CN107716481A - 超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置及方法，该装置包括锅炉管道、锅炉出口管路、工作管路、并联支路、固体脱落物收集箱、过滤段、截止阀、排气阀和透平前工作管路，该装置通过并联回路过滤系统、固体脱落物收集箱排出旋转机械或换热器设备上游管路的固体脱落物，实现设计温度、压力下真实工质闭式循环吹扫固体脱落物，提升高温高压超临界二氧化碳循环系统的锅炉吹管的效果，降低原有锅炉开式吹管的成本和对环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及高温高压超临界二氧化碳循环系统的锅炉管道固体杂质吹除装置及方法。
背景技术
在高设计参数的超临界二氧化碳系统中，锅炉内部管道管线焊点及管壁上存在很多不同尺寸的固体脱落物，如果不能有效处理，固体脱落物会损坏系统内的旋转机械及换热器等重要设备，降低循环系统寿命。所以在系统组装完成后需要对系统内部固体脱落物，尤其是锅炉的管路固体脱落物，进行吹管。二氧化碳为重工质，如果采用传统蒸汽锅炉的开式吹管办法，需要在超临界二氧化碳锅炉设计之初在锅炉内部添加大量的高温阀门，吹管过程需要消耗上百吨的水蒸气，成本高，且吹管效果差于同参数下的二氧化碳工质，若采用二氧化碳工质进行开式吹管，则会给当地及周边人员、牲畜带来安全隐患。尚无现有技术可以解决高温高压超临界二氧化碳循环系统的锅炉吹管的难题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供高温高压超临界二氧化碳循环系统的锅炉吹管装置及方法，利用并联回路过滤系统排出旋转机械或换热器设备上游管路的固体脱落物，实现设计温度、压力下真实工质闭式循环吹扫固体脱落物，可提升高温高压超临界二氧化碳循环系统的锅炉吹管的效果，降低吹管成本。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，包括锅炉管道1、锅炉出口管路2a、工作管路2b、并联支路进口段2c、并联支路出口段2d、并联支路三通段2e、透平前工作管路2g、固体脱落物收集箱排气管路2f、工作管路截止阀3a、并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c、并联支路排渣截止阀3d、并联支路排气截止阀3e、并联支路排气阀3f、固体脱落物收集箱4、过滤段5a、过滤网5b、过滤段进口法兰5c1和过滤段出口法兰5c2，其中锅炉管道1通过锅炉出口管路2a与工作管路2b和并联支路进口段2c相连，并联支路进口段2c、固体脱落物收集箱4和过滤段5a均与并联支路三通段2e相连，在并联支路进口段2c、固体脱落物收集箱4和过滤段5a与并联支路三通段2e之间分别设置了并联支路进口截止阀3b、并联支路排渣截止阀3d和过滤段进口法兰5c1，固体脱落物收集箱4顶部设置固体脱落物收集箱排气管路2f，固体脱落物收集箱排气管路2f从进口至出口依次设置有并联支路排气截止阀3e和并联支路排气阀3f，过滤段5a两侧分别设置了双层过滤网5b，过滤段5a通过过滤段出口法兰5c2与并联支路出口段2d相连，并联支路出口段2d和工作管路2b与透平前工作管路2g相连，在工作管路2b的上游位置设置工作管路截止阀3a，在并联支路出口段2d的上游位置设置并联支路出口截止阀3c。
所述并联支路三通段2e、固体脱落物收集箱4、过滤段5a和并联支路出口段2d均按竖直方向布置，过滤段5的横截面积大于管道横截面积。
所述并联支路三通段2e的顶端为渐扩流道，管道出口截面内径与过滤段5a进口内径相同。
超临界二氧化碳系统锅炉吹管方法，在超临界二氧化碳系统各设备组装完成后，在锅炉与透平之间、锅炉再热或二次再热器与透平之间，添加超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，随后完成过程一至过程五，其中，过程一：此时关闭工作管路截止阀3a和并联支路排气截止阀3e，打开并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c和并联支路排渣截止阀3d，系统内各设备按照正常启动方式运行，锅炉内的固体脱落物随主流工质经锅炉出口管路2a、并联支路进口段2c至并联支路三通段2e，