CN105276593A - 一种气声复合场均布的大空间除垢装置及其除垢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气声复合场均布的大空间除垢装置及其除垢方法，除垢装置包括装置入口，气声均场布置空间，声波吹灰装置，除垢空间和装置出口，其中装置入口后面设置气声均场布置空间，气声均场布置空间中设置声波吹灰装置，气声均场布置空间后设置除垢空间，除垢空间后设置装置出口；气声均场布置空间中的声波吹灰装置后设置有气声导流板，声波吹灰装置的发声方向朝向气声导流板。除垢方法为将气流通入装置后，先均流形成均流后的气流，然后与声波吹灰装置发出的声波一起在气声均场布置空间中均流化再通过气声导流板均流与整流后进入除垢空间，对除垢空间设置的设备进行除垢，同时能够有效防止局部严重结垢。

Description

一种气声复合场均布的大空间除垢装置及其除垢方法

技术领域

本发明涉及一种气声复合场均布的大空间除垢装置及其除垢方法，属于环保设备领域。

背景技术

随着节能减排标准的日益严格，大型火电机组的节能减排工作日益受到重视。锅炉是火电站的核心设备，是火电站能量转化的关键环节之一，锅炉的热效率直接影响火电站的燃料利用率。燃煤锅炉在生产运行过程中，其受热面(水冷壁、过热器、省煤器、预热器)及烟道等表面结垢的问题长期困扰着电力生产，是燃煤锅炉热效率达不到设计值的重要因素。此外，锅炉内带有杂质的高温烟气流场分布不均匀也导致锅炉热效率不高并加剧受热面和烟道的表面结垢；此外，因含杂质的烟气流场分布不均匀还导致静电除尘器结垢加剧，从而导致其除尘效率降低并造成大气环境污染。

为促进燃煤锅炉内流场均布，现有技术中，通过设置一定穿孔率的气流均布板在一定程度上可以实现气流均布；为解决燃煤锅炉结垢问题，现有技术一般采用蒸汽吹灰器除垢，其次是采用传统声波吹灰器除垢；对于静电除尘器结垢问题，现有技术一般采用机械或电磁振打的方式除垢。

蒸汽吹灰器存在诸多无法解决的问题：运行时易导致吹灰管卡在炉内造成机械卡死，故障率高，使用寿命短，能耗高，易引发爆管事故，漏气现象普遍；排烟中含湿量大，烟气露点较高；运行费用较高，锅炉补给水和水处理费用高，检修和维护工作量大；吹灰充满度低，留有很多死角，并可导致炉内受热面磨损。传统声波吹灰器由于声能量有限，发声频率固定，与灰粒的固有频率差别很大，与积灰特性不适应，吹灰效果很差，基本上不能除掉已有的积灰，只能在其吹灰时阻止积灰的产生。机械和电磁振打由于振打力不足以及设备易损坏，除垢效果不理想。目前，气流均布板一般采用单层设置，因最佳开孔率、最佳孔形难以确定，所以很难达到理想的气流均布效果。

发明内容

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种气声复合场均布的大空间除垢装置及其除垢方法，该装置可用于燃煤锅炉大空间部位除垢，有效预防和缓解大空间部位的结垢，提升锅炉热效率和除尘效率。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种气声复合场均布的大空间除垢装置，包括装置入口，气声均场布置空间，声波吹灰装置，除垢空间和装置出口；其设置方式依次为装置入口后设置气声均场布置空间，气声均场布置空间后设置除垢空间，除垢空间后设置装置出口；其中气声均场布置空间为沿装置入口到装置出口方向逐步扩大的空间，除垢空间为气声均场布置空间扩大后的延伸空间；气声均场布置空间中设置声波吹灰装置，气声均场布置空间与除垢空间之间设置有气声导流板，声波吹灰装置的发声方向朝向气声导流板。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，装置入口处设置有进气板。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，气声均场布置空间为进气板、气声导流板以及二者之间的空间壁围成的空间。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，气声均场布置空间沿扩大方向的截面为等腰梯形，其中气声导流板与进气板之间的空间壁作为截面等腰梯形的腰，进气板与气声导流板作为等腰梯形的底，气声导流板、进气板与空间壁形成的截面的对应边长比为0.95-1.1：0.75-0.85：0.6-0.65。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，气声导流板为具有均匀穿孔设计的板。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，进气板为由两层或两层以上穿孔率为10-50％的板组成，各层板之间存在间距，孔在同一层板上平均分布，孔在不同层板上错位排布。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，声波吹灰装置由控制器、声导管、声发生器和气管路连接而成，其中气管路用于输送声波吹灰装置的工作气体，控制器用于控制声发生器的运行过程。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，声波吹灰装置的设置数量为一个以上。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，除垢空间中设置有声传感器。

