CN105020725B - 一种基于复合流的锅炉除灰器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于复合流的锅炉除灰器，包括可调频声流发生器、固定支架，其特征在于还包括压缩空气源、三通气源电控阀、空气射流发生器、声射流复合传播筒、声射流智能控制系统和灰垢测控传感器；其中：所述压缩空气源与三通气源电控阀的进口端连接，所述三通气源电控阀的出口端分别与可调频声流发生器和空气射流发生器的气源进口端连接，所述可调频声流发生器的声流出口端与声射流复合传播筒的进口端连接，所述声射流复合传播筒的出口端和所述空气射流发生器的射流出口端均通过固定支架与外部的换热部件相向设置。本发明具有将可调频声流和空气射流复合并实施声射流智能控制的优点，对清除炉膛或烟气换热器灰垢等均具有很好的效果。
Description
技术领域
本发明属于锅炉辅机技术领域，特别是涉及一种基于复合流的锅炉除灰器。
背景技术
在锅炉等运行设备中应用声波除灰器除灰，因声波除灰不会产生其它诸如爆管、热管损伤等不利的影响，且具有除灰没有死角等优越性能，越来越得到电力行业的肯定，但也存在吹灰声波参数不能根据设备实时运行工况进行调控而导致除灰效果不能完全满足要求的不足。
为了克服现有技术的不足，目前已有升级版的可调频高声强声波吹灰器，其工作原理是气流经过滤后到达发声组件，由控制系统通过电信号来控制发声组件往复振动，以实时改变产生所需的除灰声波的功率、频率等工况参数。虽然在除灰声波的工况参数可调方面发挥了积极的作用，但是还存在仅用单一的高声强声波来去除锅炉热管的积灰、结焦和结渣等，因声波柔软而使其除灰的作用力显得不足，如果继续提高声波的声压级，其除灰的作用力也会有所提高，但声压级过高如达到160dB以上时，将会对设备的运行工况的安全性产生不利的影响。
本申请人提出的中国专利申请201020532965.2公开了“一种高声强声波除灰器”，该声波吹灰器包括可调频高声强气动发生器，指数蜿延声波导筒、支架、辅助气源系统和声波吹灰器控制系统；支架设置在炉膛内，指数蜿延声波导筒安装在支架上且指数蜿延声波导筒的喇叭口覆盖在换热元件表面；可调频高声强气动发生器的一端与指数蜿延声波导筒连接，另一端与辅助气源系统连接；可调频高声强气动发生器与辅助气源系统均与声波除灰器控制系统连接。虽然它具有声功率大，声波的除灰传播方式好，有利于提高除灰效果，但还存在明显不足：一是无法定量分析吹灰参数和实时调控；二是无法使运行状态达到最优和优化吹灰效果。
本申请人提出的中国专利申请201420754785.7公开了“一种回转式烟气换热器的高声强声波吹灰器”，该声波吹灰器包括一组可调频高声强声波发声器、一组吹灰指数号筒、控制装置和气源，单个可调频高声强声波发声器与对应的吹灰指数号筒连接，一组吹灰指数号筒分别设置在回转式烟气换热器的周围；一组可调频高声强声波发声器均与控制装置连接；一组吹灰指数号筒均与气源连接。虽然它可根据回转式烟气换热器的不同运行工况，实时自动调整，自适应强，有利于提高除灰效果，但还存在明显不足：一是因声波柔软而使其除灰的作用力不强；二是因声波除灰的手段单一，除灰解堵功能较弱，不能完全满足除灰效果的要求。
综上所述，如何克服现有技术的不足已成为锅炉辅机技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术存在的不足而提供一种基于复合流的锅炉除灰器，本发明具有将可调频声流和空气射流复合并实施声射流智能控制的优点，不仅对清除炉膛或烟气换热器灰垢等均具有很好的效果，而且具有结构可靠、工艺制造和装配使用简便的优点。
根据本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器，包括可调频声流发生器、固定支架，其特征在于还包括压缩空气源、三通气源电控阀、空气射流发生器、声射流复合传播筒、声射流智能控制系统和灰垢测控传感器；其中：所述压缩空气源与三通气源电控阀的进口端连接，所述三通气源电控阀的出口端分别与可调频声流发生器和空气射流发生器的气源进口端连接，所述可调频声流发生器的声流出口端与声射流复合传播筒的进口端连接，所述声射流复合传播筒的出口端和所述空气射流发生器的射流出口端均通过固定支架与外部的换热部件相向设置；所述声射流复合传播筒的出口端的声流传播口面积覆盖空气射流发生器的射流出口端的射流喷射口面积；所述声射流智能控制系统分别与三通气源电控阀的电控装置和灰垢测控传感器连接，所述灰垢测控传感器分布设置在外部的换热部件上。