大颗粒固体脱落物经并联支路三通段2e竖直向下进入固体脱落物收集箱4，小颗粒固体脱落物随主流工质竖直向上进入过滤段5a，经过滤网5b阻挡累积在过滤网5b和并联支路三通段2e的渐扩流道上，经过过滤后的主流工质经过并联支路出口段2d进入透平前工作管路2g后进入系统的各个下游设备，完成工质在系统内的循环往复；过程二：经过单位时间工质的循环往复后，系统各设备进入停机状态，关闭工作管路截止阀3a和并联支路进口截止阀3b，打开并联支路排渣截止阀3d、并联支路出口截止阀3c和并联支路排气截止阀3e，此时系统内经过过滤的工质反向流入透平前工作管路2g、并联支路出口段2d、过滤段出口法兰5c2、过滤网5b、过滤段5a、过滤段进口法兰5c1、并联支路三通段2e、固体脱落物收集箱4、固体脱落物收集箱排气管路2f，将过滤网5b和并联支路三通段2e顶部的扩张段管道上的固体脱落物吹入固体脱落物收集箱4，工质先经过并联支路排气截止阀3e后流经并联支路排气阀3f排出至室外；过程三：排出单位质量工质后，关闭工作管路截止阀3a、并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c、并联支路排渣截止阀3d和并联支路排气截止阀3e，打开固体脱落物收集箱4，取出固体脱落物收集箱4中固体脱落物，并称量固体脱落物质量；过程四：循环过程一至过程三，直至固体脱落物质量小于系统各设备可接受值，锅炉吹管过程结束，打开工作管路截止阀3a，关闭并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c、并联支路排渣截止阀3d和并联支路排气截止阀3e，过程五：此后整个系统各设备正常启动，工质从锅炉1流出后此后仅通过锅炉出口管路2a、工作管路2b流至透平前工作管路2g，在系统内循环运行。
和现技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明用于高温高压超临界二氧化碳系统锅炉吹管，通过借助并联回路过滤系统排出旋转机械或换热器设备上游管路的固体脱落物，可以实现设计温度、压力下真实工质闭式循环吹扫固体脱落物，可提升高温高压超临界二氧化碳循环系统的锅炉管道固体脱落物吹扫的效果，与开式吹扫相比降低工质的消耗和带来的环境危害性，同时不需要开式蒸汽吹扫所需在锅炉管路内安装的大量的昂贵阀门，仅需6个阀门，大大降低了在吹扫设备上的投入。
附图说明
图1是本发明超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置及方法的示意图。
1为锅炉管道；2a为锅炉出口管路；2b为工作管路；2c为并联支路进口段；2d为并联支路出口段；2e为并联支路三通段；2g为透平前工作管路；2f为固体脱落物收集箱排气管路；3a为工作管路截止阀；3b为并联支路进口截止阀；3c为并联支路出口截止阀；3d为并联支路排渣截止阀；3e为并联支路排气截止阀；3f为并联支路排气阀；4为固体脱落物收集箱；5a为过滤段；5b为过滤网；5c1为过滤段进口法兰；5c2为过滤段出口法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，包括锅炉管道1、锅炉出口管路2a、工作管路2b、并联支路进口段2c、并联支路出口段2d、并联支路三通段2e、透平前工作管路2g、固体脱落物收集箱排气管路2f、工作管路截止阀3a、并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c、并联支路排渣截止阀3d、并联支路排气截止阀3e、并联支路排气阀3f、固体脱落物收集箱4、过滤段5a、过滤网5b和过滤段进口法兰5c1、过滤段出口法兰5c2，其中锅炉管道1通过锅炉出口管路2a与工作管路2b和并联支路进口段2c相连，并联支路进口段2c、固体脱落物收集箱4和过滤段5a均与并联支路三通段2e相连，在并联支路进口段2c、固体脱落物收集箱4和过滤段5a与并联支路三通段2e之间分别设置了并联支路进口截止阀3b、并联支路排渣截止阀3d和过滤段进口法兰5c1，固体脱落物收集箱4顶部设置固体脱落物收集箱排气管路2f，固体脱落物收集箱排气管路2f从进口至出口依次设置有并联支路排气截止阀3e和并联支路排气阀3f，过滤段5a两侧分别设置了双层过滤网5b，过滤段5a通过过滤段出口法兰5c2与并联支路出口段2d相连，并联支路出口段2d和工作管路2b与透平前工作管路2g相连，在工作管路2b的上游位置设置工作管路截止阀3a，在并联支路出口段2d的上游位置设置并联支路出口截止阀3c。
