CN112503553A - 一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器及其工作方法 - Google Patents

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CN112503553A CN202011436317.1A CN202011436317A CN112503553A CN 112503553 A CN112503553 A CN 112503553A CN 202011436317 A CN202011436317 A CN 202011436317A CN 112503553 A CN112503553 A CN 112503553A
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黄亚继
蒋欣军
陈宏伟
何利军
刘晓东
周亚明
戴维葆
李偲
陈国庆
郭小钢
朱子豪
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Abstract

本发明涉及一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器及其工作方法，属于电站锅炉燃烧技术领域。包括吹灰器本体、电控箱和自动控制系统，所述吹灰器本体包括位于底部的机架和上方的罩板，所述机架和罩板前端设有大齿轮，所述大齿轮上还设有驱动销，所述大齿轮前端套接有前支承座，所述前支承座前端连接有墙箱，所述墙箱前端设有喷头，喷头端部设有喷嘴，所述机架和罩板之间形成空腔，在空腔的上部水平设置有导向管，所述导向管下方设置有螺纹管，所述螺纹管前端和大齿轮连接，所述螺纹管后端和凸轮之间传动连接，所述罩板后端底部还设有定位棘爪，所述定位棘爪和凸轮之间连接，所述凸轮后端还连有内管，所述内管和喷头连通。

