CN108871046B - 自动吹洗系统和自动吹洗方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种自动吹洗系统和方法。该自动吹洗系统包括吹洗装置、附设在吹洗装置上的探测装置、驱动吹洗装置在平行于待清洗表面的方向上移动的驱动机构以及控制装置，探测装置用于分别探测气流流过待清洗表面的各区域后的流速并发送探测信号至控制装置，控制装置通过同一工况下气流流过各区域后的流速(V1)相对于气流流过洁净状态下的该表面后的流速(V0)的比值(V1/V0)来判断各区域是否积灰，并控制吹洗装置对判定为积灰的区域进行吹洗。本公开的自动吹洗系统和方法可以自动探测热交换器不同部位换热面是否积灰和积灰的程度，并根据探测结果自动控制吹洗过程。而且，该系统能降低设备被吹损的风险，减少吹洗介质的消耗量。

Description

自动吹洗系统和自动吹洗方法
技术领域
本公开属于工业清洗领域，涉及一种用于电站锅炉、工业锅炉、省煤器等各种热交换器的换热面以及烟气脱硝催化剂的吹洗系统和吹洗方法，特别是一种自动吹洗系统和自动吹洗方法。
背景技术
换热器是电厂锅炉和烟气脱硫系统中普遍采用的热交换设备，它利用锅炉排放出来的烟气的热量来加热燃烧所需的空气和脱硫后的净烟气，以此来达到节约燃料和降低污染的目的。换热器为锅炉和脱硫系统关键的辅助设备之一，其包括回转式、水媒式、蒸汽换热器等各种类型。换热器最重要的性能指标之一就是流经换热面的阻力，阻力的大小不但影响到换热器的传热效率，而且直接影响到送风机、一次风机和引风机的电耗，同时还对换热器的漏风和机组负荷以及炉膛负压波动等经济安全性有着直接的影响。决定阻力大小的关键因素就是换热器换热面的洁净程度和换热通道的积灰堵塞程度，积灰堵塞越严重，阻力越高，机组的经济性和安全性越差。
设备运行过程中，流经换热面的烟气中成分比较复杂，水、硫酸和硫酸氢铵等在一定区域范围内结露沉积，与烟气中的粉尘一同粘附在换热面上，不断被加热，变为水泥状的硬垢，堵塞换热器，导致阻力异常升高。为了控制换热器的运行阻力，防止异常堵灰，一般换热器都配设吹灰清洗装置，定期对换热面进行吹灰和清洗。常用的吹灰清洗装置有固定式、半伸缩式、全伸缩式和摆动式型式，吹洗介质为过热蒸汽、压缩空气、高压水和低压水等，但目前普遍存在的问题是吹灰清洗装置并未按照换热面灰污堵塞程度实时调整其频次和强度，而是进行所谓的“盲吹”，造成换热面中大面积换热面的“过吹”和“欠吹”。“过吹”造成换热面损坏，“欠吹”未能及时彻底清除灰垢，甚至引发各种安全事故，严重影响机组的经济、安全运行。
发明内容
本公开的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动吹洗系统和自动吹洗方法，用以改善现有吹扫装置效果不佳的问题。
为了实现上述目的，本公开提供一种自动吹洗系统，其包括：吹洗装置，包括吹洗管和与吹洗管连通的喷嘴；附设在吹洗管上的探测装置，配置成分别探测气流流过待清洗表面的多个区域中各区域后的流速并发送探测信号至控制装置；与吹洗装置相连的驱动机构，配置成驱动吹洗装置在平行于所述待清洗表面的方向上移动，以便利用介质对待清洗表面进行吹洗；控制装置，用于根据所述探测信号来判断待清洗表面的各区域是否积灰，并控制所述吹洗装置对判定为积灰的区域进行吹洗，其中，所述控制装置通过同一工况下气流流过待清洗表面的各区域后的流速(V1)相对于气流流过洁净状态下的该表面后的流速(V0)的比值(V1/V0)来判断各区域是否积灰。
另一方面，本公开提供一种自动吹洗方法，其包括如下步骤：
探测步骤，采用与吹洗装置相连的驱动机构来驱动所述吹洗装置在平行于待清洗表面的方向上移动，以及利用附设在所述吹洗装置上的探测装置来分别探测气流流过所述待清洗表面的多个区域中各区域后的流速并发送探测信号至控制装置；
