CN107244559A - 一种减少内壁结垢的水力输灰管道 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减少内壁结垢的水力输灰管道,包括水力输灰管道本体，水力输灰管道本体为圆柱形，水力输灰管道本体的前端为灰浆进口，水力输灰管道本体的后端为灰浆出口，其特征在于：所述水力输灰管道本体上开设有多个水膜孔环，水膜孔环沿水力输灰管道本体的轴向分布，水膜孔环包括多个水膜孔，同一个水膜孔环中的水膜孔沿水力输灰管道本体的周向分布，水力输灰管道本体的外侧设置有水膜供水环腔，水膜供水环腔沿水力输灰管道本体的轴向分布，所有水膜供水环腔之间相互连通，水膜供水环腔与水膜孔环相通，水膜供水环腔用于向水膜孔环供水。本发明结构简单，可通过对现有水力输灰管道本体进行结构改造来实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种减少内壁结垢的水力输灰管道。
背景技术
煤粉在炉膛中燃烧后会不可避免的产生灰渣，目前多数燃煤电厂都是采用水力输灰系统将灰渣从锅炉底部渣斗输送至灰渣池或者脱水仓。灰渣的化学成分中含有硫，钙等，运行一段时间后往往会在管道内壁上形成碳酸钙结垢，厚度可达十几甚至几十毫米，导致输灰管道流动截面减小，灰浆流动阻力增大。轻则影响输灰系统效率，增加柱塞泵功耗。严重时甚至可导致灰渣无法排出须停机除垢，这对电厂正常生产会造成很大负面影响。因此定期清洗铲除水力输灰管道内壁的污垢是火电厂日常生产工作的一个重要环节。
机理研究是技术发展的基础。目前，对水力输灰管道内结垢的化学过程，机理模型，灰浆流动阻力特性等结垢机理的研究并不鲜见。结垢就要清洗，常见的有效方法主要有在线化学清洗，循环化学清洗，清管机器人清洗，高压水射流清洗等。在结垢达到一定厚度后，上述任何一种方法都可以有效快速的将结垢去除。但综上方法都是被动除垢，须周期性的操作才能保证输灰系统的正常运行。但除灰后，污垢会立刻开始沉积生长，管道有效流通截面积逐渐减小，沿程流动损失逐渐加大，导致柱塞泵功耗逐渐增高。
中国专利200920143614.X 公开了一种使用高压水射流除垢的管道机器人,它由两个行走小车、往复旋转喷枪、摄像头和位置传感器组成。行走小车包括行走轮、电机、减速器、小车本体、径向调节装置,两行走小车之间通过球铰相连;行走轮分驱动轮和随动轮两种,电机、减速器与驱动轮相连;径向调节装置起径向尺寸自适应调节和转弯变径作用;往复旋转喷枪由电机、减速器、不完全(半圆)齿轮传动机构及喷头组成,可实现喷枪绕喷枪转轴往复转动180°；摄像头用于观察管道结垢和垢层清理程度;位置传感器用于记录机器人在管道内的位置。该方案仍然属于被动清洗。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，用以延长管道清洗周期，降低水力输灰系统运行、维护成本的减少内壁结垢的水力输灰管道。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种减少内壁结垢的水力输灰管道,包括水力输灰管道本体，水力输灰管道本体为圆柱形，水力输灰管道本体的前端为灰浆进口，水力输灰管道本体的后端为灰浆出口，其特征在于：所述水力输灰管道本体上开设有多个水膜孔环，水膜孔环沿水力输灰管道本体的轴向分布，水膜孔环包括多个水膜孔，同一个水膜孔环中的水膜孔沿水力输灰管道本体的周向分布，水力输灰管道本体的外侧设置有水膜供水环腔，水膜供水环腔沿水力输灰管道本体的轴向分布，所有水膜供水环腔之间相互连通，水膜供水环腔与水膜孔环相通，水膜供水环腔用于向水膜孔环供水。本发明在现有水力输灰管道本体的结构（圆形截面）基础上，在水力输灰管道本体的壁面上开有直径为毫米级的水膜孔。开设毫米级水膜孔的主要目的是在运行工况下，在水力输灰管道本体的内壁上形成一层薄的水膜。本发明形成灰浆与水力输灰管道本体的内壁面之间的物理隔离，阻断碳酸钙在内壁面上的吸附、结垢的过程，并对已经在内壁面上形成的结垢进行有效的冲刷清洗，从而达到减少内壁面结垢的目的。同时，水膜孔中形成的水膜射流的存在也重构了水力输灰管道本体内灰浆的流动结构，提高了灰浆边界层的流动速度，进而降低沿着水力输灰管道本体径向的灰浆速度梯度，这将有利于降低灰浆在水力输灰管道本体内的流动损失，降低用于对灰浆进行加压的柱塞泵功耗。
