CN107747731A - 一种防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明由专利单元装置、联络风管、测控系统组成，专利单元装置由通风(联接)套管、螺旋折流板、密封装置、二次风喷头、氧化锆陶瓷隔热盘(管)、调节阀、轴向调节装置等组成。二次风喷头接管和底盘分别螺纹连接通风套管、氧化锆陶瓷隔热底盘，其底盘周向开有二次风喷口；通风套管外管套装氧化锆陶瓷隔热管，其出口与二次风喷头底盘构成压缩空气喷口。喷口喷出形成的双层气膜分隔炉气与水冷壁，赋予水冷壁防高温腐蚀性；二次风喷头预调节、调节阀调节、专利单元装置轴向调节，赋予本发明好的参数调节特性和工作适应性；隔热管(盘)，二次风、压缩空气双冷却，二次风喷头可拆卸，赋予炉内部件防烧毁、可更换性。专利单元装置数随锅炉容量变化。

Description

一种防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁方法及装置

技术领域

本发明属于锅炉技术领域，尤其涉及一种用于防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风方法及装置。

背景技术

在煤质不变的情况下，影响锅炉水冷壁高温腐蚀的因素主要有：1.水冷壁面附近的气氛；2.水冷壁管壁温度；3.水冷壁管材质。为了降低煤耗，近年机组参数越来越高，水冷壁管壁温度也随之增高；随着国家节能减排政策的强力推进，采用低氮燃烧技术的锅炉越来越多，其中的分级低氮燃烧技术容易在水冷壁附近形成强还原性气氛，使锅炉水冷壁高温腐蚀的问题更趋严重。对投产运行的锅炉而言，水冷壁管材质难以更改，降低水冷壁温度，又将影响锅炉出力，当燃用的煤质选定后，为保证锅炉出力，设法改变近水冷壁的气氛性质成为解决锅炉水冷壁高温腐蚀的主流方法。

为水冷壁装设贴壁风装置是改变水冷壁面附近气氛的一种重要方法。目前已有的贴壁风装置主要采用单一二次风作为贴壁风。将单一二次风作为贴壁风从侧墙送入炉内的方法有两类：1.将喷头伸入炉内送风，风向平行于水冷壁面；2.在水冷壁外侧设置贴壁风箱，通过在水冷壁鳍片上开设的大量小孔向炉内送风，风向垂直于水冷壁面。将喷头伸入炉内送风方法的存在的主要问题是：①二次风压力较低，刚性较差，沿水冷壁流动的距离短，形成水冷壁覆盖气膜层的耗风量大，对炉内燃烧和锅炉运行影响大；②通过喷头的二次风温较高，单一的二次风冷却，喷头冷却效果较差，喷头易烧坏。通过水冷壁鳍片开设大量小孔并于垂直于水冷壁面方向送风存在的主要问题是：①二次风垂直于水冷壁面喷入炉内时，喷入炉内较深，对炉内燃烧将产生较大的影响；②在水冷壁附近形成均匀性保护气膜，需开设大量小孔，耗风量大，对炉内燃烧影响大，且需布置大型贴壁风箱，投资大。

通过对现有技术的检索发现，尚未有一种方法或装置能有效解决上述问题。

发明内容

对现有技术存在的问题，本发明既能有效防止锅炉水冷壁发生高温腐蚀，又能很好防止贴壁风喷口烧损，且对炉内燃烧影响甚微。

本发明通过以下技术方案实现：

一种防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风方法及装置包括：贴壁风联络风管、通风套管、螺旋拆流板、二次风喷头、贴壁风联络风管入风口调节阀、通风套管各入风口调节阀、输风管、联接套管、金属密封圈、轴向调节装置。所述通风套管，由中心二次风管、压缩空气外管组成，压缩外管分为直径不同的二段，靠炉炉段的外管内壁上安装有螺旋形折流板，其外管外壁上嵌套氧化锆陶瓷隔热管，压缩空气外管远离炉膛段管径扩大，并在其管外壁上设置有齿条，通风套管通过密封层从水冷壁管弯曲形成的孔洞穿入炉内；所述贴壁风联络风管，外接二次风箱，内接通风套管之中心二次风管；所述二次风喷头，由二次风喷头底盘、二次风喷头接管组成，二次风喷头的中心接管与通风套管中心二次风管内壁螺纹联接，二次风喷头底盘外螺纹嵌套氧化锆陶瓷隔热盘，二次风喷头的底盘及螺纹嵌套在其上的氧化锆陶瓷隔热盘周向均匀开有径向喷口，通风套管的压缩空气外管及其氧化锆陶瓷隔热管的出口端面与二次风喷头底盘的相向端面间隙形成压缩空气的喷口；所述轴向调节装置，由齿条、齿轮、齿轮减速机、电机组成。