吹洗步骤，所述控制装置根据所述探测信号来判断待清洗表面的各区域是否积灰，并控制所述吹洗装置对判定为积灰的区域进行吹洗，
其中，所述控制装置通过同一工况下气流流过待清洗表面的各区域后的流速(V1)相对于气流流过洁净状态下的该表面后的流速(V0)的比值(V1/V0)来判断各区域是否积灰。
吹洗管上配设能自行探测换热面堵灰程度的专用探头和个性化的特殊设计的喷嘴，智能探测，智能判断，根据换热面具体部位的堵(积)灰轻重程度自动控制吹洗过程，实现了不堵不吹，轻堵轻吹，重堵强吹。通过采用本公开实施例的自动吹洗系统，既提高了吹扫的有效性，又降低了换热面被吹损的风险，同时可以将吹洗介质的消耗量降至最低，实现节能、增效、减排的目的。
本公开的自动吹洗系统和方法相比现有技术具有如下有益效果：
通过配设能监测气体流速的探头来探测换热面是否积灰和积灰的程度，并根据探测结果自动控制吹洗过程，实现了换热面的自动吹灰清洗，避免了现有技术中拆卸搬运、人工清扫等工作，降低了运行成本。同时，可以根据积灰程度自动调整吹洗的强度，实现最优化吹灰清洗。
本公开的自动吹洗系统和方法应用于清洗回转式换热器的换热面时，通过设置角度测量装置来确定积灰区域的位置，能够精准地对设备进行吹灰清洗，在确保吹洗效果的前提下提高了吹洗效率。因此，减少了吹扫介质的耗量、节省能源消耗，延长了设备的使用寿命，保证了设备长期、安全、高效、经济地运行。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅用于解释本公开的构思。
图1是本公开实施例的自动吹洗系统的结构示意图；
图2是采用了本公开实施例的自动吹洗系统的回转式换热器的立体示意图；
图3是本公开实施例一的自动吹洗系统在使用状态下的仰视示意图；
图4是本公开实施例二的自动吹洗系统在使用状态下的仰视示意图；
图5是本公开实施例的自动吹洗系统的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的目的和技术方案做进一步的详细说明。请注意，为了便于清楚地表现出本公开实施例的各部分的结构，各附图之间不一定按照相同的比例绘制，相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。这里所给出和描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部的实施例。对于本公开中的实施例，本领域普通技术专业人员在没有做出创造性劳动的前提下所提供的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
图1是本公开实施例的自动吹洗系统的结构示意图。如图1所示，该自动吹洗系统包括驱动机构101、吹洗装置102、探测装置106和控制装置107。吹洗装置102包括吹洗管104和与吹洗管104连通的喷嘴105。驱动机构101与吹洗装置102相连，用于驱动吹洗装置102在平行于待清洗表面的方向上移动，以便利用介质对所述待清洗表面进行吹洗。探测装置106附设在吹洗管104上，用于分别探测气流流过待清洗表面的多个区域中各区域后的流速并发送探测信号至控制装置107。控制装置107根据所述探测信号来判断待清洗表面的各区域是否积灰，并控制吹洗装置102对判定为积灰的区域进行吹洗。这里，控制装置107通过同一工况下气流流过待清洗表面的各区域后的流速(V1)相对于气流流过洁净状态下的该表面后的流速(V0)的比值(V1/V0)来判断各区域是否积灰。
一实施例中，所述待清洗表面是回转式换热器的换热面，驱动机构101与控制装置107电气连接，该自动吹洗系统还包括用于测量所述换热器的转子的旋转角度的角度测量装置，以便基于旋转角度确定各区域的位置。
