CN110173706A - 用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置及运行方法 - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
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Abstract
本发明公开了一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，所述清灰装置包括清灰母管、阀门组和清灰管组，母管总阀设置在清灰母管上，支管阀门设置在清灰支管上，换热器模块的前方位置、后方位置及各换热器模块之间的位置处均设置有所述清灰支管。烟道中烟气流速降低，开启清灰支管上的支管阀门，从而利用蒸汽对烟道内进行吹扫，以强化烟气的扰流，增强沉积在烟道底部的飞灰的流动能力，进而减少烟道积灰。本发明装置能够有效减少余热利用装置所在烟道内的积灰。本发明还提供了一种清灰装置的运行方法，能够减少余热利用装置所在烟道内烟气的能量损失，强化换热器的换热效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置及运行方法,属于燃煤电站锅炉、工业锅炉等工业烟气净化及余热回收领域背景技术。
背景技术
燃煤电厂锅炉在运行中排烟热损失所占比重较大，占锅炉总的热损失50％以上，一些火力发电厂运行排烟温度常常高于设计值。因此，降低电站锅炉的排烟温度对于节能减排具有重要意义。在此大的背景下烟气余热利用装置得到了广泛的应用，目前常采用烟气余热利用装置对排放的高温烟气进行余热回收再利用，余热利用装置回收的热量目前主要用于以下几个方面：1.冬季加热热网水、增大供热面积；2.加热汽机侧凝结水；3.加热烟囱入口烟气，起到消除白烟的作用；4.加热锅炉一次风、二次风。
余热利用装置主要安装在电厂锅炉空预器后和电除尘器前的之间烟道上，作为燃煤电厂锅炉空预器出口、电除尘器入口烟道上的换热设备，它的主要作用:1.降低锅炉排烟温度，回收烟气热量，提高锅炉效率；2.降低粉尘比电阻和实际烟气量，提高除尘效率；3.降低脱硫补水；4.降低脱硫吸收塔出口粉尘浓度，实现电厂超低排放。
目前余热利用装置大多布置在空预器出口和电除尘器入口之间的水平烟道上，根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》及工程经验，为防止此水平段烟道积灰，同时为防止余热利用装置换热管磨损严重；因此，在设计烟道时，此段烟道的烟气流速按9m/s左右进行设计。
目前我国大部分电厂锅炉机组运行负荷较低，因此，烟道中烟气流速低于设计值(9m/s)，烟气携带飞灰能力减弱，导致此水平段积灰严重，直接影响锅炉的经济性和安全性。到目前为止，对于烟气余热利用装置低负荷积灰严重问题一直没有较为合理的解决方案。
针对上述问题，以往的做法主要是：在余热利用装置水平烟道底部安装灰斗及输灰系统；即在低负荷运行时，由于烟气流速较低，烟气携带飞灰能力大大减弱，烟气通过余热利用装置时，飞灰落入灰斗，经仓泵等辅助设备将飞灰输送到指定位置，从而解决余热利用装置处由于锅炉机组低负荷运行时造成的积灰问题。该系统主要设备有：仓泵、空压机、空气压缩罐、气化风机、卸灰系统、灰斗加热器、蒸汽系统等组成；系统相对复杂，成本较高且占地面积较大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，本发明清灰装置结构简单合理，能够有效减少锅炉机组低负荷运行时余热利用装置区域烟道内部的积灰，本发明还提供了一种清灰装置的运行方法，根据锅炉负荷信号的变化调节支管阀门的启闭从而实现对余热利用装置所在烟道内部的吹扫，通过启闭支管阀门的方式，来调节烟气的扰流，进而以提高烟气的携灰能力。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，余热利用装置包括多个换热器模块；所述清灰装置包括清灰母管、阀门组和清灰管组，清灰管组与清灰母管连接，清灰管组包括至少N个清灰支管，N个清灰支管沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置，N为非零正整数，阀门组包括母管总阀和M个支管阀门，M等于N，母管总阀设置在清灰母管上，支管阀门设置在清灰支管上，换热器模块的前方位置、后方位置及各换热器模块之间的位置处均设置有所述清灰支管。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述清灰支管上设置有至少1个清灰喷嘴；支管阀门为电动阀门或手动阀门。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述清灰管组包括至少2个清灰支管，相邻两个清灰支管之间的距离为n，且n≦1000mm。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述清灰支管上设置有7个清灰喷嘴，相邻两个清灰喷嘴之间的距离为a，a为500mm～1000mm。
