CN107262277A - 一种氧化皮分离组件及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种氧化皮分离组件及方法，能高效清除氧化皮，消除氧化皮颗粒对汽轮机的固体颗粒侵蚀。所述分离组件，包括用于分离并收集蒸汽管道内蒸汽中氧化皮的分离装置；分离装置包括依次连接的取样管、分离器和收集器；取样管连接在蒸汽管道，分离器用于蒸汽中的氧化皮的气固分离，分离器的氧化皮出口端连接收集器，分离器的蒸汽出口端连接到蒸汽回收管路上。所述分离方法包括如下步骤，将本发明所述氧化皮分离组件中的分离装置定位安装在蒸汽管道上，并对应设置在蒸汽管道内由于重力和离心力作用使得氧化皮浓度最大的位置；由取样管接入，通过分离器将蒸汽中氧化皮进行分离，得到的氧化皮收集在收集器中，分离氧化皮后的蒸汽返回至蒸汽回收管路。

Description

一种氧化皮分离组件及方法

技术领域

本发明属于气固两相流领域，涉及发电机组蒸汽中氧化皮的分离，具体为一种氧化皮分离组件及方法。

背景技术

气固两相流是两相物质分别为气体和固体所组成的流动系统，主要研究分析判断流动形态，以及分散相在连续相中的运动规律及其对传递和作用过程的影响。

火力发电厂运行过程中，在过热器和再热器内经常产生大量的氧化皮。随着厚度的增加和机组负荷的变化，氧化皮会从管道内壁脱落，部分随蒸汽流出，在主蒸汽管道和过热蒸汽管道中形成氧化皮和蒸汽的气固两相流。这样的气固两相流进入汽轮机静叶后，流道内的蒸汽热能(焓)转换为速度能，出口流速可达甚至超过音速，导致氧化皮颗粒被大大加速，其具有的动能可能对静叶出汽边和动叶产生严重的侵蚀，称为固体颗粒侵蚀(SPE)。固体颗粒侵蚀常发生在汽轮机高、中压缸叶片。

防止固体颗粒侵蚀的方法包括：减缓高温蒸汽中氧化皮的生成，如选择抗高温氧化能力强的材料、改变炉内水汽处理方式、防止超温现象等；避免已生成氧化皮脱落，如控制锅炉蒸汽温降速率；清除已脱落的氧化皮，如人工清理、化学清洗、加氧吹扫等；未能清除的金属氧化物应尽量减轻其对汽轮机叶片的破坏，如在主汽门加滤网等。

即使如此，上述方法仍然不能消除固体颗粒侵蚀问题的发生。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种氧化皮分离组件及方法，能高效清除氧化皮，消除氧化皮颗粒对汽轮机的固体颗粒侵蚀，操作简便，易于维护。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种氧化皮分离组件，包括用于分离并收集蒸汽管道内蒸汽中氧化皮的分离装置；所述的分离装置包括依次连接的取样管、分离器和收集器；取样管连接在蒸汽管道上，分离器用于蒸汽中的氧化皮的气固分离，分离器的氧化皮出口端连接收集器，分离器的蒸汽出口端连接到蒸汽回收管路上。

优选的，还包括布置在分离装置和蒸汽管道外围的磁力分离阱；磁力分离阱包括若干电磁元件，磁力分离阱通过电磁元件生成激励磁场并施加到蒸汽管道和分离装置中，用于改变蒸汽中氧化皮的运动方向。

进一步，所述的磁力分离阱中的若干电磁元件设置为线阵或平面阵或共形阵；若干电磁元件采用带铁芯的线圈，每个电磁元件的线圈电流均由上位机控制。

进一步，所述的磁力分离阱布置在分离装置和蒸汽管道外围的至少一侧；所述的磁力分离阱在激励磁场移动时固定定位在分离装置和需要分离氧化皮的蒸汽管道外围附近。

优选的，所述的取样管沿蒸汽管道流向设置在下游方向上，位于蒸汽管道内蒸汽中氧化皮浓度最大的位置；所述的取样管的管径不小于蒸汽管道管径的1/10。

优选的，取样管和分离器之间依次设置隔离一次门和隔离二次门，分离器和收集器之间依次设置排放一次门和排放二次门，分离器和收集器的外部分别设置有检测氧化皮收集量的无损检测仪。