优选地，吹洗装置102在平行于待清洗表面的方向上的移动方式是伸缩式、摆动式或螺旋式。
优选地，105喷嘴被布置在吹洗管104的端部，探测装置106包括皮托管流量计、涡街流量计或热质量流量计。
优选地，所述介质为过热蒸汽、压缩空气、高压水和低压水中的任一种或一种以上。
优选地，控制装置107包括可编程式逻辑控制器和HMI人机接口，所述自动吹洗系统还包括电磁阀和/或空气开关，所述电磁阀和/或空气开关连接在吹洗管104与介质供应源之间并与控制装置107电气连接，使得控制装置107通过控制电磁阀和/或空气开关的开启/关闭来控制吹洗装置102对判定为积灰的区域进行吹洗。
一实施例中，吹洗装置102被用来测量气体的动压和流场，在另一实施例中，探测装置106还可以包括用于检测气体温度的测温探头，使得吹洗装置102被用来测量气体的动压、温度场和流场。
图2是采用了本公开实施例的自动吹洗系统的回转式换热器1的立体示意图。回转式换热器1主要由转子202和被隔开的烟道和空气通道组成。转子202包括中心轴和圆柱形筒体。一般情况下，从中心轴向外延伸把筒体分为若干个扇区，每个扇区中包含多个换热元件。如图2中实心箭头所示，转子202绕中心轴转动，使得每个换热元件相继经过烟道和空气通道。图2中的空心箭头示出了高温烟气的流动方向。如图所示，流过烟道的高温烟气自上向下穿过筒体中的换热元件，把携带的一部分热量传递给换热元件；而当该换热元件旋转到空气通道侧时，又把热量传递给自下向上从其穿过的低温空气，由此实现换热。并列布置的多个换热元件与气体接触的表面构成换热面203，换热元件可以是本领域常规使用的换热元件，例如可以是紧凑型波纹板或大通道直通型的换热元件。
自动吹洗系统包括吹洗装置2、控制装置等，吹洗装置2布置在烟气出口侧的换热面下方，可以在控制装置的控制下喷射出吹洗介质。在吹洗阶段，从吹洗装置2喷出的介质垂直向上吹入换热面中，对换热面以及孔隙内的积灰进行吹扫。
图3是本公开实施例一的自动吹洗系统在使用状态下的仰视示意图。该自动吹洗系统用于回转式换热器，包括吹洗装置、探头306、与吹洗装置相连的驱动机构(未示出)和控制装置307，其中驱动机构用于驱动吹洗装置在与回转式换热器的换热面平行的方向上移动。吹洗装置包括吹洗管304和与吹洗管304连通的一个或多个喷嘴305，喷嘴305集中布置在吹洗管304的一个端部。吹洗管304的管壁上开设有一个或多个带内螺纹的通气孔，喷嘴305通过外螺纹与通气孔相连，吹洗管304和喷嘴305可以采用能耐高温、耐腐蚀的材料加工制作。该吹洗装置为全伸缩式，吹洗管304可以在驱动机构的驱动下沿回转式换热器的转子202的半径方向来回移动，如图3中箭头所示。该驱动机构可以包括电机、由电机驱动转动的丝杆和套于丝杆上的丝杆螺母，吹洗管304的另一端部用紧固件与丝杆螺母连接。当丝杆转动时，带动吹洗管304在转子202的半径方向上作伸缩运动。在其它实施例中，驱动机构也可以采用齿轮-齿条、链轮-链条、气缸等驱动方式。
探头306附设在吹洗管304上并位于喷嘴305的附近，用于测量气流流过换热面303后的流速V。探头306还可以与控制装置307电气连接，当附设有探头306的吹洗装置被设置在换热面303的下游时，探头306探测到气流流过换热面303后的流速V并发送探测信号至控制装置307。探头306例如是皮托管流量计，其输出标准差压信号即动压(总压和静压之差)至控制装置307，再通过流量方程解算得出气体流速。实际使用中，探头306先测量出气流流过洁净状态下的换热面303后的流速V0作为比较基准，再通过同一工况下的气流流速比值(V/V0)来判断积灰程度。换热面303包括多个区域，当探头6探测到的气流流过换热面303的某个区域后的流速V1相对于洁净状态下的流速V0的比值(V1/V0)小于预设阈值(例如0.9)时，控制装置307判定该区域积灰，需要进行吹洗；否则，判定该区域不积灰，无需吹洗。另外，可以配套使用差压变送器来输出气体压差(阻力)，对测量结果进行补偿和修正。在其它实施例中，探头可以采用涡街流量计、热质量流量计等。