本发明所述减少内壁结垢的水力输灰管道还包括水膜供水管路、灰浆压力表、水膜水压表、高压水泵、水膜供水开关和水槽，水槽与水膜供水开关相连，水膜供水开关与高压水泵相连，高压水泵与水膜水压表相连，水膜水压表与水膜供水管路相连，水膜供水管路与水膜供水环腔相通。水膜供水环腔、水膜供水管路、水槽、高压水泵、灰浆压力表和水膜水压表构成水膜供水系统。
本发明所述水膜孔的孔径为3mm-5mm。
本发明同一个水膜孔环中相邻的两个水膜孔沿水力输灰管道本体的周向方向间距为10mm-20mm。
本发明相邻的两个水膜孔环沿水力输灰管道本体的轴向方向间距为100mm-200mm。
本发明所述水膜孔的形状为圆柱形或者圆台形，水膜孔的轴线朝向灰浆的流动方向，水膜孔的轴线与水力输灰管道本体的壁面之间的夹角为10°到20°。水膜孔自身的轴向并非垂直于输灰管，即水膜孔自身的轴向与水力输灰管道本体的轴向不垂直。
本发明所述水膜供水环腔的水力直径为50mm到100mm。
本发明对灰浆加压，灰浆通过灰浆进口流入水力输灰管道本体，灰浆通过灰浆出口流出水力输灰管道本体；水槽中盛放有水，水槽中的水经过高压水泵加压，且水膜水压表的压力读数高于灰浆压力表的压力读数时，水槽中的水通过水膜供水管路流入水膜供水环腔，然后水槽中的水流入水膜孔在水力输灰管道本体的内壁形成水膜，最后与灰浆一起离开水力输灰管道本体。
相比现有技术，本发明结构简单，可通过对现有水力输灰管道本体进行结构改造来实现。可有效减少灰浆在水力输灰管道本体内壁面上的结垢以减少水力输灰管道本体清洗维护成本，并降低灰浆流动阻力以降低柱塞泵功耗。
附图说明
图1是本发明实施例的主视结构示意图。
图2是本发明实施例的左视结构示意图。
图3是本发明实施例的俯视半剖结构示意图。
图4是图2的放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图4。
本实施例为一种减少内壁结垢的水力输灰管道,包括水力输灰管道本体1、水膜供水管路2、压力表、高压水泵7、水膜供水开关8和水槽9。
作为优选，压力表包括灰浆压力表4和水膜水压表6。
水力输灰管道本体1为圆柱形，水力输灰管道本体1的前端为灰浆进口10，水力输灰管道本体1的后端为灰浆出口11。灰浆在柱塞泵的加压作用下从灰浆进口10流入水力输灰管道本体1，灰浆在柱塞泵的加压作用下从灰浆出口11流出水力输灰管道本体1。
水力输灰管道本体1上开设有多个水膜孔环，水膜孔环沿水力输灰管道本体1的轴向分布。
作为优选，本实施例中相邻的两个水膜孔环沿水力输灰管道本体1的轴向方向间距为100mm-200mm。
水膜孔环包括多个水膜孔3，同一个水膜孔环中的水膜孔3沿水力输灰管道本体1的周向分布。
作为优选，本实施例中水膜孔3的孔径为3mm-5mm。
更进一步，本实施例中同一个水膜孔环中相邻的两个水膜孔3沿水力输灰管道本体1的周向方向间距为10mm-20mm。
在上述优选方案下，本实施中水膜孔3均匀地分布在水力输灰管道本体1上，沿着水力输灰管道本体1的周向方向，任意相邻的两个水膜孔3之间的距离恒定；沿着水力输灰管道本体1的轴向方向，任意相邻的两个水膜孔3之间的距离恒定。
水膜孔3直径越小且分布越致密均匀，在给定的供水压力和水流量下，就越容易形成高速射流水膜。水膜供水压力越高，所能形成的轴向水膜覆盖就越长，在此条件下轴向相邻的两个水膜孔环之间的间距可适当提高。