作为本发明的优选实施方式，所述并联支路三通段、固体脱落物收集箱4、过滤段5a和并联支路出口段2d均按竖直方向布置，过滤段的横截面积大于管道横截面积；竖直方向布置使固体脱落物等大密度固体颗粒在重力的作用下减速，同时大颗粒固体脱落物按惯性运动与并联支路三通段相撞；更加有利于大颗粒固体脱落物进入固体脱落物收集箱4。此外，过滤段的横截面积大于管道横截面积，可以使过滤段主流流速降低，滤网的过滤效果更好，主流中固体脱落物的速度也降低，减小了对滤网的冲击。
作为本发明的优选实施方式，所述并联支路三通段2e的顶端为渐扩流道，管道出口截面内径与过滤段5a进口内径相同，使管道过渡平缓，主流均匀减速，速度没有突然减小，降低了二次流动损失；另外，主流反向吹扫时，上述渐扩流道作为漏斗状固体脱落物收集器，更加有利于固体脱落物在重力和主流流体的作用下进入固体脱落物收集箱4。
本发明超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置及方法的工作原理如下：
在工作时，在超临界二氧化碳系统各设备组装完成后，在锅炉与透平之间、锅炉再热或二次再热器与透平之间，添加超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，随后完成过程一至过程五，其中，过程一：此时关闭工作管路截止阀3a和并联支路排气截止阀3e，打开并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c和并联支路排渣截止阀3d，系统内各设备按照正常启动方式运行，锅炉内的固体脱落物随主流工质经锅炉出口管路2a、并联支路进口段2c至并联支路三通段2e，大颗粒固体脱落物经并联支路三通段2e竖直向下进入固体脱落物收集箱4，小颗粒固体脱落物随主流工质竖直向上进入过滤段5a，经过滤网5b阻挡累积在过滤网5b和并联支路三通段2e的渐扩流道上，经过过滤后的主流工质经过并联支路出口段2d进入透平前工作管路2g后进入系统的各个下游设备，完成工质在系统内的循环往复；过程二：经过单位时间工质的循环往复后，系统各设备进入停机状态，关闭工作管路截止阀3a和并联支路进口截止阀3b，打开并联支路排渣截止阀3d、并联支路出口截止阀3c和并联支路排气截止阀3e，此时系统内经过过滤的工质反向流入透平前工作管路2g、并联支路出口段2d、过滤段出口法兰5c2、过滤网5b、过滤段5a、过滤段进口法兰5c1、并联支路三通段2e、固体脱落物收集箱4、固体脱落物收集箱排气管路2f，将过滤网5b和并联支路三通段2e顶部的扩张段管道上的固体脱落物吹入固体脱落物收集箱4，工质先经过并联支路排气截止阀3e后流经并联支路排气阀3f排出至室外；过程三：排出单位质量工质后，关闭工作管路截止阀3a、并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c、并联支路排渣截止阀3d和并联支路排气截止阀3e，打开固体脱落物收集箱4，取出固体脱落物收集箱4中固体脱落物，并称量固体脱落物质量；过程四：循环过程一至过程三，直至固体脱落物质量小于系统各设备可接受值，锅炉吹管过程结束，打开工作管路截止阀3a，关闭并联支路进口截止阀3b、并联支路出口截止阀3c、并联支路排渣截止阀3d和并联支路排气截止阀3e，过程五：此后整个系统各设备正常启动，工质从锅炉1流出后此后仅通过锅炉出口管路2a、工作管路2b流至透平前工作管路2g，在系统内循环运行。