进一步，取样管、分离器和收集器沿向下方向设置，取样管材质与蒸汽管道相同，分离器和收集器材质为奥氏体不锈钢。

一种氧化皮分离方法，包括如下步骤，

将本发明所述氧化皮分离组件中的分离装置定位安装在蒸汽管道上，并对应设置在蒸汽管道内由于重力和离心力作用使得氧化皮浓度最大的位置；

由取样管接入，通过分离器将蒸汽中氧化皮进行分离，得到的氧化皮收集在收集器中，分离氧化皮后的蒸汽返回至蒸汽回收管路。

一种氧化皮分离方法，包括如下步骤，

S1，将本发明任意一项所述的氧化皮分离组件中的分离装置定位安装在蒸汽管道上，并对应设置在蒸汽管道内由于重力和离心力作用使得氧化皮浓度最大的位置；

S2，由取样管接入，通过分离器将蒸汽中氧化皮进行分离，得到的氧化皮收集在收集器中，分离氧化皮后的蒸汽返回至蒸汽管道回收管路上；

S3，在线测量蒸汽管道内蒸汽中氧化皮浓度，并设定分离终止值；

S4，增大蒸汽管道内蒸汽的流量和压力，提高蒸汽携带系数和氧化皮携带量；

S5，减小蒸汽管道内流量和压力，降低蒸汽携带系数和氧化皮携带量；

S6，记录步骤S4中氧化皮浓度的最大值，并与所述的设定的分离终止值比较；若大于设定的分离终止值时，重复步骤S4和S5；若小于设定的分离终止值时，分离终止完成氧化皮的分离。

进一步，还包括通过磁力分离阱加强氧化皮分离的步骤，具体的，

将磁力分离阱定位并安装在蒸汽管道和分离装置周围；

将磁力分离阱通过电磁元件生成的激励磁场施加到蒸汽管道和分离装置中，改变氧化皮的运动方向；并使激励磁场从蒸汽管道向取样管移动，和/或从取样管向分离器移动，和/或从分离器向收集器移动，加强蒸汽中氧化皮向分离装置内的运动，以及氧化皮在分离器中的分离和收集；

其中，通过控制电磁元件的组合变化，使激励磁场在蒸汽管道和分离装置内沿一维或二维或三维方向移动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的氧化皮分离组件能有效解决固体颗粒侵蚀问题的发生；通过设置分离装置中的取样管在蒸汽管道上处氧化皮浓度最大的位置，因此取样管中进入的蒸汽内氧化皮浓度大，通过分离器对其进行分离后，氧化皮收集在收集器中，蒸汽重新回收利用；氧化皮的收集率高，能够在线不停机对氧化皮进行清理，结构设计巧妙，布局合理，清除收集效率高。

进一步的，通过磁力分离阱产生激励磁场能够在蒸汽管道和分离装置内移动，来改变蒸汽中氧化皮的运动方向，通过磁力、离心力和重力的叠加组合，使氧化皮由蒸汽管道向分离装置内的运动更加集中，加强了氧化皮在分离装置中完成与蒸汽的分离并收集。

本发明所述的方法不仅能够快速高效的对氧化皮进行分离，而且能够应对机组负荷剧烈变化带来的氧化皮加速剥落的情况，通过调整锅炉燃烧方式，多次变负荷吹扫，使脱落下来的氧化皮被携带出来，并分离收集在热力系统循环外，避免了氧化皮沉积在过热器和再热器下弯头造成堆积堵塞甚至爆管，同时避免了氧化皮进入汽轮机带来的固体颗粒侵蚀。