本发明的工作原理是：锅炉炉膛结渣积灰是燃料燃烧过程中的粉尘颗粒积聚烧结而形成的，因受炉膛内换热部件分布位置不同的影响，炉膛内烟气流动并不能均衡地把燃料燃烧过程中产生的粉尘颗粒声波全部带出炉膛，造成部分粉尘颗粒积淀在换热部件的外壁形成积灰、结焦或结渣等。本发明不仅能够将高压气流的能量转换成大位移、高速度振动的声波流能量，而且能够在发射声波流能量的同时汇聚空气射流的能量协同作用于清除换热部件上的灰垢；其中：在声射流能量的协同作用中，声波流能量的全方位传播可使炉膛内的烟气流质点高速而周期性的震荡，可使炉壁和换热部件上的灰垢微粒脱离受热面的凝聚，处于悬浮状态，有利于被烟气流带出炉外；空气射流的能量的定向性传播可使已经於积在换热部件上的灰垢结合力变弱、间隙增大、生长速度变慢、渣块体积减小，以利于自行脱落，被烟气流带出炉外。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
第一，本发明设置的可调频声流发生器和空气射流发生器发挥了协同整合、优势互补、强力除灰的作用，有利于声射流能量集聚对付积淀在换热部件外壁上形成的积灰、结焦或结渣等，大大地增强了清除灰垢的效果，从而大幅度地提高了锅炉运行的热效率。
第二，本发明设置的灰垢测控传感器可得到锅炉运行中的灰垢工况参数，实时计算出除灰声波与空气射流两者的最优匹配参数，通过声射流智能控制系统对可调频声流发生器和空气射流发生器发出的声射流能量实施自动调控，自适应能力强，清除灰垢的效果佳。
第三，本发明提出的声射流复合传送筒设置在炉膛内，与换热部件表面成垂直安装，喇叭口覆盖在换热部件表面，可安装换热部件的上侧或下侧或两侧，利用空气预热器、GGH的换热部件是在有规律的旋转这一自身特点，使声射流的复合波有规律地直接均匀地作用在换热部件上，确保清除灰垢的效果更加效果直接和明显。
第四，本发明提出的基于复合流的锅炉除灰器仍然是利用声射流的复合波能量，没有外加其它固体物质，因此无污染、无腐蚀，对换热部件外壁无损害，且结构简单，运行及维护方便，使用效果好，适用范围广泛。
附图说明
图1为本发明提出的空气射流发生器的结构示意图。
图2包括图2-1和图2-2均为可调频声流发生器的结构示意图，其中：图2-1为可调频单音单频声流发生器的结构示意图；图2-2为可调频双音双频声流发生器的结构示意图。
图3为本发明实施例1中所述的指数蜿延形状的声射流复合传播筒的出口端、空气射流发生器的射流出口端的喷嘴通过固定支架与空气预热器的换热部件相向设置的布局结构示意图。
图4为本发明实施例1中所述的灰垢测控传感器以满足东西南北中的方位，设置在空气预热器的换热部件的相应部位的结构示意图。
图5为本发明提出的声射流智能控制系统的信号链路方框示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器，包括可调频声流发生器(3)、固定支架(6)，还包括压缩空气源(1)、三通气源电控阀(2)、空气射流发生器(4)、声射流复合传播筒(5)、声射流智能控制系统(7)和灰垢测控传感器(8)；其中：所述压缩空气源(1)与三通气源电控阀(2)的进口端连接，所述三通气源电控阀(2)的出口端分别与可调频声流发生器(3)和空气射流发生器(4)的气源进口端连接，所述可调频声流发生器(3)的声流出口端与声射流复合传播筒(5)的进口端连接，所述声射流复合传播筒(5)的出口端和所述空气射流发生器(4)的射流出口端均通过固定支架(6)与外部的换热部件(9)相向设置；所述声射流复合传播筒(5)的出口端的声流传播口面积覆盖空气射流发生器(4)的射流出口端的射流喷射口面积；所述声射流智能控制系统(7)分别与三通气源电控阀(2)的电控装置和灰垢测控传感器(8)连接，所述灰垢测控传感器(8)分布设置在外部的换热部件(9)上。
本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器的进一步优选方案是：
所述空气射流发生器(4)为可调式空气喷管，其出口端为带出气孔的圆锥形空气射流喷嘴，其出气孔的数量为4-12个、出气孔的孔径为Φ3-6mm；所述空气射流发生器(4)的气源工作压力为0.1-0.5MPa。