所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，除垢空间中还设置有易结垢装置，其中易结垢装置为换热器或除尘器。

一种以上所述的气声复合场均布的大空间除垢装置的除垢方法，步骤如下：

(1)将含有烟尘和其他杂质的气流经装置入口通入气声复合场均布的大空间除垢装置中；

(2)气流通过进气板后形成均流气体进入气声均场布置空间，声波吹灰装置发出高强声波，连同均流气体一起经过气声导流板形成整流后的气声复合流进入除垢空间，进行除垢空间中预先设置的易结垢装置的除垢；

(3)气声均场布置空间中的进气板将声波吹灰装置发出的高强声波反射回来，反射声波连同声波吹灰装置新发出的声波一起与气流通过气声导流板。

本发明所涉及的设计原理如下：

(1)本发明通过特殊的气声均场布置空间的设置，使得气流进入该空间后能够与声波形成气声复合场，同时均流后的气流能够影响声波，使其向均流的状态过渡，二者形成气声趋于均布的混响空间；同时气声均场布置空间的设置能够最大限度利用声波，使其损耗大大降低。

(2)不同流场之间存在相互作用和影响，气流通过错位穿孔的进气板、声混响空间以及不同频率发声装置组合的设计在气声均场布置空间已实现气声复合流的均布；在此基础上，该气声复合流在气声导流板处又同时被整流、截流、均流后一起均匀从气声导流板的小孔中通过并到达除垢空间，气声复合流到达除垢空间后达到理想的均布效果。其中，气流的均布传输有利于声流的均布传播，促进了声波在除垢空间的除垢。

(3)进气板经两层或两层以上板的错位穿孔设计后，气流相当于在很短的距离内被两次或多次均布，气流场均布效果大大提升。同时声波因不能透过错位穿孔的进气板被反射回来，混响场内的声能量得到增强。

(4)气流的均布使气流中的含尘杂质均匀进入除垢空间，从而使含尘杂质可以均匀附着或被吸附在除垢空间中设置的换热器或除尘器上，避免了因气流通过不均导致换热器、除尘器表面局部特别严重结垢的情况。

(5)气流的均布使得气流和声波均匀地充满了整个除垢空间，一定程度上增加了除垢空间中易结垢装置与气流的接触面，提高了易结垢装置的工作效率。

(6)一定强度经均布的声能量在除垢空间通过共振效应(通过调频使声波频率与灰垢固有频率一致)使除垢空间设置的换热器、除尘器等表面结垢疏松、破碎，并阻止新的结垢形成。在换热器部位，通过高声强声波来回推拉，结垢不断压缩和伸张，最终因声疲劳而断裂并逐步松动、脱落，随烟气流带走。在除尘器部位，通过高声强声波来回推拉，结垢不断压缩和伸张，最终因声疲劳而断裂并逐步松动、脱落。随着结垢问题的解决，换热器热效率提高，除尘器除尘效率提高。

本发明与现有技术相比，有益效果如下：

1、本发明不仅仅是实现了单个物质能量流场的均布，而是实现了一个气声复合物质能量流场的均布，并且能够通过不同物质能量场之间的相互作用促进了复合流场均布程度的提高。

2、本发明通过独特的空间尺寸设计形成混响空间，有效提升了声场的均布效果。

3、本发明通过设置由错位穿孔设计的双层或多层板组成的进气板，气流均布效果明显提升，声能量因声波被进气板反射回来得到增强。

4、本发明基于气声复合场均布设计形成了一个大空间除垢装置，气流的均布提高了换热器的热交换效率；气流的均布也使气流中的含尘杂质均匀附着在换热器、除尘器表面，降低了换热器、除尘器表面结垢程度；声能量在除垢空间的均布对于换热器、除尘器起到了预防表面结垢和除垢的作用。

