CN105758253A

CN105758253A - 回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置

Info

Publication number: CN105758253A
Application number: CN201610278060.9A
Authority: CN
Inventors: 蔡培; 李洪峰; 陈国庆; 时伟; 黄启龙; 种西虎
Original assignee: Nanjing Power Equipment Quality & Performance Test Center; Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Nanjing Power Equipment Quality & Performance Test Center; Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-07-13

Abstract

本发明提供了一种回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，包括蒸汽加热装置、电加热装置以及依次连接的水箱、药剂添加装置、高压水泵、吹灰器；所述蒸汽加热装置和电加热装置分别设置于水箱内。该在线清洗装置结构简单、实施方便、对机组运行影响小，可在线非隔离条件下高效清洗回转式空气预热器的换热元件。

Description

回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置

技术领域

本发明属于电站锅炉辅助设备技术领域，具体涉及一种回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置。

背景技术

回转式空气预热器(简称“空预器”)广泛应用于我国大容量燃煤发电机组，该类型空预器由于流通空间狭小，易发生灰尘沉积。

近年来，随着国家环保要求不断提高，现役大型燃煤发电机组已基本完成了SCR脱硝改造。加装SCR脱硝装置后，脱硝系统内未反应逃逸的NH₃与烟气中的SO₃极易反应形成气态NH₄HSO₄，在特定条件下于空预器换热元件表面沉积凝结形成液态NH₄HSO₄。液态NH₄HSO₄具有极强的粘性，极易黏附烟气中飞灰颗粒，导致换热元件表面积灰，致使空预器发生堵塞。脱硝改造后，空预器堵塞已严重危及机组的安全稳定运行，成为脱硝机组运行的一大难题。空预器一旦发生堵灰结垢将使换热效果变差导致排烟温度升高，另外，空预器差压增大，漏风率增加，锅炉效率降低，同时，风机电流增大、风机电耗增加，厂用电率升高；当堵灰严重时，会导致机组无法带高负荷运行，增加了送、引风机喘振甚至锅炉RB事故的发生，影响电厂经济性并严重威胁锅炉安全稳定运行。

目前，针对空预器换热元件积灰采用的清灰方式为传统的蒸汽吹灰或声波吹灰，而当积灰中含有粘性极高的NH₄HSO₄时，传统的蒸汽吹灰很难将其有效清除。为此，国内外研究机构和设备厂家针对NH₄HSO₄导致的空预器积灰问题展开了相关研究，提出了利用高压水清洗空预器的技术方案。相比蒸汽或声波吹灰，高压水清洗压头高、动量大、剪切强度高，对灰垢(特别是高黏附的灰垢)的清洗能力和效果远比蒸汽好。

空预器高压水清洗按其清洗方式，可分为离线水清洗和在线水清洗两种。

所谓离线水清洗就是在停炉或低负荷下将并联运行的一台空预器隔离进行清洗。专利(申请号201420518564.X)《空气预热冲洗装置》，提出了在空预器冷端机壳处焊接一根与空预器轴向平行的自制滑道将自制专用冲洗工具用滑轮连接在滑道上，将高压冲洗枪安装在专用的螺母滑块上，通过丝杠旋转带动螺母滑块径向移动来完成高压冲洗枪的移动，代替人工来完成对隔离侧空预器的清理。利用这种装置来完成对空预器离线清洗的技术方案虽然可以减少人工成本，提高工作效率，可以达到一定的效果，但离线清洗要在停炉或低负荷隔离空预器的条件下进行。由于针对目前加有脱销装置锅炉的空预器吹灰是一种日常性工作，为了达到清洗效果，势必会大大降低对电网的实用性，降低了机组的运行经济性，另外，目前空预器单侧隔离难度较大，挡板密封性较差，漏进空预器的烟气一方面含有灰尘会黏附在冲洗蓄热片上，另一方面高温烟气比较危险，易造成人身伤害。