所述可调频声流发生器(3)为至少包括气流入口、单动圈组件、单磁体和气流出口组成的可调频单音单频声流发生器或者至少包括气流入口、双动圈组件、双磁体和气流出口组成的可调频双音双频声流发生器。
所述可调频声流发生器(3)发出的声流和空气射流发生器(4)发出的射流汇聚为同方向的声射流复合波。
所述声射流复合传播筒(5)为指数蜿延形状，其出口端的喇叭口为矩形、梯形、圆形或莲花形。
所述声射流智能控制系统(7)的信号链路包括至少由灰垢测控传感器(8)、灰垢测控信号CPU处理器、声射流平衡控制器以及三通气源电控阀(2)的信号组成并依次信号连接；其中：由灰垢测控传感器(8)实时采集外部的换热部件(9)的灰垢清除量的参数信号，先送灰垢测控信号CPU处理器处理，后送声射流平衡控制器调制为所述复合流的匹配控制的反馈信号，再由该反馈信号通过三通气源电控阀(2)分别控制可调频声流发生器(3)和空气射流发生器(4)的压缩空气源(1)的流量大小，以实现根据外部的换热部件(9)的灰垢清除量参数信号的检测来协同调控所述复合流的匹配控制。
所述灰垢测控传感器(8)为热电偶式的模拟灰垢的换热部件。
所述固定支架(6)分别设置在外部的换热部件(9)的下侧和上侧；所述声射流复合传播筒(5)和空气射流发生器(4)的射流出口端均通过固定支架(6)分别相向设置在外部的换热部件(9)的上侧和下侧。
本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器，广泛适用于空气预热器、GGH、尾部烟道等锅炉系统的换热部件，下面以应用于空气预热器为例来进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1，以300MW火电机组中空气预热器上使用本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器为例。实施例1的设计方案与本发明上述的技术方案完全相同，具体实施方式为：
如图1所示，实施例1中设置有空气射流发生器(4)，该空气射流发生器(4)为可调式空气喷管，其出口端为带出气孔的圆锥形空气射流喷嘴，其出气孔的数量为6个、出气孔的孔径为Φ3mm；所述空气射流发生器(4)的气源工作压力为0.2MPa。
如图2-1所示，实施例1中设置有可调频声流发生器(3)，该可调频声流发生器(3)至少包括气流入口、单动圈组件、单磁体和气流出口组成的可调频单音单频声流发生器。这种单音单频声流发生器的声波能量协同空气射流发生器(4)的气流能量完全适用于火电机组中空气预热器的常态簿积除灰。
如图3所示，实施例1中设置有两个指数蜿延形状的声射流复合传播筒(5)，其出口端的喇叭口分别通过固定支架(6)相向安装在外部的换热部件(9)的上侧和下侧，同时在固定支架(6)上还设置有空气射流发生器(4)的射流出口端的喷嘴4个，其射流出口端的喷嘴安装位置与空气预热器的换热部件(9)相向设置、被声射流复合传播筒(5)的出口端的声流传播面积所覆盖。
如图4所示，实施例1中设置有5个灰垢测控传感器(8)，分布设置在空气预热器的换热部件(9)的相应部位，以满足东西南北中的方位设置为佳；所述灰垢测控传感器(8)为热电偶式的模拟灰垢的换热部件，通过灰垢测控传感器(8)向声射流智能控制系统(7)传送实时换热工况参数。
如图5所示，实施例1中设置有声射流智能控制系统(7)，该声射流智能控制系统(7)的信号链路包括至少由灰垢测控传感器(8)、灰垢测控信号CPU处理器、声射流平衡控制器以及三通气源电控阀(2)的信号组成并依次信号连接；其中：由灰垢测控传感器(8)实时采集空气预热器的换热部件(9)的灰垢清除量的参数信号，先送灰垢测控信号CPU处理器处理，后送声射流平衡控制器调制为所述复合流的匹配控制的反馈信号，再由该反馈信号通过三通气源电控阀(2)分别控制可调频声流发生器(3)和空气射流发生器(4)的压缩空气源(1)的流量大小，以实现根据空气预热器的换热部件(9)的灰垢清除量参数信号的检测来协同调控所述复合流的匹配控制。
实施例2，以600MW火电机组中空气预热器上使用本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器为例。实施例2的设计方案与本发明上述的技术方案完全相同，具体实施方式为：