水力输灰管道本体1的外侧设置有水膜供水环腔5，水膜供水环腔5沿水力输灰管道本体1的轴向分布，所有水膜供水环腔5之间相互连通，水膜供水环腔5与水膜孔环相通，水膜供水环腔5用于向水膜孔环供水。
作为优选，本实施例中水膜供水环腔5的水力直径为50mm到100mm。
在现有水力输灰管道本体1的结构（圆形截面）基础上，在水力输灰管道本体1的壁面上开设直径为毫米级的水膜孔3。开设毫米级水膜孔3的主要目的是在运行工况下，在水力输灰管道本体1的内壁上形成一层薄的水膜，水膜对灰浆与水力输灰管道本体1的内壁面之间形成物理隔离，阻断碳酸钙在水力输灰管道本体1的内壁面上的吸附、结垢的过程，并对已经在内壁面上形成的结垢进行有效的冲刷清洗，从而达到减少内壁面结垢的目的。同时，水膜孔3中形成的水膜射流的存在也重构了水力输灰管道本体1内灰浆的流动结构，提高了灰浆边界层的流动速度，进而降低沿着水力输灰管道本体1径向的灰浆速度梯度，这将有利于降低灰浆在水力输灰管道本体1内的流动损失，降低用于对灰浆进行加压的柱塞泵功耗。
水槽9与水膜供水开关8相连，水膜供水开关8与高压水泵7相连，高压水泵7与水膜水压表6相连，水膜水压表6与水膜供水管路2相连，水膜供水管路2与水膜供水环腔5相通。水膜供水环腔5、水膜供水管路2、水槽9、高压水泵7、灰浆压力表4和水膜水压表6构成水膜供水系统。
水膜供水系统的供水质量无特殊要求，一般工业用水即可。对水膜供水管路2的制造公差要求不高，水膜孔3孔径、位置度、进水管路形位公差等均可设定在较低水平。因此对管理系统功能不会造成大的影响。
水膜孔3的形状为圆柱形或者圆台形，水膜孔3的轴线朝向灰浆的流动方向，水膜孔3的轴线与水力输灰管道本体1的壁面之间的夹角为10°到20°。水膜孔3自身的轴向并非垂直于输灰管的中心轴线，即水膜孔3自身的轴向与水力输灰管道本体1的轴向不垂直。
水槽9中盛放有水膜供水系统的供水，水槽9中的供水经过高压水泵7加压，且水膜水压表6的压力读数高于灰浆压力表4的压力读数时，水槽9中的水通过水膜供水管路2流入水膜供水环腔5，然后水槽9中的水流入水膜孔3在水力输灰管道本体1的内壁形成水膜，最后与灰浆一起离开水力输灰管道本体1。离开水力输灰管道本体1的灰浆进入渣池或者脱水仓。
水力输灰管道本体1内的灰浆流动是典型的固-液两相流。灰浆在其浓度较低时仍为牛顿流体。本实施例旨在管道内壁上形成隔离的水膜，之所以没有采用高压空气形成气膜，主要考虑是气膜中空气与灰浆的掺混会形成更复杂气-液-固三相流，不利于最佳灰浆浓度的计算和管道结构优化设计。
水力输灰管道本体1的内壁上结垢的化学过程为：灰浆中含有的氧化钙与水反应形成氢氧化钙；而后氢氧化钙与冲灰水中的碳酸氢钙反应形成碳酸钙；当灰浆的PH值大于8.5时碳酸钙在水中的溶解度降低进而析出、结晶，在静电吸附作用下附着在水力输灰管道本体1的内壁面上形成结垢。本实施例针对结垢形成的最后一个环节—附着过程，在水力输灰管道本体1的内壁面上形成一层薄层水膜以实现灰浆和水力输灰管道本体1的内壁面的物理隔离。灰浆与水力输灰管道本体1内壁面无物理接触，碳酸钙就无法在壁面上累积生长。理想情况下，析出的碳酸钙结晶会被压力更高的水膜水流冲击后再次汇入灰浆流中，完全无法再壁面上附着。而且水膜水流也会持续对水力输灰管道本体1内壁形成冲刷作用，对已经少量附着的碳酸钙结垢也会起到清洗祛除的作用。此外，水力输灰管道本体1的内壁面上水膜的存在也会改变灰浆在管道内的流动特性，原有的边界层假设将不在适用。当不存在水膜时，壁面上的灰浆流动速度一般视为零，水力输灰管道本体1中心轴线处的灰浆流速最高。水膜的存在大大降低了水力输灰管道本体1内壁面-轴线的灰浆流动速度梯度，水膜将破坏主灰浆流原有的边界层，这将明显改变水力输灰管道本体1内壁面-水力输灰管道本体1的中心轴线的灰浆流动速度分布，进而降低水力输灰管道本体1内壁面对流动灰浆施加的摩擦阻力。而且随着水膜中高压高速水流向主灰浆流的汇入和掺混，相当于沿程不断向灰浆流注入推动功，也将使得主灰浆流沿管道径向的速度分布趋于均匀，并降低这种液-固两相流的临界流速。这都将有利于降低灰浆的流动阻力，减少柱塞泵的功耗。管道结构设计的最终目的是为了实现这层水力输灰管道本体1的内壁面的水膜，水膜的作用机理可以概括为：