5、本发明通过在线监测除垢空间中声强、声频率等指标，可更好的自动控制和调节声波吹灰装置的工作运行参数，整体装置的运行效果更佳，运行成本更低、自动化程度更高。

6、本发明的系统结构紧凑，方法实施简单，且能够真正实现基于气声复合场均布设计进行大空间除垢，节能环保意义重大，具有推广价值。

附图说明

图1为实施例1中气声复合场均布的大空间除垢装置示意图；

图2为实施例2中气声复合场均布的大空间除垢装置示意图；

图3为实施例3中气声复合场均布的大空间除垢装置示意图；

图4为实施例3中气声复合场均布的大空间除垢装置示意图；

图5为实施例6中气声复合场均布的大空间除垢装置示意图；

以上图1-图5中，1为装置入口，2为气声均场布置空间，3为声波吹灰装置，4为除垢空间，5为装置出口，6为气声导流板，7为进气板，8为空间壁，9为声传感器，10为易结垢装置，11为控制器。

具体实施方式：

实施例1

如图1所示，为本实施例气声复合场均布的大空间除垢装置示意图，包括装置入口1，气声均场布置空间2，声波吹灰装置3，除垢空间4和装置出口5，其设置方式依次为装置入口1后面设置气声均场布置空间2，气声均场布置空间2中设置声波吹灰装置3，气声均场布置空间2后设置除垢空间4，除垢空间4后设置装置出口5；气声均场布置空间2与除垢空间4之间设置有气声导流板6，声波吹灰装置3的发声方向朝向气声导流板6。由图1可以看出，气声均场布置空间2为沿装置入口1到装置出口5的方向逐步扩大的空间，除垢空间4为气声均场布置空间2扩大后的延伸空间。

实施例2

如图2所示，为在实施例1基础上的进一步改进，其中装置入口1处设置有进气板7，气声均场布置空间2为进气板7、气声导流板6以及二者之间的空间壁8围成的空间；为了能够更好地发挥气声均场布置空间的均布与混响作用，本实施例中设置气声均场布置空间2沿扩大方向的截面为等腰梯形，其中气声导流板6与进气板7之间的空间壁8作为截面等腰梯形的腰，进气板7与气声导流板6作为等腰梯形的底，气声导流板6、进气板7与空间壁8形成的截面的对应边长比为0.95-1.1：0.75-0.85：0.6-0.65。其中气声导流板6为具有均匀穿孔设计的板，该板可以为塑料板，金属板也可以是其他材质的能够通过穿孔设计起到导流作用的板，其上的穿孔率以及孔的大小可以根据需要进行设置；进气板7由两层或两层以上穿孔率为10-50％的板组成，各层板之间存在间距，孔在同一层板上平均分布，孔在不同层板上实行错位排布。这样错位排布的穿孔设置能够很好地对声波进行反射，同时由于其不同层板之间存在间距，因此在气流穿过的过程中通过不同层板达到了充分的均流效果。

对于以上提供的气声均场布置空间运用声学模拟软件进行声学模态计算，可以得出在该空间中，在声波吹灰装置工作频率范围内可以避开固有声学模态频段，气流在传输过程中不产生明显的气流噪声，声波吹灰装置发出的声波与进入的气流达到了很好的均流分布效果。

实施例3

如图3所示，为在实施例2基础上的进一步改进，在除垢空间4中设置有声传感器9，能够有效地对通过除垢空间4中的声波进行监测，根据监测结果适时调整声波指标。

如图4所示，除垢空间4中还设置有易结垢装置10，易结垢装置可以在实际使用的过程中根据需要进行设置，可以为换热器或除尘器或其他设备。声波吹灰装置3由控制器(11)、声导管、声发生器和气管路连接而成，其中气管路用于输送声波吹灰装置的工作气体，控制器(11)用于控制声发生器的运行过程，其中声传感器9与控制器11相连接，便于声传感器9将感应的声波指标反馈给控制器11。

应用以上气声复合场均布的大空间除垢装置进行除垢的具体步骤如下：

(1)将含有烟尘和其他杂质的气流经装置入口通入气声复合场均布的大空间除垢装置中；

(2)气流通过进气板后形成均流气体进入气声均场布置空间，声波吹灰装置发出高强声波，连同均流气体一起经过气声导流板形成整流后的气声复合流进入除垢空间，进行除垢空间中预先设置的易结垢装置的除垢；