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，其特征在于：包括锅炉管道(1)、锅炉出口管路(2a)、工作管路(2b)、并联支路进口段(2c)、并联支路出口段(2d)、并联支路三通段(2e)、透平前工作管路(2g)、固体脱落物收集箱排气管路(2f)、工作管路截止阀(3a)、并联支路进口截止阀(3b)、并联支路出口截止阀(3c)、并联支路排渣截止阀(3d)、并联支路排气截止阀(3e)、并联支路排气阀(3f)、固体脱落物收集箱(4)、过滤段(5a)、过滤网(5b)、过滤段进口法兰(5c1)和过滤段出口法兰(5c2)，其中锅炉管道(1)通过锅炉出口管路(2a)与工作管路(2b)和并联支路进口段(2c)相连，并联支路进口段(2c)、固体脱落物收集箱(4)和过滤段(5a)均与并联支路三通段(2e)相连，在并联支路进口段(2c)、固体脱落物收集箱(4)和过滤段(5a)与并联支路三通段(2e)之间分别设置了并联支路进口截止阀(3b)、并联支路排渣截止阀(3d)和过滤段进口法兰(5c1)，固体脱落物收集箱(4)顶部设置固体脱落物收集箱排气管路(2f)，固体脱落物收集箱排气管路(2f)从进口至出口依次设置有并联支路排气截止阀(3e)和并联支路排气阀(3f)，过滤段(5a)两侧分别设置了双层过滤网(5b)，过滤段(5a)通过过滤段出口法兰(5c2)与并联支路出口段(2d)相连，并联支路出口段(2d)和工作管路(2b)与透平前工作管路(2g)相连，在工作管路(2b)的上游位置设置工作管路截止阀(3a)，在并联支路出口段(2d)的上游位置设置并联支路出口截止阀(3c)。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，其特征在于：所述并联支路三通段(2e)、固体脱落物收集箱(4)、过滤段(5a)和并联支路出口段(2d)均按竖直方向布置，过滤段的横截面积大于管道横截面积。
3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，其特征在于：所述并联支路三通段(2e)的顶端为渐扩流道，管道出口截面内径与过滤段(5a)进口内径相同。
4.权利要求1至3任一项所述的超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置的吹管方法，其特征在于：超临界二氧化碳系统各设备组装完成后，在锅炉与透平之间、锅炉再热或二次再热器与透平之间，添加超临界二氧化碳系统锅炉吹管装置，随后完成过程一至过程五，其中，过程一：此时关闭工作管路截止阀(3a)和并联支路排气截止阀(3e)，打开并联支路进口截止阀(3b)、并联支路出口截止阀(3c)和并联支路排渣截止阀(3d)，系统内各设备按照正常启动方式运行，锅炉内的固体脱落物随主流工质经锅炉出口管路(2a)、并联支路进口段(2c)至并联支路三通段(2e)，大颗粒固体脱落物经并联支路三通段(2e)竖直向下进入固体脱落物收集箱(4)，小颗粒固体脱落物随主流工质竖直向上进入过滤段(5a)，经过滤网(5b)阻挡累积在过滤网(5b)和并联支路三通段(2e)的渐扩流道上，经过过滤后的主流工质经过并联支路出口段(2d)进入透平前工作管路(2g)后进入系统的各个下游设备，完成工质在系统内的循环往复；过程二：经过单位时间工质的循环往复后，系统各设备进入停机状态，关闭工作管路截止阀(3a)和并联支路进口截止阀(3b)，打开并联支路排渣截止阀(3d)、并联支路出口截止阀(3c)和并联支路排气截止阀(3e)，此时系统内经过过滤的工质反向流入透平前工作管路(2g)、并联支路出口段(2d)、过滤段出口法兰(5c2)、过滤网(5b)、过滤段(5a)、过滤段进口法兰(5c1)、并联支路三通段(2e)、固体脱落物收集箱(4)、固体脱落物收集箱排气管路(2f)，将过滤网(5b)和并联支路三通段(2e)顶部的扩张段管道上的固体脱落物吹入固体脱落物收集箱(4)，工质先经过并联支路排气截止阀(3e)后流经并联支路排气阀(3f)排出至室外；过程三：排出单位质量工质后，关闭工作管路截止阀(3a)、并联支路进口截止阀(3b)、并联支路出口截止阀(3c)、并联支路排渣截止阀(3d)和并联支路排气截止阀(3e)，打开固体脱落物收集箱(4)，取出固体脱落物收集箱(4)中固体脱落物，并称量固体脱落物质量；过程四：循环过程一至过程三，直至固体脱落物质量小于系统各设备可接受值，锅炉吹管过程结束，打开工作管路截止阀(3a)，关闭并联支路进口截止阀(3b)、并联支路出口截止阀(3c)、并联支路排渣截止阀(3d)和并联支路排气截止阀(3e)，过程五：此后整个系统各设备正常启动，工质从锅炉(1)流出后此后仅通过锅炉出口管路(2a)、工作管路(2b)流至透平前工作管路(2g)，在系统内循环运行。
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