根据现场条件，吹洗管304中可通入过热蒸汽、压缩空气、高压水或低压水等吹洗介质。吹洗管304与驱动机构连接的一端还可以通过电磁阀(未示出)与外设的蒸汽\水供应源(未示出)相连，并可以通过空气开关(未示出)与外设的压缩空气罐(未示出)相连，以便借助于电磁阀和空气开关来控制吹洗介质的通断和流量。电磁阀和空气开关均通过时间继电器(未示出)与控制装置307电气连接，由控制装置307控制它们的开启时间和开启程度，时间继电器用于延时控制，以减小系统由于转换而造成的波动。另外，为了改善吹洗效果，可以对吹洗介质的压力设定限制条件。例如，可以在吹洗装置的喷嘴305处放置压力变送器(未示出)来监测吹洗介质的压力，只有压力满足要求时吹洗装置方可动作，压力变送器测得的信号传送到控制装置307进行控制。
控制装置307可以包括可编程式逻辑控制器(PLC)、HMI人机接口、辅助元器件等。可编程式逻辑控制器(PLC)对探头306探测到的信号进行处理，并根据预设的判断标准来判断换热面303的各个区域是否积灰。如果判定某个区域积灰，则控制装置307自动启动电磁阀和/或空气开关、压力变送器以及时间继电器等，对该区域进行吹洗。例如，可以先通入压缩空气对积灰进行吹洗，再通入过热蒸汽对积灰进行吹洗。另外，替代可编程式逻辑控制器(PLC)，控制装置307可以包括单片机控制电路、工控机控制电路等。用户通过HMI人机接口可以对系统进行参数设定，例如积灰判断的阈值、吹扫介质的压力、吹扫时间等。
鉴于在回转式换热器的工作过程中转子202不停围绕中心轴旋转，为了对换热器进行在线实时清洗，有必要设置用于测量转子202的旋转角度的角度测量装置。测量结果被反馈给控制装置，用于确定被判定为积灰的换热面区域的位置，以便后续对判定为积灰的换热面区域进行精确吹洗。
现在结合图5对设置有角度测量装置的自动吹洗系统的工作原理进行详细说明。如图5所示，转子202的中心轴上设有一角度基准标靶508，用来确定转子“零”角度的位置，以此作为探头506(用于探测气流流过换热面503后的流速V)探测和吹洗装置(其包括吹洗管504)吹洗时在圆周方向角度定位的基准点。与此相对应，角度测量装置509(例如角度传感器)可以被套设在转子202的中心轴上，用于测量转子202的转动角度。吹洗装置和角度测量装置509均可以与控制装置507电气连接。控制装置507例如包括可编程式逻辑控制器(PLC)。另外，吹洗装置可以在驱动机构(未示出)的驱动下沿转子202的半径方向来回移动，该驱动机构也可以与控制装置507电气连接。吹洗装置沿转子202半径方向的移动速度为一预设值，可以通过PMI人机接口进行设定。当驱动机构在控制装置507的控制下驱动吹洗装置移动时，探头506和喷嘴(未示出)在转子202半径方向的位置可以通过可编程式逻辑控制器(PLC)的计时器来确定。因此，控制装置507可以基于计时器的计数值和由角度测量装置509传送的测量值来确定被探测区域的位置。同时，可编程式逻辑控制器(PLC)对探头506探测到的信号进行处理，并根据预设的判断标准来判断换热面503的被探测区域是否积灰。
该预设的判断标准可以是：
如果：V1/V0≧0.9，则不积灰；
如果：0.9﹥V1/V0，则积灰。