附图说明

图1是本发明所述的一种氧化皮分离组件的结构示意图。

图2是本发明所述的一种氧化皮分离方法的流程图。

图3是本发明实例中所述的利用蒸汽流量压力波动和磁力实现氧化皮分离的方法流程图。

图4是本发明实例中所述分离组件在发电厂热力系统中的连接框图。

图中：1-蒸汽管道、2-取样器、3-电磁元件、4-磁力分离阱、5-氧化皮、6-隔离一次门、7-隔离二次门、8-分离器、9-无损检测仪、10-排放一次门、11-排放二次门、12-收集器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提出了一种氧化皮分离组件，包括安装在高温高压的蒸汽管道1上的分离装置。分离装置包括依次设置的取样管2、分离器8和收集器12；分离器8构造为采用磁力或离心力或重力进行蒸汽中氧化皮5分离的压力管道或容器。为了避免不同材质之间的焊接应力，取样管2材质与蒸汽管道1相同，为了使磁力穿透分离器8和收集器12并作用于氧化皮5，分离器8和收集器12材质选用没有磁性的奥氏体不锈钢。

如图1所示，取样管2沿蒸汽管道1流向设置在下游方向上，且位于蒸汽中氧化皮5浓度最大的位置；所述的取样管2的管径不小于蒸汽管道1管径的1/10，从而保证能够对蒸汽中氧化皮的采集。取样管2沿蒸汽管道1流向设置在下游方向上也就是取样管2沿蒸汽管道1内蒸汽的流动方向顺流设置，而不能逆流设置。

取样管2和分离器8之间依次设置隔离一次门6和隔离二次门7，分离器8和收集器12之间依次设置排放一次门10和排放二次门11，分离器8和收集器12的外部分别设置有检测氧化皮5收集量的无损检测仪9。

本发明还包括定位安装在蒸汽管道1和分离装置周围的磁力分离阱4，其包括多个电磁元件3，磁力分离阱4的电磁元件3将激励磁场施加到蒸汽管道1和分离装置中。激励磁场能够在蒸汽管道和分离装置内移动，来改变蒸汽中氧化皮5的运动方向，通过磁场的影响加强氧化皮5向分离装置内运动，氧化皮5经分离器8分离后进入收集器12收集，分离后的蒸汽回收至蒸汽回收管路，例如回收至加热器。

其中，磁力分离阱4包括生成激励磁场的多个电磁元件3，多个电磁元件3能够分别进行控制产生的磁场大小，从而对形成的激励磁场进行组合控制，对其的控制能够通过在上位机上的编程实现，对电磁元件3的控制能够单独控制也能够组合控制，使得该激励磁场能够在所述蒸汽管道1内沿一维或二维或三维方向移动。

多个电磁元件3能够呈线阵设置，也就是同一水平线或垂直线上电磁元件3的工作状态同时通过上位机对电磁元件2的磁场进行相同的控制，使其产生激励磁场，并且按照设定的方向和磁场强度进行运动，本实例中给出一种通过逐次的控制平面矩阵中或共形矩阵中相同数量和位置关系的电磁组件3工作状态的顺序变化产生移动的激励磁场，使得激励磁场从第一排或列能够逐排或逐列的移动；通过的组合中电磁元件3的工作状态的控制能够形成圆形、三角形等各种形状，保持组合形状逐步的进行工作状态的移动变化，完成激励磁场的移动；而且组合还能够是一个电磁元件3，按照设定的直线进行工作状态的移动变化，完成激励磁场的移动；从而能够得到激励磁场在二维的方向移动；当该规律变化的轨迹呈非直线时，能够实现激励磁场在三维的方向移动。还能够通过对每个电磁元件3施加的电流进行控制，从而配合组合中电磁元件3的数量，位置关系对产生的激励磁场进行三个方面的配合调控，更大限度的实现激励磁场的控制和运动。

本发明一种氧化皮分离的方法，包括如下步骤：所述氧化皮分离组件中的分离装置定位安装在蒸汽管道1上，并对应设置在蒸汽管道1内由于重力和离心力作用使得氧化皮5浓度最大的位置；