由于吹扫介质从清灰喷嘴喷出后的有效吹扫距离约为1.5m，因此为保证吹扫效果，最大不宜超过1m；如果间距较小又会造成资源的浪费。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述清灰喷嘴为拉瓦尔喷嘴；清灰喷嘴的中心线与水平面之间的夹角为α，α为30°～60°；清灰喷嘴的扩口角度为β，β为15°～45°。
β的取值为15°～45°主要为了保证吹扫区域；如果β取值过小会导致吹扫区域较小，且造成吹扫介质流速较大，对设备造成磨损；如果β取值过大，虽然吹扫区域有所增加，但是介质流速过小，不能起到吹扫效果。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述清灰支管中所用吹扫介质为蒸汽，蒸汽从清灰喷嘴喷出与余热利用装置所在烟道底部接触，余热利用装置所在烟道底部被蒸汽接触的边界面包括长边界面和短边界面，短边界面与竖直面之间的夹角为γ，且γ≧15°。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述余热利用装置所在烟道包括水平入口烟道，水平入口烟道处设置有清灰管组的第1个清灰支管；
从第1个清灰支管上的清灰喷嘴喷出后的蒸汽与水平入口烟道底部内壁接触的短边界面与烟气入口过渡段烟道截面之间的距离为x，x≧100mm。
由于烟气入口过渡段烟道截面之前的烟道截面较小，气流流速较大，基本不会出现积灰会的情况；烟气入口过渡段烟道截面之后的烟道截面较大，气流流速较小，易积灰；理论上只要保证x≥0即可，但是为保证吹扫效果，留一定的距离。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述长边界面的长度为L，且L≦1500mm。
前述的这种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置中，所述蒸汽从第N个清灰支管上的清灰喷嘴喷出后与烟气出口过渡段烟道截面之间的距离为z，z≧100mm。
与前述x取值的原因相同，烟气通过烟气出口过渡段烟道截面后，烟气流速变大，能够携带走飞灰，因此烟气出口过渡段烟道截面后不需要吹扫，但是为保证烟气出口过渡段烟道截面处不积灰，因此留一定的距离。
一种清灰装置的运行方法，包括如下内容：
根据锅炉负荷信号的变化来调节清灰支管上支管阀门的开启和关闭，从而控制支管阀门的开启时间和关闭时间；
余热利用装置低负荷运行时，使清灰支管上的支管阀门保持常开状态；
由于当锅炉负荷变低后，烟气流速也会随之降低，为防止积灰，
当锅炉负荷低于满负荷75％时，开启支管阀门，使吹扫介质经清灰支管和清灰喷嘴进入到余热利用装置所在烟道内，通过吹扫介质的扰动作用，增强沉积飞灰的扰动能力，同时在沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置的N个清灰支管的共同作用下，使飞灰沿气流方向重新扬起，直至飞灰通过第N个清灰支管后离开余热利用装置所在的烟道区域。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明的清灰装置，通过在余热利用装置所在烟道内设置清灰装置，能够有效减少锅炉机组低负荷运行时余热利用装置所在烟道内的积灰，提高余热利用装置段烟道流场的均匀性。本发明清灰装置结构和工艺简单、结构和工艺简单、改造工程量小，成本低，改造周期短。
2、本发明的清灰装置的运行方法，通过余热利用装置所在烟道中锅炉负荷信号的变化来调节清灰支管上支管阀门的开启和关闭，从而控制清灰支管上支管阀门的开启时间和关闭时间，保证了在锅炉负荷较低时，可以通过调节清灰支管上支管阀门的启闭，来增强烟气的扰流，进而起到清除烟道积灰的作用，进而可有效降低锅炉机组的阻力损失，降低烟气的能量损失，强化换热器模块的换热效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。在附图中：