下面对该方案的技术原理进行说明：

从二次风箱引入的来自空气预热器的热二次风经贴壁风联络风管分配后进入通风套管的中心二次风管，从压缩空气储气罐引入的压缩空气(无压缩空气时，引入风机提供的低压风)进入由压缩空气外管内壁与中心二次风管外壁、螺旋折流板形成的压缩空气通道，热二次风与压缩空气(或低压风)在通风套管内进行热交换后通过各自的喷口沿平行于水冷壁面方向喷入炉膛，在水冷壁面附近形成冷、热双层空气膜(向炉膛侧为热空气膜，向水冷壁侧为压缩空气膜或低压风膜)，阻挡炉内的煤粉气流和高温烟气流对水冷壁的冲刷，大幅降低了水冷壁附近区域的还原气氛浓度，并一定程度降低了水冷壁管炉内侧的管壁温度，从而极大减轻了水冷壁的高温腐蚀。

下面对该发明专利的优点进行说明：

热二次风与压缩空气在通风套管换热后，二次风温度降低，压缩空气温度升高。二次风温度的降低有利于二次风喷头的冷却，压缩空气及二次风喷出时对二次风喷头的双重冷却作用，螺纹嵌套的氧化锆陶瓷隔热盘的隔热作用，有效的保护了伸入炉内的二次风喷头免遭炉膛内高温气流的烧损；压缩空气的冷却作用，氧化锆陶瓷隔热管的隔热作用，有效的保护了伸入炉内的通风套管免遭炉内高温气流的烧蚀。

热二次风与压缩空气换热后经各自喷孔喷入炉内形成的平行于水冷壁的均匀性双层空气膜，很好的阻隔了炉内高温还原性气流对水冷壁的冲刷；二次风与压缩空气组合使用，克服了单一二次风形成的气膜层风压低、刚性差、喷射距离短、用风量大的缺点，视锅炉容量，每层仅需布置1-4个喷头，可使用大直径的贴壁风联络风管替代单一二次风贴壁风方法所需的在水冷壁外侧布置大型的贴壁风箱，投资费用大幅降低。

二次风与压缩空气的双重冷却效果，氧化锆陶瓷隔热圆盘、氧化锆陶瓷隔热管绝热作用，很好的赋予专利装置炉内工作部件的防烧毁性能，确保了专利装置长期安全工作性能；二层气膜紧靠水冷壁面平行流动，流速快，气膜覆盖面积大，分布均匀，用风量少，对炉燃烧的影响远小于垂直喷入贴壁风气膜和单一二次风贴壁风气膜的影响，对炉内燃烧效率的影响甚微；紧靠水冷壁的压缩空气膜，对水冷壁有一定冷却效果，有利于减轻高温磨蚀，压缩空气在通风套管内的换热升温，还有利于减少压缩空气膜对炉内燃烧的影响。

二次风喷头通过其接管与中心二次风管的螺纹联接，赋予了其可拆卸性和一定的可伸缩特性。其可拆卸性，有利于在喷口不慎烧损坏后的快速更换，确保专利装置工作的连续性和可靠性；可伸缩特性，在赋予压缩空气喷口大小及其气膜厚度可调节特性的同时，还赋予了二次风气膜离水冷壁距离的可调节特性。

通过通风套管轴向调节装置实现专利装置单元的前后移动，从而实现贴壁风气膜与水冷壁间距的调节。

通风套管的压缩空气外管设有两路冷却风：一路为压缩空气冷却风，正常情况下使用；另一路为备用低压冷却风，无压缩空气时使用，由风机直接供风。两路冷却风的设置，确保二次风喷头无压缩空气供风时持续保持应有的冷却效果，确保不被烧毁。

附图说明

图1为本发明专利单元装置结构示意图。

图2为本发明专利新型贴壁风装置的安装布置示意图。

图1、图2中：1-水冷壁管；2-水冷壁管鳍片；3-压缩空气通道；4-中心二次风通道；5-压缩空气外管；6-中心二次风管；7-压缩空气喷口；8-二次风喷口；9-二次风喷头；10-氧化锆陶瓷隔热盘；11-炉膛；12-水冷壁；13-通风套管；14-调节阀；15-压缩空气入口；16-低压空气入口；17-贴壁风联络风管；18-二次风入口；19-氧化锆陶瓷隔热管；20-二次风喷头接管； 21-二次风喷头底盘；22-电机；23-齿轮减速机；24-齿轮；25-齿条；26-压缩空气外管之扩张段；27-金属密封圈；28-密封填料；29-密封填料盒；30-联接套管之外管；31-联接套管之内管；32-联接套管；33-螺旋折流板；34-轴向调节装置；35-密封装置；36-流量传感器；37-温度传感器；38-DCS系统，39-流量信号；40－温度信号。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利进一步阐述。