(3)气声均场布置空间中的进气板将声波吹灰装置发出的高强声波反射回来，反射声波连同声波吹灰装置新发出的声波一起与气流通过气声导流板。

实施例4

利用以上所述的气声复合场均布的大空间除垢装置在火电厂600MW机组低温省煤器部位实施：

由进气板、气声导流板以及二者之间的空间壁围成气声均场布置空间，其中气声导流板、进气板、空间壁的截面的对应边长度分别是5.3m、4.2m和3.4m。进气板由双层错位穿孔布置的穿孔板构成，穿孔率为50％，板与板之间存在间距，孔的形状为圆形。气声导流板为具有均匀穿孔设计的板，穿孔率为30％，孔的形状为圆形。在气声均场布置空间中，并排布置4套声波吹灰装置，声波吹灰装置由控制器、声导管、声发生器和气管路连接而成，气管路输出0.2MPa的压缩空气供声发生器工作，声发生器发出的声音通过声导管传播。换热器布置在除垢空间中。在本实施例中，声波吹灰装置每隔30min运行1次，每次工作1min。在并排布置的4套声波吹灰装置中，2套是高频声波吹灰装置(工作频率范围1000-8000Hz，声功率范围10000-30000W)，2套是中频声波吹灰装置(工作频率范围125-1000Hz，声功率范围10000-30000W)，高频声波吹灰装置布置在气声均场布置空间的中间，中频声波吹灰装置分别布置在高频声波吹灰装置两边。

含有烟尘等杂质的烟气流通过双层错位穿孔布置的进气板，气流得以较均匀地进入气声均场布置空间，高频和中频声波吹灰装置在压缩空气的作用下发出不同频率的高强声波传播到经过特殊混响尺寸设计的气声均场布置空间。到达进气板的声波被反射回来，反射回来的声波连同声波吹灰装置新发出的声波在混响的作用下均匀布置在气声均场布置空间，在均匀气流的协同作用下，声场均布程度进一步提高。气声复合流整流后一起均匀通过气声导流板并在除垢空间形成气声复合均流场，有效预防和缓解了换热器的结垢，换热器热效率提高0.5％。

实施例5

利用以上所述的气声复合场均布的大空间除垢装置在火电厂600MW机组烟气再热器部位实施：

由进气板、气声导流板以及二者之间的空间壁围成气声均场布置空间，其中气声导流板、进气板、空间壁的截面的对应边长度分别是5.5m、4.4m和3.5m。进气板由三层错位穿孔布置的穿孔板构成，板与板之间存在一定间距，孔的形状为圆形。气声导流板由具有一定穿孔率的板构成，孔的形状为圆形。在气声均场布置空间中，并排布置4套声波吹灰装置，声波吹灰装置由控制器、声导管、声发生器和气管路连接而成，气管路输出0.2MPa的压缩空气供声发生器工作，声发生器发出的声音通过声导管传播。声波吹灰装置的工作由控制器控制，声传感器通过监测环境指标为控制器提供控制依据。声传感器安装在除垢空间。换热器布置在除垢空间。声传感器将感应的声强、声频率等指标反馈给控制器，控制器根据接收到的信号通过PLC控制声发生器工作。在本实施例中，声波吹灰装置每隔30min运行1次，每次工作1min。在并排布置的4套声波吹灰装置中，2套是中频声波吹灰装置(工作频率范围125-1000Hz，声功率范围10000-30000W)，2套是低频声波吹灰装置(工作频率范围20-125Hz，声功率范围10000-30000W)，中频声波吹灰装置布置在气声均场布置空间的中间，低频声波吹灰装置分别布置在中频声波吹灰装置两侧。

含有烟尘等杂质的烟气流通过三层错位穿孔布置的进气板，气流得以均匀地进入气声均场布置空间，低频和中频声波吹灰装置在压缩空气的作用下发出不同频率的高强声波传播到经过特殊混响尺寸设计的气声均场布置空间。到达进气板的声波被反射回来，反射回来的声波连同声波吹灰装置新发出的声波在混响的作用下均匀布置在气声均场布置空间，在均匀气流的协同作用下，声场均布程度进一步提高。气声复合流整流后一起均匀通过气声导流板并在除垢空间形成气声复合均流场，有效预防和缓解了换热器的结垢，换热器热效率提高0.5％。实施例6