所谓在线水清洗就是机组在不停机、不降负荷的条件下对运行的空预器进行清洗。专利(申请号201420780780.1)《在线冲洗的锅炉空气预热器》，提出了一种在线冲洗的锅炉空气预热器，可在不停机、不降负荷下根据需要进行随时清洗，克服了离线水清洗必须对空预器进行隔离的不足，提高了冲洗的安全性和经济性。但是采用温度较低的工业水对运行空预器直接进行清洗，会导致空预器冷端换热元件表面搪瓷在冷热交替作用下产生内应力造成爆裂脱落，加剧堵塞。另外，冲洗时间过长。

综上以上分析可知，目前空预器高压水清洗技术虽在一定程度上可以解决空预器积灰堵塞的问题，但尚存在一定的局限性，具体问题如下：

(1)影响空预器元件使用寿命和机组低负荷运行排烟温度

空预器受热元件受到高压水急冷，发生不规则胀缩，提高动静磨损风险，镀在换热元件表面的搪瓷材料由于冷热交替易产生内应力造成脱落，缩短其使用寿命；用冷水对空预器进行在线冲洗可能影响机组低负荷适用性，影响烟气温度，并进一步影响一、二次风温，严重时可能要中止冲洗工作。

(2)对顽固性硬垢冲洗效率较低且冲洗时间过长

为了降低对机组排烟温度的影响，传统水冲洗方案一般在高负荷条件下进行，且冲洗水量不能过高。由于硫酸氢铵粘性大，脱硝机组空预器换热元件表面灰垢厚且硬，需要较长的时间才能冲洗掉。而目前国内机组高负荷运行时间很难持续较长，许多机组不具备高压水清洗的条件，因此，如何在短时间内高效清除灰垢，成为高压水清洗技术需要解决的一个问题。

(3)喷水量在空预器径向分布不均匀

回转式空预器数以千计的高效率传热元件紧密地放在扇形仓内，多个扇形仓组成了转子，当转子转动时，烟气和空气交替流过传热元件，传热元件从热烟气吸收热量，然后这部分传热元件受空气流的冲刷，释放出贮藏的热量。转子转动时，每一个传热元件都获得相同的角速度ω，传热元件距离转轴中心的距离设为r，则每一个传热元件获得的线速度v＝ωr，传统的水冲洗方案在空预器转子径向方向喷水流量均为Q₀，则在径向方向单位转子喷到的水量为q₀＝Q₀/v＝Q₀/ωr,Q₀和ω均为常数，可见单位转子喷到的水量为q₀和传热元件距离转轴中心的距离设为r成反比，即离转轴越远的换热元件获得的喷水量越少，这样就造成换热元件沿转子径向获得的喷水冲击力不同，除灰能力线性递减，不能在整个转子截面有效除灰。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种结构简单、实施方便、对机组运行影响小、可在线非隔离条件下高效清洗空气预热器换热元件的高压水装置。

技术方案：本发明提供的一种回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，包括蒸汽加热装置、电加热装置以及依次连接的水箱、药剂添加装置、高压水泵、吹灰器；所述蒸汽加热装置和电加热装置分别设置于水箱内。

作为改进，所述吹灰器为全伸缩式吹灰器或喷嘴径向有差别布置的半伸缩式吹灰器。

作为另一种改进，所述吹灰器喷出的清洗介质为温度40℃～80℃、压力25～50MPa且添加促换热元件表面灰垢脱落的化学试剂的热水；所述促换热元件表面灰垢脱落的化学试剂包括疏松剂和有机碱液。

作为另一种改进，所述水箱的容量为4～8h用水量。

本发明还提供了一种回转式空气预热器，包括在线清洗装置、空预器本体、空预器转子以及一次风道、二次风道、烟道；所述空预器转子设于空预器本体内，所述一次风道、二次风道、烟道分别设于空预器本体内空预器转子附近；所述在线清洗装置包括蒸汽加热装置、电加热装置以及依次连接的水箱、药剂添加装置、高压水泵、吹灰器；所述蒸汽加热装置和电加热装置分别设置于水箱内；所述吹灰器设于烟道冷端换热元件下部，且靠近二次风道，其喷口垂直向上。

本发明还提供了一种在线清洗回转式空气预热器换热元件的方法，使用上述回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，包括以下步骤：