图1为本发明清灰装置的结构示意图；
图2为本发明清灰装置的俯视图；
图3为本发明中设置有清灰喷嘴的清灰支管的结构示意图；
图4为图3中的A-A视图；
图5为本发明的清灰喷嘴的示意图。
附图标记：1-水平入口烟道，2-烟气入口过渡段烟道截面，3-清灰喷嘴的中心线，4-换热器模块，5-清灰支管，6-短边界面，7-长边界面，8-烟气出口过渡段烟道截面，9-第N个清灰支管，10-第1个清灰支管，11-清灰母管，12-母管总阀，13-支管阀门，14-水平面，15-清灰喷嘴，16-竖直面。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
为了是本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的实施例1：一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，余热利用装置包括多个换热器模块4；所述清灰装置包括清灰母管11、阀门组和清灰管组，所述清灰管组与清灰母管11连接，所述清灰管组包括至少N个清灰支管5，N个清灰支管沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置，N为非零正整数，所述阀门组包括母管总阀12和M个支管阀门13，M等于N，所述母管总阀12设置在清灰母管11上，所述支管阀门13设置在清灰支管5上，所述换热器模块4的前方位置、后方位置及各换热器模块4之间的位置处均设置有所述清灰支管5。
本发明的实施例2：一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，余热利用装置包括多个换热器模块4；所述清灰装置包括清灰母管11、阀门组和清灰管组，所述清灰管组与清灰母管11连接，所述清灰管组包括至少N个清灰支管5，N个清灰支管沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置，N为非零正整数，所述阀门组包括母管总阀12和M个支管阀门13，M等于N，所述母管总阀12设置在清灰母管11上，所述支管阀门13设置在清灰支管5上，所述换热器模块4的前方位置、后方位置及各换热器模块4之间的位置处均设置有所述清灰支管5。
具体的，清灰管组包括7个清灰支管5，相邻两个清灰支管5之间的距离为n，且n为1000mm。
具体的，清灰支管5上设置有6个清灰喷嘴15；所述支管阀门13为电动阀门，相邻两个清灰喷嘴15之间的距离为a，a为500mm。
本发明的实施例3：一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，余热利用装置包括多个换热器模块4；所述清灰装置包括清灰母管11、阀门组和清灰管组，所述清灰管组与清灰母管11连接，所述清灰管组包括至少N个清灰支管5，N个清灰支管沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置，N为非零正整数，所述阀门组包括母管总阀12和M个支管阀门13，M等于N，所述母管总阀12设置在清灰母管11上，所述支管阀门13设置在清灰支管5上，所述换热器模块4的前方位置、后方位置及各换热器模块4之间的位置处均设置有所述清灰支管5。
具体的，清灰管组包括8个清灰支管5，相邻两个清灰支管5之间的距离为n，且n为800mm。
具体的，清灰支管5上设置有5个清灰喷嘴15；所述支管阀门13为电动阀门，相邻两个清灰喷嘴15之间的距离为a，a为1000mm。
具体的，清灰喷嘴15为拉瓦尔喷嘴；所述清灰喷嘴的中心线3与水平面14之间的夹角为α，α为60°；所述清灰喷嘴15的扩口角度为β，β为30°。
进一步的，清灰支管5中所用吹扫介质为蒸汽，蒸汽从清灰喷嘴15喷出与余热利用装置所在烟道底部接触，所述余热利用装置所在烟道底部被蒸汽接触的边界面包括长边界面7和短边界面6，短边界面6与竖直面16之间的夹角为γ，且γ15°。