其中，V1表示气流流过换热面503的被探测区域后的流速，V0表示气流流过洁净状态下的换热面303后的流速，流速比值(V1/V0)越小，表明积灰越严重。当控制装置507判定被探测区域积灰时，把该区域的位置信息存储在PLC的存储器中。这样，探头506在其工作状态下配合转子202的旋转，对整个换热面503进行探测，并将探测信号传送至控制装置507进行分析处理，以便确定换热面503的积灰程度和所有积灰位置。在完成整个探测过程后，控制装置507在收到用户输入的吹洗指令后，启动吹洗装置的驱动电机，把吹洗装置直接移动到判定为积灰的换热面503区域，并且启动相应吹洗介质的电磁阀和/或空气开关、压力变送器以及时间继电器等,使吹洗介质流入吹洗管504中对该区域进行吹洗，直至所有判定为积灰的换热面503区域都进行了吹洗。本实施例中，附设在吹洗装置上的探头506借助于吹洗装置在半径方向上的移动和转子202的转动对整个换热面503自动进行探测，然后对换热面503进行选择性吹洗以清洁积灰的区域。
除了采用角度传感器之外，还可以通过控制装置中PLC计时器所计的时间乘以转子转动的角速度来获得转动角度。
图4是本公开实施例二的自动吹洗系统在使用状态下的仰视示意图。除了吹洗装置在平行于回转式换热器的换热面的方向上的移动方式和用于驱动吹洗装置移动的驱动机构之外，本实施例的自动吹洗系统的其它组成部件和工作方式与图3中的大致相同，在此省略对其的详细说明。
如图4所示，在驱动机构(未示出)的驱动下，包括吹洗管404和喷嘴405的吹洗装置可以绕一固定点在给定角度范围内摆动，从而带动附设在吹洗装置上探头406在给定角度范围内摆动。该驱动机构可以采用主、从动轮或者齿轮齿条和连杆机构的驱动方式。另外，图4的自动吹洗系统也可以包括图5中所示用于测量转子旋转角度的角度测量装置509和用来确定转子“零”角度的位置的角度基准标靶508。此时，被探测区域的位置是通过如下两个坐标来确定的：1、摆臂自身的摆动角度；2、转子的转动角度。由于摆动角速度为预设值，将控制装置407中PLC计时器所计的摆动时间乘以摆动角速度便得到摆动角度。同一时刻测得的这两个角度在控制装置407中做运算，来确定被探测区域的位置。本实施例中，附设在吹洗装置上的探头406借助于吹洗装置在给定角度范围内的摆动和转子202的转动对整个换热面403自动进行探测，然后对换热面403进行选择性吹洗以清洁积灰区域。
本公开实施例的自动吹洗系统中的吹洗装置根据需要可以布置在任何位置。在本公开实施例中，控制吹洗介质供给的电磁阀和/或空气开关的开度可以调节，轻度积灰时开度小，中度或重度积灰时开度大。
对目前使用的伸缩式、螺旋式和摆动式吹洗装置，可以采用本公开的技术方案进行部分改造和更新换代。
在本公开的一个实施例中，提供了一种自动吹洗方法，其可以包括探测步骤和吹洗步骤。在探测步骤中，可以采用与吹洗装置相连的驱动机构来驱动所述吹洗装置在平行于待清洗表面的方向上移动，以及可以利用附设在所述吹洗装置上的探测装置来分别探测气流流过所述待清洗表面的多个区域中各区域后的流速并发送探测信号至控制装置。在吹洗步骤中，所述控制装置可以根据所述探测信号来判断待清洗表面的各区域是否积灰，并控制所述吹洗装置对判定为积灰的区域进行吹洗。其中，控制装置通过同一工况下气流流过待清洗表面的各区域后的流速(V1)相对于气流流过洁净状态下的该表面后的流速(V0)的比值(V1/V0)来判断各区域是否积灰。
在一个实施例中，待清洗表面可以是回转式换热器的换热面，所述驱动机构可以与所述控制装置电气连接。所述探测步骤还可以包括利用角度测量装置来测量所述换热器的转子的旋转角度并发送测量信号至所述控制装置，以便基于该旋转角度确定各区域的位置。而且，在判断各区域是否积灰之后且在对判定为积灰的区域进行吹洗之前，所述吹洗步骤还可包括通过所述控制装置控制所述驱动机构把所述吹洗装置移动到判定为积灰的区域。
在一个实施例中，吹洗装置在平行于待清洗表面的方向上的移动方式可以是伸缩式、摆动式或螺旋式。