由取样管2接入，通过分离器8将蒸汽中氧化皮5进行分离，得到的氧化皮5收集在收集器12中，分离氧化皮5后的蒸汽返回至蒸汽管道1回收管路。

增加磁力分离阱4后，如图2所示，磁力分离阱4定位并安装在蒸汽管道1和分离装置周围；将磁力分离阱4通过电磁元件3生成的激励磁场施加到蒸汽管道1和分离装置内，并使激励磁场从蒸汽管道1向分离装置移动，改变蒸汽中氧化皮5的运动方向，加强氧化皮5向分离装置内的运动，以及提高分离和收集效果，分离氧化皮后的蒸汽返回至蒸汽回收管路。

进一步的，能够在上述方法的基础上，利用蒸汽流量压力波动和磁力实现氧化皮分离的方法，包括如下步骤：

S1，所述的氧化皮分离组件中的分离装置定位安装在蒸汽管道1上，并对应设置在蒸汽管道1内由于重力和离心力作用使得氧化皮5浓度最大的位置；

S2，由取样管2接入，通过分离器8将蒸汽中氧化皮5进行分离，得到的氧化皮5收集在收集器12中，分离氧化皮5后的蒸汽返回至蒸汽管道1回收管路上；

S3，在线测量蒸汽管道1内蒸汽中氧化皮5浓度，并设定分离终止值；

S4，增大蒸汽管道1内蒸汽的流量和压力，提高蒸汽携带系数和氧化皮5携带量；

S5，减小蒸汽管道1内流量和压力，降低蒸汽携带系数和氧化皮5携带量；

S6，记录步骤S4中氧化皮5浓度的最大值，并与所述的设定的分离终止值比较；若大于设定的分离终止值时，重复步骤S4、S5；若小于设定的分离终止值时，分离终止完成氧化皮5的分离。

同理的，增加磁力分离阱4后，如图3所示，磁力分离阱4定位并安装在蒸汽管道1和分离装置周围；将磁力分离阱4通过电磁元件3生成的激励磁场施加到蒸汽管道1和分离装置内，并使激励磁场从蒸汽管道1向分离装置移动，改变蒸汽中氧化皮5的运动方向，加强氧化皮5向分离装置内的运动，以及提高分离和收集效果，分离氧化皮后的蒸汽返回至回收管路。

具体的，如图1所示，在高温高压的蒸汽管道1上定位并安装取样器2，由于蒸汽管道内蒸汽在转向时的离心力和重力的综合作用，其在气流发生剧烈扰动的部位附近，氧化皮浓度最大，例如竖向流转变为水平流的弯头后管壁下侧、阀门滤网前等。取样器2设置在氧化皮5在离心力和重力作用下浓度最大的部位；为了更好的进行分离和作用，在高温高压的蒸汽管道1周围定位布置包括有多个电磁元件3的磁力分离阱4；当高温高压的蒸汽管道1内流动的氧化皮5和蒸汽的气固两相流经过时，磁力分离阱4将激励磁场施加到高温高压的蒸汽管道1内并移动，来改变蒸汽中氧化皮5的运动特征，减缓氧化皮5的速度和冲击力，防止氧化皮5对管道壁的冲蚀，并使氧化皮5向取样器2内运动；被磁力分离阱4分离下来的氧化皮5，经隔离一次门6、隔离二次门7，随部分蒸汽一起进入分离器8内；分离器8构造为利用磁力或离心力或重力分离的装置，在其内，蒸汽和氧化皮5进行分离；磁力分离阱4产生的磁力作用于分离器8内蒸汽中的氧化皮5，加速氧化皮5的沉积，并防止氧化皮5随蒸汽携带出分离器8；经分离氧化皮5的蒸汽回收至蒸汽回收管路；氧化皮5的存储高度通过设置在分离器8外的无损检测仪9检测；当达到一定高度时，关闭隔离一次门6、隔离二次门7，开启排放一次门10、排放二次门11排放到氧化皮收集器12。