如图1所示，实施例2中设置有空气射流发生器(4)，该空气射流发生器(4)为可调式空气喷管，其出口端为带出气孔的圆锥形空气射流喷嘴，其出气孔的数量为8个、出气孔的孔径为Φ4mm；所述空气射流发生器(4)的气源工作压力为0.3MPa。
如图2-2所示，实施例2中设置有可调频声流发生器(3)，该可调频声流发生器(3)至少包括气流入口、双动圈组件、双磁体和气流出口组成的可调频双音双频声流发生器。这种双音双频声流发生器是将压缩空气流经一个高音高频发声哨产生的高音高频声波和一个低音低频声波发生罩反射形成的低音低频声波进行耦合叠加，以产生双音双频带状频率声波，其声流能量大大超过单音单频声流发生器。这种双音双频声流发生器的声流能量协同空气射流发生器(4)的气流能量完全适用于火电机组中空气预热器的非常态厚积除灰。
如图3所示，实施例2中设置有两个指数蜿延形状的声射流复合传播筒(5)，其出口端的喇叭口分别通过固定支架(6)相向安装在外部的换热部件(9)的上侧和下侧，同时在固定支架(6)上还设置有空气射流发生器(4)的射流出口端的喷嘴6个，其射流出口端的喷嘴安装位置与空气预热器的换热部件(9)相向设置、被声射流复合传播筒(5)的出口端的声流传播面积所覆盖。
如图4所示，实施例2中设置有5个灰垢测控传感器(8)，分布设置在空气预热器的换热部件(9)的相应部位，以满足东西南北中的方位设置为佳；所述灰垢测控传感器(8)为热电偶式的模拟灰垢的换热部件，通过灰垢测控传感器(8)向声射流智能控制系统(7)传送实时换热工况参数。
如图5所示，实施例2中设置有声射流智能控制系统(7)，该声射流智能控制系统(7)的信号链路包括至少由灰垢测控传感器(8)、灰垢测控信号CPU处理器、声射流平衡控制器以及三通气源电控阀(2)的信号组成并依次信号连接；其中：由灰垢测控传感器(8)实时采集空气预热器的换热部件(9)的灰垢清除量的参数信号，先送灰垢测控信号CPU处理器处理，后送声射流平衡控制器调制为所述复合流的匹配控制的反馈信号，再由该反馈信号通过三通气源电控阀(2)分别控制可调频声流发生器(3)和空气射流发生器(4)的压缩空气源(1)的流量大小，以实现根据空气预热器的换热部件(9)的灰垢清除量参数信号的检测来协同调控所述复合流的匹配控制。
实施例3，以1000MW火电机组中空气预热器上使用本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器为例。实施例3的设计方案与本发明上述的技术方案完全相同，具体实施方式为：
如图1所示，实施例3中设置有空气射流发生器(4)，该空气射流发生器(4)为可调式空气喷管，其出口端为带出气孔的圆锥形空气射流喷嘴，其出气孔的数量为12个、出气孔的孔径为Φ5mm；所述空气射流发生器(4)的气源工作压力为0.4MPa。
如图2-2所示，实施例3中设置有可调频声流发生器(3)，该可调频声流发生器(3)至少包括气流入口、双动圈组件、双磁体和气流出口组成的可调频双音双频声流发生器。这种双音双频声流发生器是将压缩空气流经一个高音高频发声哨产生的高音高频声波和一个低音低频声波发生罩反射形成的低音低频声波进行耦合叠加，以产生双音双频带状频率声波，声流能量大大超过单音单频声流发生器。这种双音双频声流发生器的声流能量协同空气射流发生器(4)的气流能量完全适用于火电机组中空气预热器的非常态厚积除灰。
如图3所示，实施例3中设置有两个指数蜿延形状的声射流复合传播筒(5)，其出口端的喇叭口分别通过固定支架(6)相向安装在外部的换热部件(9)的上侧和下侧，同时在固定支架(6)上还设置有空气射流发生器(4)的射流出口端的喷嘴10个，其射流出口端的喷嘴安装位置与空气预热器的换热部件(9)相向设置、被声射流复合传播筒(5)的出口端的声流传播面积所覆盖。
如图4所示，实施例3中设置有5个灰垢测控传感器(8)，分布设置在空气预热器的换热部件(9)的相应部位，以满足东西南北中的方位设置为佳；所述灰垢测控传感器(8)为热电偶式的模拟灰垢的换热部件，通过灰垢测控传感器(8)向声射流智能控制系统(7)传送实时换热工况参数。