1、形成灰浆和水力输灰管道本体1的内壁面的物理隔离，阻断碳酸钙结晶在壁面上的附着和生长；
2、 形成对水力输灰管道本体1的内壁面的持续冲刷作用，起到对水力输灰管道本体1内壁面的持续性清洗作用；
3 、降低灰浆流在水力输灰管道本体1的内壁面处的摩擦阻力，减少柱塞泵功率损耗。
一般，水力输灰用水占燃煤电厂耗水量的50%左右，输灰系统节水非常重要。本实施例需要用于形成水力输灰管道本体1的内壁面的水膜的额外供水，在计算灰浆的最佳节能浓度时，需将沿程供给的水膜进水量考虑进去，以达到节能节水的目的。水膜的水压要高于灰浆压力，因为灰浆中灰粒直径一般小于1.0mm，要防止灰浆倒灌流入水膜供水系统内。在调节水膜供水系统压力时，可参考对比灰浆管道上和水膜供水管道上的水压表读数。在运行一段时间后，可适当提高水压运行一段时间，以高压冲击防止水膜孔3堵塞。
本实施例所描述的输灰管道结构设计与现有的管道结垢清洗技术不冲突，现行的所有形式的管道清洗技术都仍将适用。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种减少内壁结垢的水力输灰管道,包括水力输灰管道本体，水力输灰管道本体为圆柱形，水力输灰管道本体的前端为灰浆进口，水力输灰管道本体的后端为灰浆出口，其特征在于：所述水力输灰管道本体上开设有多个水膜孔环，水膜孔环沿水力输灰管道本体的轴向分布，水膜孔环包括多个水膜孔，同一个水膜孔环中的水膜孔沿水力输灰管道本体的周向分布，水力输灰管道本体的外侧设置有水膜供水环腔，水膜供水环腔沿水力输灰管道本体的轴向分布，所有水膜供水环腔之间相互连通，水膜供水环腔与水膜孔环相通，水膜供水环腔用于向水膜孔环供水。
2.根据权利要求1所述的减少内壁结垢的水力输灰管道，其特征在于：所述减少内壁结垢的水力输灰管道还包括水膜供水管路、灰浆压力表、水膜水压表、高压水泵、水膜供水开关和水槽，水槽与水膜供水开关相连，水膜供水开关与高压水泵相连，高压水泵与水膜水压表相连，水膜水压表与水膜供水管路相连，水膜供水管路与水膜供水环腔相通。
3.根据权利要求1或2所述的减少内壁结垢的水力输灰管道，其特征在于：所述水膜孔的孔径为3mm-5mm。
4.根据权利要求1或2所述的减少内壁结垢的水力输灰管道，其特征在于：同一个水膜孔环中相邻的两个水膜孔沿水力输灰管道本体的周向方向间距为10mm-20mm。
5.根据权利要求1或2所述的减少内壁结垢的水力输灰管道，其特征在于：相邻的两个水膜孔环沿水力输灰管道本体的轴向方向间距为100mm-200mm。
6.根据权利要求1或2所述的减少内壁结垢的水力输灰管道，其特征在于：所述水膜孔的形状为圆柱形或者圆台形，水膜孔的轴线朝向灰浆的流动方向，水膜孔的轴线与水力输灰管道本体的壁面之间的夹角为10°到20°。
7.根据权利要求1或2所述的减少内壁结垢的水力输灰管道，其特征在于：所述水膜供水环腔的水力直径为50mm到100mm。
8.根据权利要求2所述的减少内壁结垢的水力输灰管道，其特征在于：对灰浆加压，灰浆通过灰浆进口流入水力输灰管道本体，灰浆通过灰浆出口流出水力输灰管道本体；水槽中盛放有水，水槽中的水经过高压水泵加压，且水膜水压表的压力读数高于灰浆压力表的压力读数时，水槽中的水通过水膜供水管路流入水膜供水环腔，然后水槽中的水流入水膜孔在水力输灰管道本体的内壁形成水膜，最后与灰浆一起离开水力输灰管道本体。
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2017
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