本发明一种氧化皮分离的方法，如图1所示，首先将氧化皮分离组件定位并安装在蒸汽管道周围，所述的氧化皮分离组件定位并安装在蒸汽管道1和分离装置周围；将磁力分离阱4通过电磁元件3生成的激励磁场施加到蒸汽管道1和分离装置内，并使激励磁场从蒸汽管道1向分离装置移动，改变蒸汽中氧化皮5的运动方向，使氧化皮5向分离装置内运动并收集，分离氧化皮后的蒸汽返回至回收管路。

为了达到更好的分离效果，本优选实例中，利用蒸汽流量压力波动和磁力实现氧化皮分离的方法，如图3所示，首先在蒸汽管道1上安装氧化皮5分离组件，并定位在氧化皮5浓度最大的位置接入；其次，施加磁力改变氧化皮5运动方向；再次，分离器8分离氧化皮，氧化皮5收集在收集器12，蒸汽返回至蒸汽回收管路，同时在线测量蒸汽管道1内氧化皮5浓度并设定分离终止值；之后开始氧化皮分离程序：(1)增大蒸汽管道1内蒸汽的流量和压力，提高蒸汽携带系数和氧化皮5携带量；(2)减小蒸汽管道1内流量和压力，降低蒸汽携带系数和氧化皮5携带量；(3)检测氧化皮5浓度的最大值，并与所述的设定的分离终止值比较；若大于设定的分离终止值时，重复分离程序；若小于设定的分离终止值时，分离终止，完成氧化皮5的分离。

当本发明所述的氧化皮分离组件应用到发电厂热力系统时，发电厂热力系统中锅炉带动汽轮机中的高压缸、中压缸和低压缸做功，如图4所示，从连接高压缸的主蒸汽管道来的高温高压的氧化皮5和主蒸汽的气固两相流经氧化皮在线检测仪检测后，进入分离器8后分离氧化皮，分离后的蒸汽回收进入连接汽轮机高压缸的1号高加(高压加热器)，分离出来的氧化皮进入收集器12；同样，从连接中压缸的过热蒸汽管道来的高温高压氧化皮和主蒸汽的气固两相流经氧化皮在线检测仪检测后，进入分离器8后分离氧化皮，分离后的蒸汽回收进入连接汽轮机中压缸的3号高加，分离出来的氧化皮进入收集器12。通过上述过程，实现运行过程中的氧化皮与蒸汽的分离。

为了应对机组负荷剧烈变化带来的氧化皮加速剥落的情况，通过调整锅炉燃烧方式，增大主蒸汽和再热蒸汽管道内流量和压力，提高蒸汽携带系数和氧化皮携带量，使氧化皮向分离器8内运动并收集在收集器12内，稳定一段时间后，再减小蒸汽管道内流量和压力，降低蒸汽携带系数和氧化皮携带量；如此反复多次变负荷吹扫，使脱落下来的氧化皮被携带出来，并分离收集在热力系统循环外，避免了进入汽轮机带来的固体颗粒侵蚀。

本领域技术人员在考虑说明书及实践的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种氧化皮分离组件，其特征在于，包括用于分离并收集蒸汽管道(1)内蒸汽中氧化皮(5)的分离装置；

所述的分离装置包括依次连接的取样管(2)、分离器(8)和收集器(12)；取样管(2)连接在蒸汽管道(1)上，分离器(8)用于蒸汽中的氧化皮(5)的气固分离，分离器(8)的氧化皮(5)出口端连接收集器(12)，分离器(8)的蒸汽出口端连接到蒸汽回收管路上。

2.根据权利要求1所述的一种氧化皮分离组件，其特征在于，还包括布置在分离装置和蒸汽管道(1)外围的磁力分离阱(4)；磁力分离阱(4)包括若干电磁元件(3)，磁力分离阱(4)通过电磁元件(3)生成激励磁场并施加到蒸汽管道(1)和分离装置中，用于改变蒸汽中氧化皮(5)的运动方向。

3.根据权利要求2所述的一种氧化皮分离组件，其特征在于，所述的磁力分离阱(4)中的若干电磁元件(3)设置为线阵或平面阵或共形阵；若干电磁元件(3)采用带铁芯的线圈，每个电磁元件(3)的线圈电流均由上位机控制。