(1)空预器转子在围绕转轴旋转的过程中，通过安装在空预器转子上的换热元件将烟道中的热量带到一次风道和二次风道中，加热空气，完成一次传热过程；

(2)除盐水在水箱中经过蒸汽加热系统或电加热系统将水温升高至40℃～80℃；疏松剂和有机碱液通过药剂添加装置加入蒸汽水箱中，并与热水搅拌混合；混合后的溶液经高压水泵升压至25～50MPa，通过吹灰器喷入空预器本体中在线清洗回转式空气预热器换热元件。

有益效果：本发明提供的回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置结构简单、实施方便、对机组运行影响小，可在线非隔离条件下高效清洗空气预热器换热元件。

该装置通过高压吹灰器、水箱、加热系统和药剂添加装置实现向空预器转子换热元件喷射添加疏松剂和有机碱液的高压热水的目的，能在整个转子截面有效除灰，实现对回转式空预器换热元件实现高效的在线冲洗，从而有效解决空预器堵塞的问题。

具体而言，本发明相对于现有技术，具有以下突出的优势：

(1)提出了用热水(40℃～80℃)来代替冷水对空预器清洗，可有效降低空预器部件表面因受到急冷发生不均匀膨胀，防止镀在表面搪瓷材料由于温差应力的脱落，提高其使用寿命，可有效防止机组在低负荷运行在线水冲洗情况下烟温进一步降低，对机组运行造成不利影响。

(2)提出在清洗水源里添加疏松剂和有机碱液缩短冲洗时间，加有疏松剂的弱碱性冲洗液可以与空预器表面的硅酸盐垢发生络合作用，达到溶解目的。通过渗透作用和膨胀作用使灰层机构内部出现裂纹和缝隙从换热原件上脱落并被水流冲洗掉，可有效清洗掉顽固性硬垢，缩短冲洗时间，提高冲洗效率。

(3)提出采用伸缩式和喷嘴径向有差别布置得半伸缩式解决径向冲洗不均的问题。全伸缩吹灰器头部安装一个喷嘴，通过计算设置不同径向位置吹灰时间，保证各点吹灰强度、用水量相同。半伸缩式吹灰期，通过沿径向方向设置不同喷嘴数量，以保证径向方向单位转子换热元件吹灰强度和用水量相同。

附图说明

图1是本发明回转式空气预热器的示意图；

图2是本发明回转式空气预热器的俯视图；

图3是全伸缩吹灰器的结构示意图；

图4是全伸缩吹灰器使用状态图；

图5是喷嘴径向有差别布置半伸缩式吹灰器的结构一的示意图；

图6是喷嘴径向有差别布置半伸缩式吹灰器的结构二的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的高压水冲洗装置做出进一步说明。

本发明中，疏松剂可为现有技术的任意疏松机、有机碱液可为现有技术的任意有机碱液，只要是能够促进换热元件表面灰垢脱落即可实现本发明的目的。

回转式空气预热器，见图1和2，包括在线清洗装置、空预器本体11、空预器转子12以及一次风道13、二次风道14、烟道15；空预器转子12通过转子支座16固定于空预器本体11内，一次风道13、二次风道14、烟道15分别设于空预器本体11内空预器转子12附近；在线清洗装置包括蒸汽加热装置1、电加热装置2以及依次连接的水箱3、药剂添加装置4、高压水泵5、吹灰器6；蒸汽加热装置1和电加热装置2分别设置于水箱3内；吹灰器6设于烟道15冷端换热元件下部，且靠近二次风道14，其喷口垂直向上。

水箱3的容积根据机组设计，蓄水量可供4～8个小时使用；吹灰器6喷出的清洗介质为40℃～80℃的高压热水，水温由安装在水箱内部的蒸汽加热装置1或电加热装置2调节；吹灰器6内热水压力为25～50MPa，由安装在水箱后、高压吹灰器前的高压水泵5调节。