图1给出的是本发明专利防止锅炉水冷壁发生高温腐蚀的贴壁风单元装置结构示意图。单元装置由通风套管13、轴向调节装置34、密封装置35、二次风喷头9、联接套管32 构成。所述通风套管由中心二次风管6、压缩空气外管5、螺旋折流板33、螺纹嵌套在压缩空气外管5上的氧化锆陶瓷隔热管10构成，通过密封装置35从水冷壁管弯曲形成的孔洞伸入炉内；中心二次风通道4由中心二次风管6内壁面围成，压缩空气通道3由压缩空气外管 5内壁与中心二次风管6外壁以及螺旋折流板33围成。所述轴向调节装置34，由电机22、齿轮减速机23、齿轮24和齿条25构成，其中齿条25安装压缩空气外管5的扩张端部外侧面上。通过轴向调节装置的工作，亦即电机26通过齿轮减速机减速后将运动传给与齿条啮合的齿轮24，齿轮24通过与齿条25的啮合带动齿条轴向移动，从而实现整个专利单元装置的前后移动。所述密封装置35由密封填料28和耐热金属密封填料盒29构成，通过密封装置 35实现对水冷壁12与通风套管13之间间隙的密封。所述二次风喷头9，由二次风喷头底盘 21、二次风喷头接管20构成，二次风喷头接管通过其接管20与中心二次风管6内壁螺纹联接，二次风喷头底盘20螺纹嵌套有氧化锆陶瓷隔热盘10，朝向炉膛的压缩空气外管管段套装有氧化锆陶瓷隔热管19，二次风喷头底盘21及其氧化锆陶瓷隔热盘10均匀开有8个径向二次风喷口8。所述压缩空气喷口7，由通风套管13的压缩空气外管及外套其上的氧化锆陶瓷隔热管10的出口端面与二次风喷头底盘21的相向端面之间的间隙形成，压缩空气喷口7 的大小可通过二次风喷头9在中心二次风管4上的旋进旋出进行调节。所述联接套管32由联接套管外管30、联接套管内管31和金属密封圈27构成，联接套管32直接伸入通风套管13 内部，二者联接处通过金属密封圈27实现密封，压缩空气(或低压风)、热二次风通过联接套管分别引入中心二次风通道3和压缩空气通道3，其流量根据安装在压缩空气(或低压风) 入口、热二次风入口的控制阀门14与16前的流量传感器36输出信号通过DCS系统38进行调节。

图2给出的是本发明专利的一个具体实施方案。在锅炉侧墙腐蚀严重区域布置2～5 层贴壁风装置，每层贴壁风装置由1～4个贴壁风单元装置构成，二次风从二次风入口18进入贴壁风联络管17，经控制阀14分配后通过各个贴壁风换单元装置的联接套管之内管31引入中心二次通道4，压缩空气(或备用低压风)从压缩空气入口15(低压风入口16)通过控制阀14进入贴壁风装置通风套管13中的压缩空气通道3，压缩空气和二次风在通风套管内换热后，分别从二次风喷头9的二次风喷口8和压缩空气喷口7沿平行于水冷壁12的方向均匀喷出，形成两层紧靠水冷壁的冷、热气膜层，有效的阻隔炉内还原性高温气流进入水冷壁附近区域，并一定程度降低了水冷壁壁温，从而很好的防止了高温水冷壁的高温腐蚀。

图2中所述的压缩空气入口15、低压风入口16、热二次风入口18和贴壁风联络风管出口均设有调节阀14，通过控制调节阀14的开度可对压缩空气、低压风和二次风的流量进行调节，并在各调节阀14后安装有流量传感器36，在炉膛内贴壁风喷口附近安装有温度传感器37，流量传感器36和温度传感器37的数据接入DCS系统38组成测控系统供操作控制使用，从而使该贴壁风系统处于最佳运行状态。