利用以上所述的气声复合场均布的大空间除垢装置在火电厂600MW机组静电除尘器部位实施：

由进气板、气声导流板以及二者之间的空间壁围成气声均场布置空间，其中气声导流板、进气板、空间壁的截面的对应边长度分别是是19m、15m和12m。进气板由双层错位穿孔布置的穿孔板构成，板与板之间存在一定间距，孔的形状为正方形。气声导流板由具有一定穿孔率的板构成，孔的形状为正方形。在气声均场布置空间中，并排布置4套声波吹灰装置，声波吹灰装置的气管路输出0.2MPa的压缩空气供声发生器工作，声发生器发出的声音通过声导管传播。声波吹灰装置的工作由控制器控制，声传感器通过监测环境条件为控制器提供控制依据。声传感器安装在除垢空间。除尘器布置在除垢空间。声传感器将感应的声强、声频率等指标反馈给控制器，控制器根据接收到的信号通过PLC控制声发生器工作(具体见图5)。在本实施例中，声波吹灰装置每隔2h运行1次，每次工作2min。在并排布置的4套声波吹灰装置中，2套是高频声波吹灰装置(工作频率范围1000-8000Hz，声功率范围10000-30000W)，2套是低频声波吹灰装置(工作频率范围20-125Hz，声功率范围10000-30000W)，高频声波吹灰装置布置在气声均场布置空间的中间，低频声波吹灰装置分别布置在高频声波吹灰装置两侧。

含有烟尘等杂质的烟气流通过双层错位穿孔布置的进气板，气流得以较均匀地进入气声均场布置空间，低频和高频声波吹灰装置在压缩空气的作用下发出不同频率的高强声波传播到经过特殊混响尺寸设计的气声均场布置空间。到达进气板的声波被反射回来，反射回来的声波连同声波吹灰装置新发出的声波在混响的作用下均匀布置在气声均场布置空间，在均匀气流的协同作用下，声场均布程度进一步提高。气声复合流整流后一起均匀通过气声导流板并在除垢空间形成气声复合均流场，有效预防和缓解了除尘器的结垢，除尘器除尘效率提高40％。

Claims (11)

1.一种气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，包括装置入口（1），气声均场布置空间（2），声波吹灰装置（3），除垢空间（4）和装置出口（5）；其设置方式依次为装置入口（1）后设置气声均场布置空间（2），气声均场布置空间（2）后设置除垢空间（4），除垢空间（4）后设置装置出口（5）；其中气声均场布置空间（2）为沿装置入口（1）到装置出口（5）方向逐步扩大的空间，除垢空间（4）为气声均场布置空间（2）扩大后的延伸空间；气声均场布置空间（2）中设置声波吹灰装置（3），气声均场布置空间（2）与除垢空间（4）之间设置有气声导流板（6），声波吹灰装置（3）的发声方向朝向气声导流板（6）。

2.根据权利要求1所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，装置入口（1）处设置有进气板（7）。

3.根据权利要求2所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，气声均场布置空间（2）为由进气板（7）与气声导流板（6）以及二者之间的空间壁围成的空间。

4.根据权利要求3所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，气声均场布置空间（2）沿扩大方向的截面为等腰梯形，其中气声导流板（6）与进气板（7）之间的空间壁（8）作为截面等腰梯形的腰，进气板（7）与气声导流板（6）作为等腰梯形的底，气声导流板（6）、进气板（7）与空间壁（8）形成的截面的对应边长比为0.95-1.1：0.75-0.85：0.6-0.65。

5.根据权利要求1所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，气声导流板（6）为具有均匀穿孔设计的板。

6.根据权利要求2所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，进气板（7）为由两层或两层以上穿孔率为10-50%的板组成，各层板之间存在间距，孔在同一层板上平均分布，孔在不同层板上错位排布。

7.根据权利要求1所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，声波吹灰装置（3）由控制器（11）、声导管、声发生器和气管路连接而成。

8.根据权利要求1所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，声波吹灰装置（3）的设置数量为一个以上。

9.根据权利要求1所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，除垢空间（4）中设置有声传感器（9）。

10.根据权利要求1所述的气声复合场均布的大空间除垢装置，其特征在于，除垢空间(4)中还设置有易结垢装置（10），其中易结垢装置为换热器或除尘器。

11.一种权利要求2所述的气声复合场均布的大空间除垢装置的除垢方法，其特征在于，步骤如下：

（1）将含有烟尘和其他杂质的气流经装置入口通入气声复合场均布的大空间除垢装置中；

（2）气流通过进气板后形成均流气体进入气声均场布置空间，声波吹灰装置发出高强声波，连同均流气体一起经过气声导流板形成整流后的气声复合流进入除垢空间，进行除垢空间中预先设置的易结垢装置的除垢；

（3）气声均场布置空间中的进气板将声波吹灰装置发出的高强声波反射回来，反射声波连同声波吹灰装置新发出的声波一起与气流通过气声导流板。