药剂添加装置4布置在蒸汽水箱3上部，与蒸汽水箱3联通，可定时定量向清洗介质中添加促进换热元件表面灰垢脱落的化学试剂，例如疏松剂和有机碱液。

吹灰器6布置在空气预热器冷端换热元件从风侧转至烟气侧的下部，喷嘴垂直向上；在该位置空预器转子12由二次风道14进入烟道15，换热元件的温度最低，与清洗水温差最小，同时在该位置喷入高压水后换热元件在烟气侧停留约30s，换热元件表面水分可充分蒸发。吹灰器6包括全伸缩式吹灰器或半伸缩式吹灰器。

全伸缩式吹灰器头部安装一个喷嘴，根据深入转子径向距离调整吹灰停留时间喷嘴在径向不同位置的停留时间依据各点的线速度本着单位面积冲洗水量相同的准则设定从而实现同一平面的换热元件沿转子径向获得相同的吹灰强度和喷水量。

半伸缩式吹灰器采用喷嘴径向布置不同的方式达到径向不同位置单位面积冲洗水量相同的目的。半伸缩式结构喷水装置，在除灰时深入到空预器转子半径长度，沿径向方向布置不同数量喷嘴7，以保证径向方向单位转子换热元件获得相同吹灰强度和喷水量。

该高压水清洗装置可在线、非停机、非隔离、正常运行状态下清洗回转式空气预热器换热元件。

该回转式空气预热器的工作原理如下：

1空预器转子12在围绕转轴17旋转的过程中，通过安装在空预器转子12上的换热元件将烟道15中的热量带到一次风道13和二次风道14中，加热空气，完成一次传热过程；

2来自电厂的除盐水在水箱3中经过蒸汽加热系统1或电加热系统2将水温升高至40℃～80℃；疏松剂和有机碱液通过药剂添加装置4进入水箱3中，并与热水搅拌混合；混合后的溶液经高压水泵5升压至25～50MPa，通过吹灰器6喷入空预器本体11中在线清洗回转式空气预热器换热元件。

以某电厂600MW机组配备的33-VI-1600型三分仓转子回转式空预器为例阐述喷射系统径向等量喷水的原理和过程。

该空预期转子直径为15m，转速为1.23r/min本例中为简化计算转速取1r/min，受热面高度为1.6m。

吹灰器6采用全伸缩吹灰器时，其结构见图3和4，包括喷嘴7、吹灰枪8、带动吹灰枪移动的跑车9；全伸缩式吹灰器安装1个喷嘴7，喷嘴7布置在吹灰枪8的端部，形状为长方形，喷出射流形状与换热元件的形状相似。

工作时，喷嘴7喷口方向始终垂直向上，经高压水泵5加压的含有添加剂的高压热水流经吹灰枪8，经喷嘴7以柱状射流形成喷出清洗换热元件，全伸缩式的吹灰器6从空预器中心或边缘开始移动冲洗换热元件，根据深入转子径向距离调整吹灰停留时间喷嘴在径向不同位置的停留时间依据各点的线速度本着单位面积冲洗水量相同的准则设定。

吹灰器长度不低于空预器转子半径，本例喷枪长度取8米，喷枪头部喷嘴径向可覆盖0.3m，从喷枪深入转轴位置6开始喷水，此时喷嘴距离转轴的径向距离记为L＝0m，此位置喷枪停留时间为t＝1min，之后喷枪向外退至L＝0.3m，停留时间t＝2min，依次进行如表1所示，直至喷口退至转子边缘位置5，总共需要停留25次，共消耗300min，即5小时完成一次全面吹灰。

表1全伸缩式吹灰器行程与停留时间对应关系

L/m	0	0.3	0.6	0.9	1.2	……	7.5
								t/min	1	2	3	4	5	……	25

采用半伸缩式吹灰器时，其结构可为图5或图6的形式。

图5的结构形式的半伸缩式吹灰器，包括喷嘴7、吹灰枪8、带动吹灰枪移动的跑车9；全伸缩式吹灰器包括若干组数量递增的喷嘴7，相邻组喷嘴7间隔一定距离布置在吹灰枪8上，形状为长方形，喷出射流形状与换热元件的形状相似。吹灰时，吹灰器6上所有喷嘴7预先置于空预器内，吹灰器6退到极限位置时，吹灰器6端部距离空预器转轴约1.5m，喷枪总长5m。在距离吹灰器6端部i＝0.3m位置，布置n＝1个喷嘴7；在距离吹灰器端部i＝1.8m位置，布置n＝2个喷嘴7；在距离吹灰器端部i＝3.3m位置，布置n＝3个喷嘴7，依次类推，直至i＝4.8m时，布置n＝4个喷嘴。布置喷嘴的个数n和到吹灰器端部距离i的关系如下表所示。