根据本公开的自动吹洗系统和自动吹洗方法可应用于电力、化工、钢铁和环保等领域。除了用于回转式换热器换热面的吹扫清洗外，本公开的自动吹洗系统和自动吹洗方法还可用于锅炉系统的受热面和烟道、烟气脱硝反应器催化剂以及各类换热器等设备的吹灰和清洗。
以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动吹洗系统，包括：
吹洗装置，包括吹洗管和与吹洗管连通的喷嘴；
附设在吹洗管上的探测装置，配置成分别探测气流流过待清洗表面的多个区域中各区域后的流速V1并发送探测信号至控制装置；
与吹洗装置相连的驱动机构，配置成驱动吹洗装置在平行于所述待清洗表面的方向上移动，以便利用介质对所述待清洗表面进行吹洗；
控制装置，用于根据所述探测信号来判断待清洗表面的各区域是否积灰，并控制所述吹洗装置对判定为积灰的区域进行吹洗，其中，所述控制装置通过同一工况下气流流过待清洗表面的各区域后的流速V1相对于气流流过洁净状态下的该表面后的流速V0的比值V1 /V0来判断各区域是否积灰；
在吹洗阶段，从所述吹洗装置喷出的介质垂直向上吹入待清洗表面中，对待清洗表面以及孔隙内的积灰进行吹扫；
其中，所述待清洗表面是回转式换热器的换热面，所述驱动机构与所述控制装置电气连接，所述自动吹洗系统还包括用于测量所述换热器的转子的旋转角度的角度测量装置，以便基于该旋转角度确定各区域的位置。
2.根据权利要求1所述的自动吹洗系统，其中，所述吹洗装置在平行于待清洗表面的方向上的移动方式是伸缩式、摆动式或螺旋式。
3.根据权利要求1所述的自动吹洗系统，其中，所述喷嘴被布置在所述吹洗管的端部，所述探测装置包括皮托管流量计、涡街流量计或热质量流量计。
4.根据权利要求1所述的自动吹洗系统，其中，所述介质为过热蒸汽、压缩空气、高压水和低压水中的任一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的自动吹洗系统，其中，所述控制装置包括可编程式逻辑控制器和HMI人机接口，所述自动吹洗系统还包括电磁阀和/或空气开关，所述电磁阀和/或空气开关连接在所述吹洗管与介质供应源之间并与所述控制装置电气连接，使得所述控制装置通过控制电磁阀和/或空气开关的开启/关闭来控制所述吹洗装置对判定为积灰的区域进行吹洗。
6.根据权利要求1所述的自动吹洗系统，其中，所述吹洗装置被用来测量气体的动压、温度场和/或流场。
7.一种自动吹洗方法，包括如下步骤：
探测步骤，采用与吹洗装置相连的驱动机构来驱动所述吹洗装置在平行于待清洗表面的方向上移动，以及利用附设在所述吹洗装置上的探测装置来分别探测气流流过所述待清洗表面的多个区域中各区域后的流速（V1）并发送探测信号至控制装置；
吹洗步骤，所述控制装置根据所述探测信号来判断待清洗表面的各区域是否积灰，并控制所述吹洗装置对判定为积灰的区域进行吹洗，
其中，所述控制装置通过同一工况下气流流过待清洗表面的各区域后的流速（V1）相对于气流流过洁净状态下的该表面后的流速（V0）的比值（V1 / V0）来判断各区域是否积灰；
其中，所述待清洗表面是回转式换热器的换热面，所述驱动机构与所述控制装置电气连接，所述探测步骤还包括利用角度测量装置来测量所述换热器的转子的旋转角度并发送测量信号至所述控制装置，以便基于该旋转角度确定各区域的位置，以及在判断各区域是否积灰之后且在对判定为积灰的区域进行吹洗之前，所述吹洗步骤还包括通过所述控制装置控制所述驱动机构把所述吹洗装置移动到判定为积灰的区域。
8.根据权利要求7所述的自动吹洗方法，其中，所述吹洗装置在平行于待清洗表面的方向上的移动方式是伸缩式、摆动式或螺旋式。
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