本发明的实施例4：一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，余热利用装置包括多个换热器模块4；所述清灰装置包括清灰母管11、阀门组和清灰管组，所述清灰管组与清灰母管11连接，所述清灰管组包括至少N个清灰支管5，N个清灰支管沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置，N为非零正整数，所述阀门组包括母管总阀12和M个支管阀门13，M等于N，所述母管总阀12设置在清灰母管11上，所述支管阀门13设置在清灰支管5上，所述换热器模块4的前方位置、后方位置及各换热器模块4之间的位置处均设置有所述清灰支管5。
具体的，清灰管组包括7个清灰支管5，相邻两个清灰支管5之间的距离为n，且n为500mm。
具体的，清灰支管5上设置有12个清灰喷嘴15；所述支管阀门13为电动阀门，相邻两个清灰喷嘴15之间的距离为a，a为500mm。
具体的，清灰喷嘴15为拉瓦尔喷嘴；所述清灰喷嘴的中心线3与水平面14之间的夹角为α，α为30°；所述清灰喷嘴15的扩口角度为β，β为15°。
进一步的，清灰支管5中所用吹扫介质为蒸汽，蒸汽从清灰喷嘴15喷出与余热利用装置所在烟道底部接触，所述余热利用装置所在烟道底部被蒸汽接触的边界面包括长边界面7和短边界面6，短边界面6与竖直面16之间的夹角为γ，且γ为52.5°。
余热利用装置所在烟道包括水平入口烟道1，水平入口烟道1处设置有清灰管组的第1个清灰支管10；从第1个清灰支管10上的清灰喷嘴喷出后的蒸汽与水平入口烟道1底部内壁接触的短边界面6与烟气入口过渡段烟道截面2之间的距离为x，x为100mm。
长边界面7的长度为L，且L为1500mm。
蒸汽从第N个清灰支管9上的清灰喷嘴喷出后与烟气出口过渡段烟道截面8之间的距离为z，为100mm。
本发明的实施例5：一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，余热利用装置包括多个换热器模块4；所述清灰装置包括清灰母管11、阀门组和清灰管组，所述清灰管组与清灰母管11连接，所述清灰管组包括至少N个清灰支管5，N个清灰支管沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置，N为非零正整数，所述阀门组包括母管总阀12和M个支管阀门13，M等于N，所述母管总阀12设置在清灰母管11上，所述支管阀门13设置在清灰支管5上，所述换热器模块4的前方位置、后方位置及各换热器模块4之间的位置处均设置有所述清灰支管5。
具体的，清灰管组包括12个清灰支管5，相邻两个清灰支管5之间的距离为n，且n为500mm。
具体的，清灰支管5上设置有11个清灰喷嘴15；所述支管阀门13为电动阀门，相邻两个清灰喷嘴15之间的距离为a，a为650mm。具体的，清灰喷嘴15为拉瓦尔喷嘴；所述清灰喷嘴的中心线3与水平面14之间的夹角为α，α为45°；所述清灰喷嘴15的扩口角度为β，β为30°。进一步的，清灰支管5中所用吹扫介质为蒸汽，蒸汽从清灰喷嘴15喷出与余热利用装置所在烟道底部接触，余热利用装置所在烟道底部被蒸汽接触的边界面包括长边界面7和短边界面6，短边界面6与竖直面16之间的夹角为γ，且γ为30°。
余热利用装置所在烟道包括水平入口烟道1，水平入口烟道1处设置有清灰管组的第1个清灰支管10；从第1个清灰支管10上的清灰喷嘴喷出后的蒸汽与水平入口烟道1底部内壁接触的短边界面6与烟气入口过渡段烟道截面2之间的距离为x，x为300mm。长边界面7的长度为L，且L为1000mm。蒸汽从第N个清灰支管9上的清灰喷嘴喷出后与烟气出口过渡段烟道截面8之间的距离为z，为200mm。
本发明实施例6：实施例1～5中清灰装置的运行方法，包括如下内容：根据锅炉负荷信号的变化来调节清灰支管上支管阀门的开启和关闭，从而控制所述支管阀门的开启时间和关闭时间，余热利用装置低负荷运行时，使清灰支管上的支管阀门保持常开状态；当锅炉负荷低于满负荷75％时，开启支管阀门，使吹扫介质经清灰支管和清灰喷嘴进入到余热利用装置所在烟道内，通过吹扫介质的扰动作用，增强沉积飞灰的扰动能力，同时在沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置的N个清灰支管的共同作用下，使飞灰沿气流方向重新扬起，直至飞灰通过第N个清灰支管后离开余热利用装置所在的烟道区域。
本发明清灰装置的工作原理：
如图1所示高温烟气离开空气预热器后，经过烟道90°弯头进入水平入口烟道1。
当进入到余热利用装置所在烟道中的烟气的流速降低时，开启清灰支管上的支管阀门对烟道内进行吹扫，强化烟气的扰流，使沉积在烟道底部的飞灰的流动能力增强，进而减少烟道积灰。