以上所述仅为本发明专利的一种具体实施方案，并不用以限制本发明，基于此发明原理基础所做的任何修改、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风方法及装置包括：专利单元装置、贴壁风联络风管、测量控制系统；所述专利单元装置由通风套管、螺旋折流板、联接套管、氧化锆陶瓷隔热管、二次风喷头、氧化锆陶瓷隔热盘、入风口调节阀、轴向调节装置、密封装置、金属密封圈组成；所述通风套管由中心二次风管、压缩空气外管组成，螺旋折流板安装在压缩空气外管内壁上，中心二次风管由其固定支撑，氧化锆陶瓷隔热管套装在压缩空气外管上，通风套管及外在的氧化锆陶瓷隔热管通过水冷壁管弯曲形成的孔洞穿入炉内，穿入处通过由密封填料与密封填料盒组成的密封装置进行密封；所述二次风喷头，由二次风喷头底盘、二次风喷头接管构成，其底盘外螺纹嵌套有氧化锆陶瓷隔热盘，通过其接管外壁与中心二次风管内壁螺纹连接，二次风喷头底盘及外套的氧化锆陶瓷隔热盘周向均匀开有径向二次风喷孔，压缩空气外管及其氧化锆陶瓷隔热管出口端面与二次风喷头相向的底盘端面形成的间隙构成压缩空气喷口，压缩空气喷口大小可通过二次风喷头的旋进旋出调节；所述联接套管，由联接套管内管、联接套管外管组成，以插入方式与通风套管相连，两者之间通过金属密封圈密封；所述轴向调节装置由齿条、齿轮、齿轮减速装置、电机组成，齿条焊接在进风套管扩张管的压缩空气外管上；所述入风口调节阀包括压缩空气入口调节阀、低压空气入口调节阀、贴壁风联络风管进口调节阀及出口二次风分配调节阀；所述贴壁风联络风管外接二次风箱，内接联接套管的中心二次风管；所述测量控制系统由安装在各风管调节阀后的流量传感器、安装在贴壁风区域水冷壁上的温度传感器、DCS控制系统组成。

2.根据权利要求1所述的一种防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风方法及装置，其特征在于：可通过单元装置和贴壁风联络风管的灵活组装满足不同容量、不同燃烧方式的锅炉防高温腐蚀贴壁风形成的需要；二次风和压缩空气在通风套管换热后，降温的二次风和升温的压缩空气分别通过二次风喷头底盘上周向均匀布置的径向喷口及压缩空气喷口沿平行于水冷壁方向喷出，形成二层分布均匀的冷、热空气膜，双层空气膜的形成，很好的阻隔了炉膛内部还原性高温气流进入水冷壁附近区域，从而很好的防止了水冷壁的高温磨蚀；压缩空气膜层对二次空气膜层的引射作用，克服了单一二次风风压低、喷出速度低，形成防磨蚀气膜层耗风量大、所需单元装置多、对炉内燃烧状况影响大的缺点，压缩空气膜的设置还有利于水冷壁的冷却，一定程度上提高了水冷壁的高温防腐蚀效果；二次风通过通风套管时的换热降温加强了二次风喷头出口端的冷却效果；压缩空气通过通风管换热升温，有利于减少其对炉内燃烧效率的影响。

3.根据权利要求1所述的一种防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风方法及装置，其特征在于：二次风喷头出口端既受到螺纹嵌套其上的氧化锆陶瓷隔热盘的隔热作用，又受到在其内流动并经喷口高速喷出的二次风冷却作用、压缩空气喷出时的高速冲击冷却作用，氧化锆陶瓷隔热盘良好的隔热效果及二次风、压缩空气喷出时的双重冷却效果，赋予了在炉内工作的二次风喷头很好的冷却效果；螺纹嵌套在压缩空气外管上的氧化锆陶瓷隔热管的良好的隔热作用，压缩空气高速流动的冷却作用或无压缩空气时低压风的冷却作用，赋予了通风套管很好的隔热冷却特性，二次风喷头和通风套管很好的隔热冷却效果，很好的保证了专利装置单元防高温烧损特性；二次风喷头的可拆卸性，赋予了其烧毁时的快速更换性能，确保专利装置的持续可靠工作特性。

4.根据权利要求1所述的一种防止锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风方法及装置，其特征在于：轴向调节装置，赋予锅炉运行时专利单元装置入炉深度调节特性，亦即可根据运行中燃烧料特性变化和锅炉运行负荷变化，调节贴壁风气膜离水冷壁的距离；二次风喷头旋进旋出，赋予了压缩空气喷口大小、压缩空气膜层厚度、速度及风量、二次风气膜层-水冷壁距离的预调节特性；调节阀门具有切断通风、调节阀门开度双重作用，阀门的切断用于专利装置单元的检修、调试，当缺压缩空气时，通过关闭压缩空气调节阀门，打开低压风调节阀，确保专利装置单元炉内冷却效果；调节阀开度调节、二次风喷头旋进旋出的预调节，轴向调节装置移动调节的联合使用，风速调节，适应炉内燃料燃烧特性变化的需要；二次风喷头旋进旋出、轴向调节装置的移动调节、调节阀开度调节的联合使用，赋予很好的压缩空气喷口大小，贴壁风空气膜层厚度、流速、流量，贴壁风气膜层离水冷壁距离调节性能，能很好的适应锅炉燃料特性的变化和运行负荷的变化，并确保专利装置在最佳状态下工作，从而赋予了专利装置很好的很好的的防高温腐蚀效果，又能将贴壁风对炉内燃烧的影响降到最低程度。