如图5所示，实施例3中设置有声射流智能控制系统(7)，该声射流智能控制系统(7)的信号链路包括至少由灰垢测控传感器(8)、灰垢测控信号CPU处理器、声射流平衡控制器以及三通气源电控阀(2)的信号组成并依次信号连接；其中：由灰垢测控传感器(8)实时采集空气预热器的换热部件(9)的灰垢清除量的参数信号，先送灰垢测控信号CPU处理器处理，后送声射流平衡控制器调制为所述复合流的匹配控制的反馈信号，再由该反馈信号通过三通气源电控阀(2)分别控制可调频声流发生器(3)和空气射流发生器(4)的压缩空气源(1)的流量大小，以实现根据空气预热器的换热部件(9)的灰垢清除量参数信号的检测来协同调控所述复合流的匹配控制。
本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于复合流的锅炉除灰器技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于复合流的锅炉除灰器，包括可调频声流发生器(3)、固定支架(6)，其特征在于还包括压缩空气源(1)、三通气源电控阀(2)、空气射流发生器(4)、声射流复合传播筒(5)、声射流智能控制系统(7)和灰垢测控传感器(8)；其中：所述压缩空气源(1)与三通气源电控阀(2)的进口端连接，所述三通气源电控阀(2)的出口端分别与可调频声流发生器(3)和空气射流发生器(4)的气源进口端连接，所述可调频声流发生器(3)的声流出口端与声射流复合传播筒(5)的进口端连接，所述声射流复合传播筒(5)的出口端和所述空气射流发生器(4)的射流出口端均通过固定支架(6)与锅炉的换热部件(9)相向设置；所述声射流复合传播筒(5)的出口端的声流传播口面积覆盖空气射流发生器(4)的射流出口端的射流喷射口面积；所述声射流智能控制系统(7)分别与三通气源电控阀(2)的电控装置和灰垢测控传感器(8)连接，所述灰垢测控传感器(8)分布设置在锅炉的换热部件(9)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合流的锅炉除灰器，其特征在于所述空气射流发生器(4)为可调式空气喷管，其出口端为带出气孔的圆锥形空气射流喷嘴，其出气孔的数量为4-12个、出气孔的孔径为Φ3-6mm；所述空气射流发生器(4)的气源工作压力为0.1-0.5MPa。
3.根据权利要求1所述的一种基于复合流的锅炉除灰器，其特征在于所述可调频声流发生器(3)为至少包括气流入口、单动圈组件、单磁体和气流出口组成的可调频单音单频声流发生器或者至少包括气流入口、双动圈组件、双磁体和气流出口组成的可调频双音双频声流发生器。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于复合流的锅炉除灰器，其特征在于所述可调频声流发生器(3)发出的声流和空气射流发生器(4)发出的射流汇聚为相同方向的声射流复合流。
5.根据权利要求1所述的一种基于复合流的锅炉除灰器，其特征在于所述声射流复合传播筒(5)为指数蜿延形状，其出口端的喇叭口为矩形、梯形、圆形或莲花形。
6.根据权利要求1所述的一种基于复合流的锅炉除灰器，其特征在于所述声射流智能控制系统(7)的信号链路包括至少由灰垢测控传感器(8)、灰垢测控信号CPU处理器、声射流平衡控制器以及三通气源电控阀(2)的信号组成并依次信号连接；其中：由灰垢测控传感器(8)实时采集锅炉的换热部件(9)的灰垢清除量的参数信号，先送灰垢测控信号CPU处理器处理，后送声射流平衡控制器调制为所述复合流的匹配控制的反馈信号，再由该反馈信号通过三通气源电控阀(2)分别控制可调频声流发生器(3)和空气射流发生器(4)的压缩空气源(1)的流量大小，以实现根据锅炉的换热部件(9)的灰垢清除量参数信号的检测来协同调控所述复合流的匹配控制。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于复合流的锅炉除灰器，其特征在于所述灰垢测控传感器(8)为热电偶式的模拟灰垢的换热部件。
8.根据权利要求1所述的一种基于复合流的锅炉除灰器，其特征在于所述固定支架(6)分别设置在锅炉的换热部件(9)的下侧和上侧；所述声射流复合传播筒(5)和空气射流发生器(4)的射流出口端均通过固定支架(6)分别相向设置在锅炉的换热部件(9)的上侧和下侧。
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