4.根据权利要求2所述的一种氧化皮分离组件，其特征在于，所述的磁力分离阱(4)布置在分离装置和蒸汽管道(1)外围的至少一侧；所述的磁力分离阱(4)在激励磁场移动时固定定位在分离装置和需要分离氧化皮(5)的蒸汽管道(1)外围附近。

5.根据权利要求1所述的一种氧化皮分离组件，其特征在于，所述的取样管(2)沿蒸汽管道(1)流向设置在下游方向上，位于蒸汽管道(1)内蒸汽中氧化皮(5)浓度最大的位置；所述的取样管(2)的管径不小于蒸汽管道(1)管径的1/10。

6.根据权利要求1所述的一种氧化皮分离组件，其特征在于，取样管(2)和分离器(8)之间依次设置隔离一次门(6)和隔离二次门(7)，分离器(8)和收集器(12)之间依次设置排放一次门(10)和排放二次门(11)，分离器(8)和收集器(12)的外部分别设置有检测氧化皮(5)收集量的无损检测仪(9)。

7.根据权利要求1或6所述的一种氧化皮分离组件，其特征在于，取样管(2)、分离器(8)和收集器(12)沿向下方向设置，取样管(2)材质与蒸汽管道(1)相同，分离器(8)和收集器(12)材质为奥氏体不锈钢。

8.一种氧化皮分离方法，其特征在于，包括如下步骤，

将权利要求1-7任意一项所述氧化皮分离组件中的分离装置定位安装在蒸汽管道(1)上，并对应设置在蒸汽管道(1)内由于重力和离心力作用使得氧化皮(5)浓度最大的位置；

由取样管(2)接入，通过分离器(8)将蒸汽中氧化皮(5)进行分离，得到的氧化皮(5)收集在收集器(12)中，分离氧化皮(5)后的蒸汽返回至蒸汽回收管路。

9.一种氧化皮分离方法，其特征在于，包括如下步骤，

S1，将权利要求1-7任意一项所述的氧化皮分离组件中的分离装置定位安装在蒸汽管道(1)上，并对应设置在蒸汽管道(1)内由于重力和离心力作用使得氧化皮(5)浓度最大的位置；

S2，由取样管(2)接入，通过分离器(8)将蒸汽中氧化皮(5)进行分离，得到的氧化皮(5)收集在收集器(12)中，分离氧化皮(5)后的蒸汽返回至蒸汽管道(1)回收管路上；

S3，在线测量蒸汽管道(1)内蒸汽中氧化皮(5)浓度，并设定分离终止值；

S4，增大蒸汽管道(1)内蒸汽的流量和压力，提高蒸汽携带系数和氧化皮(5)携带量；

S5，减小蒸汽管道(1)内流量和压力，降低蒸汽携带系数和氧化皮(5)携带量；

S6，记录步骤S4中氧化皮(5)浓度的最大值，并与所述的设定的分离终止值比较；若大于设定的分离终止值时，重复步骤S4和S5；若小于设定的分离终止值时，分离终止完成氧化皮(5)的分离。

10.根据权利要求8或9所述的一种氧化皮分离方法，其特征在于，还包括通过磁力分离阱(4)加强氧化皮分离的步骤，具体的，

将磁力分离阱(4)定位并安装在蒸汽管道(1)和分离装置周围；

将磁力分离阱(4)通过电磁元件(3)生成的激励磁场施加到蒸汽管道(1)和分离装置中，改变氧化皮(5)的运动方向；并使激励磁场从蒸汽管道(1)向取样管(2)移动，和/或从取样管(2)向分离器(8)移动，和/或从分离器(8)向收集器(12)移动，加强蒸汽中氧化皮(5)向分离装置内的运动，以及氧化皮(5)在分离器(8)中的分离和收集；

其中，通过控制电磁元件的组合变化，使激励磁场在蒸汽管道(1)和分离装置内沿一维或二维或三维方向移动。