通过利用第N个清灰支管9和第N-1个清灰支管之间存在交叉的作用，当第1个清灰支管10上的支管阀门13开启后，由于吹扫介质(即蒸汽)的扰流作用，使飞灰沿气流方向向第2个清灰支管的方向流动；当飞灰流经第2个清灰支管时，在第2个清灰支管的作用下使飞灰沿气流方向再向第3个清灰支管流动，依次类推，直至飞灰流经第N个清灰支管9后离开烟气余热利用装置所在的烟道区域。
Claims (10)
1.一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述清灰装置安装在余热利用装置所在烟道区域，余热利用装置包括多个换热器模块(4)；所述清灰装置包括清灰母管(11)、阀门组和清灰管组，所述清灰管组与清灰母管(11)连接，所述清灰管组包括至少N个清灰支管(5)，N个清灰支管沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置，N为非零正整数，所述阀门组包括母管总阀(12)和M个支管阀门(13)，M等于N，所述母管总阀(12)设置在清灰母管(11)上，所述支管阀门(13)设置在清灰支管(5)上，所述换热器模块(4)的前方位置、后方位置及各换热器模块(4)之间的位置处均设置有所述清灰支管(5)。
2.根据权利要求1所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述清灰支管(5)上设置有至少1个清灰喷嘴(15)；所述支管阀门(13)为电动阀门或手动阀门。
3.根据权利要求1所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述清灰管组包括至少2个清灰支管(5)，相邻两个清灰支管(5)之间的距离为n，且n≦1000mm。
4.根据权利要求2所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述清灰支管(5)上设置有7个清灰喷嘴(15)，相邻两个清灰喷嘴(15)之间的距离为a，a为500mm～1000mm。
5.根据权利要求2或4所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述清灰喷嘴(15)为拉瓦尔喷嘴；所述清灰喷嘴的中心线(3)与水平面(14)之间的夹角为α，α为30°～60°；所述清灰喷嘴(15)的扩口角度为β，β为15°～45°。
6.根据权利要求2所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述清灰支管(5)中所用吹扫介质为蒸汽，蒸汽从清灰喷嘴(15)喷出与余热利用装置所在烟道底部接触，所述余热利用装置所在烟道底部被蒸汽接触的边界面包括长边界面(7)和短边界面(6)，短边界面(6)与竖直面(16)之间的夹角为γ，且γ≧15°。
7.根据权利要求6所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述余热利用装置所在烟道包括水平入口烟道(1)，水平入口烟道(1)处设置有清灰管组的第1个清灰支管(10)；
从第1个清灰支管(10)上的清灰喷嘴喷出后的蒸汽与水平入口烟道(1)底部内壁接触的短边界面(6)与烟气入口过渡段烟道截面(2)之间的距离为x，x≧100mm。
8.根据权利要求6所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述长边界面(7)的长度为L，且L≦1500mm。
9.根据权利要求6所述的一种用于火电厂烟气余热利用系统的清灰装置，其特征在于，所述蒸汽从第N个清灰支管(9)上的清灰喷嘴喷出后与烟气出口过渡段烟道截面(8)之间的距离为z，z≧100mm。
10.根据权利要求1～9中任一项权利要求所述的清灰装置的运行方法，其特征在于，包括如下内容：
根据锅炉负荷信号的变化来调节清灰支管上支管阀门的开启和关闭，从而控制所述支管阀门的开启时间和关闭时间；
余热利用装置低负荷运行时，使清灰支管上的支管阀门保持常开状态；
当锅炉负荷低于满负荷75％时，开启支管阀门，使吹扫介质经清灰支管和清灰喷嘴进入到余热利用装置所在烟道内，通过吹扫介质的扰动作用，增强沉积飞灰的扰动能力，同时在沿余热利用装置所在烟道内烟气气流的流动方向顺次设置的N个清灰支管的共同作用下，使飞灰沿气流方向重新扬起，直至飞灰通过第N个清灰支管后离开余热利用装置所在的烟道区域。
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