其特征在于：冰丸机(13)制备的冰丸直径在3mm-8mm之间、温度＜-3℃。

7.根据权利要求1所述的炉膛吹灰装置，其特征在于：冰丸在喷口(11)出口的发射速度＞30m/s。 

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