工作时，从吹灰器6深入转轴位置开始喷水，此时喷嘴7距离转轴的径向距离记为L_2＝0m，此位置吹灰器6停留时间为t₂＝1min，之后吹灰器向外退至为L₂＝0.1m，停留时间为t₂＝2min，依次进行如表3所示，直至喷嘴7退至转子边缘位置，共需要停留20次，耗时84min完成一次全面吹灰。

表2半伸缩式吹灰器径向位置与喷嘴个数对应关系

i/m	0.3	0.8	1.3	1.8	2.3	……	3
								n	1	2	3	4	5	……	7

表3半伸缩式喷枪行程与停留时间对应关系

L₂/m	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	……	2
									t₂/min	1	2	3	4	5	6	……	20

图6结构形式的半伸缩式吹灰器，包括喷嘴7、吹灰枪8、带动吹灰枪移动的跑车9；吹灰枪8上间隔一定距离设有一组弧形管10，一组弧形管10上依次设有数量递增的喷嘴7，形状为长方形，喷出射流形状与换热元件的形状相似。

Claims

1.一种回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，其特征在于：包括蒸汽加热装置(1)、电加热装置(2)以及依次连接的水箱(3)、药剂添加装置(4)、高压水泵(5)、吹灰器(6)；所述蒸汽加热装置(1)和电加热装置(2)分别设置于水箱(3)内。

2.根据权利要求1所述的一种回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，其特征在于：所述吹灰器(6)为全伸缩式吹灰器或喷嘴径向有差别布置的半伸缩式吹灰器。

3.根据权利要求1所述的一种回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，其特征在于：所述吹灰器(6)喷出的清洗介质为温度40℃～80℃、压力25～50MPa且添加促换热元件表面灰垢脱落的化学试剂的热水；所述促换热元件表面灰垢脱落的化学试剂包括疏松剂和有机碱液。

4.根据权利要求1所述的一种回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，其特征在于：所述水箱(3)的容量为4～8h用水量。

5.一种回转式空气预热器，其特征在于：包括在线清洗装置、空预器本体(11)、空预器转子(12)以及一次风道(13)、二次风道(14)、烟道(15)；所述空预器转子(12)设于空预器本体(11)内，所述一次风道(13)、二次风道(14)、烟道(15)分别设于空预器本体(11)内空预器转子(12)附近；所述在线清洗装置包括蒸汽加热装置(1)、电加热装置(2)以及依次连接的水箱(3)、药剂添加装置(4)、高压水泵(5)、吹灰器(6)；所述蒸汽加热装置(1)和电加热装置(2)分别设置于水箱(3)内；所述吹灰器(6)设于烟道(15)冷端换热元件下部，且靠近二次风道(14)，其喷口垂直向上。

6.一种在线清洗回转式空气预热器换热元件的方法，其特征在于：使用权利要求1所述的回转式空气预热器高压头低流量非隔离式在线清洗装置，包括以下步骤：

(1)空预器转子(12)在围绕转轴(17)旋转的过程中，通过安装在空预器转子(12)上的换热元件将烟道(15)中的热量带到一次风道(13)和二次风道(14)中，加热空气，完成一次传热过程；

(2)除盐水在水箱(3)中经过蒸汽加热系统(1)或电加热系统(2)将水温升高至40℃～80℃；疏松剂和有机碱液通过药剂添加装置(4)加入蒸汽水箱(3)中，并与热水搅拌混合；混合后的溶液经高压水泵(5)升压至25～50MPa，通过吹灰器(6)喷入空预器本体(11)中在线清洗回转式空气预热器换热元件。