Description

一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器及其工作方法，属于电站锅炉燃烧技术领域。
背景技术
目前，近年来，我国火电站锅炉污染物的排放标准更加趋于严格化，某新建燃煤发电厂NOx排放量降低到50mg/Nm3，为了实现火电厂污染物低排放量，改造后的低氮燃烧器广泛应用于火电站燃煤机组，从而造成了炉膛内水冷壁局部区域的强还原性氛围。煤炭中的黄铁矿在强还原性气氛下燃烧时，极易转化为腐蚀性极强的CO和H2S，CO可直接与水冷壁管壁氧化物发生腐蚀反应。在锅炉燃烧空气动力场作用下，H2S扩散至水冷壁与管壁表面氧化铁及内部金属基体反应生成硫化铁，氧浓度增加时，硫化铁与氧进一步反应生成强腐蚀性的单质硫。此外，H2S与氧反应生成SO2，当管壁附近再次交替为强还原性氛围时，H2S进一步与SO2反应生成强腐蚀性单质硫，穿透管壁表面氧化层，破坏管壁表面金属晶体间作用力，从而导致水冷壁出现严重的硫化物型腐蚀。查阅水冷壁高温腐蚀的状况研究，可知，管道越薄区域，积灰越严重，积灰不断累积将加快炉膛水冷壁受热面产生高温腐蚀的进程。水冷壁管道的减薄，会导致锅炉“爆管”事故，严重影响电厂的经济效益和安全运行。
现有贴壁风技术是预防水冷壁高温腐蚀的有效措施。通过将少量二次风从水冷壁近壁区域喷入炉膛，破坏该区域局部还原性气氛。在此原理基础上提出不少措施，如套管式喷头吹扫贴壁风吹灰装置，但依然存在着如下几个方面的问题：吹扫系统装置固定的内通水蒸气直径和外通压缩蒸汽直径，在锅炉负荷发生变化(锅炉内运行氧量瞬时减小)时，吹扫系统出口的水蒸气和压缩空气量不能及时准确地对锅炉内部安全燃烧所需的空气量做出反馈；套管式喷头安装不严密，在吹灰过程或贴壁风过程进行时，严重会使套管脱落，高温水蒸气吹灰介质通过缝隙进入贴壁风所流经管道，在进行贴壁风工作时，贴壁风介质和吹灰介质混为一起，均降低吹灰工作效率和贴壁风工作效率。另外，如果锅炉为正压工况，套管式喷头安装不严密，会使高温烟气通过套管缝隙流入套管 (外界)，不及时加密密封装置，直接影响锅炉燃烧安全运行；在水冷壁直接开孔进行贴壁风技术，开孔密封装置不严谨，炉膛内漏风量瞬间增大，空气系数偏高，直接影响锅炉内燃烧工况，导致NOx排放量增大，甚至不符合国家火电站污染物排放标准；采用侧边风方法改变贴壁处还原性气氛成分，容易使风量动压偏低，进而无法有效解决炉膛水冷壁高温腐蚀问题。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器及其工作方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器及其工作方法，该装置结构简单，密封性强，操作和安装便捷，安全系数高，系统可以根据炉膛的燃烧工况实时进行调节，实现了智能化吹灰和防治高温腐蚀的双重目的。
本发明的一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器，包括吹灰器本体、电控箱和自动控制系统，
所述吹灰器本体包括位于底部的机架和上方的罩板，所述机架和罩板前端设有大齿轮，所述大齿轮上还设有驱动销，所述大齿轮前端套接有前支承座，所述前支承座前端连接有墙箱，所述墙箱前端设有喷头，喷头端部设有喷嘴，所述机架和罩板之间形成空腔，在空腔的上部水平设置有导向管，所述导向管下方设置有螺纹管，所述螺纹管前端和大齿轮连接，所述螺纹管后端和凸轮之间传动连接，所述罩板后端底部还设有定位棘爪，所述定位棘爪和凸轮之间连接，所述凸轮后端还连有内管，所述内管和喷头连通；
所述吹灰器本体下方和鹅颈阀体连接，所述鹅颈阀体右端通过高温水蒸气阀门和内管之间连通，所述鹅颈阀体左端通过空气阀和喷头连通，所述鹅颈阀体顶端和启动臂连接。
进一步的，所述吹灰器本体后端通过减速箱和电控箱连接，所述电控箱上方还安装有电机，所述电机和减速箱之间电性连接。
进一步的，所述喷头两侧还对称设置有喷头固定阀，在喷头内部还设有轴间密封圈，所述喷头内壁上还设有内螺纹。
进一步的，所述喷嘴为4～12个，喷嘴安装角度范围为沿水平方向喷嘴底端倾斜3～5°。
进一步的，所述鹅颈阀体安装二位三通换向阀，高温水蒸气阀门工作设置为汽开，空气阀工作设置为汽关，给空气阀和高温水蒸气阀门进汽，吹灰工作完成，由于管道不通汽，空气阀可自动开启进入贴壁风工作。
一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器的工作方法，具体工作步骤为：
(1)开启高温水蒸气阀门，高温高压水蒸气进入内管，实现定期吹灰的目的；
(2)开启空气阀压缩空气进入内管，实现长期吹贴壁风的目的；
(3)高温水蒸气阀门控制吹扫介质水蒸气的流量，空气阀控制吹扫介质压缩空气的流量；
(4)电源开启，吹灰器本体启动，在各个轴连接下，大齿轮顺时针方向旋转，凸轮随螺纹管前移，凸轮法兰的卡向槽卡进导向管移动，防止螺纹管和凸轮的转动，当螺纹管达到前进极限位置，凸轮挣脱导向管，喷嘴、螺纹管和凸轮沿顺时针方向转动，吹灰过程开始；
(5)当凸轮开启高温水蒸气阀门后，按照电控箱内预定设置的吹灰圈数进行吹扫，吹扫完成后，若炉膛内水冷壁周围强还原性氛围较强烈，开启空气阀，同时闭合高温水蒸气阀门，二次风经鹅颈阀体一路管道流入内管，进行吹贴壁风工作，使水冷壁近壁周围被氧化性氛围包围，当水冷壁近壁处形成一层氧化性保护膜时，自动控制系统使电机反转，大齿轮，螺纹管和凸轮沿逆时针方向旋转，当凸轮法兰导向槽进入定位棘爪，高温水蒸气阀门关闭，定位棘爪阻止凸轮继续转动，使螺纹管和凸轮沿着导向管回到起始位置；
(7)螺纹管回到起始位置后，凸轮挣脱导向管逆时针旋转，螺纹管前端螺纹环阻止螺纹管继续后移，喷头退回轨迹与喷头进入炉膛时吹灰轨迹不同，当喷嘴接近炉墙，吹灰和吹贴壁风结束；
(8)电控箱位于吹灰器本体后端，电控箱内装有行程开关，通过改变大齿轮上驱动销位置，来改变吹扫的圈数和角度；
(9)自动控制系统以锅炉实时运行工况作为依据，通过对空气阀、高温水蒸气阀门的开合度和电机转速的调节，控制进入炉膛的吹灰介质量和吹贴壁风介质量，从而自动实现炉膛水冷壁高温腐蚀的预防以及炉膛水冷壁受热面积灰清扫。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器为携带二位三通阀的鹅颈阀体可吹灰可贴壁风一体式装置，鹅颈阀体将清扫积灰介质和贴壁风介质分为两路，且所属并联工作，清扫介质和贴壁风介质均可由同一内管向炉膛输送介质，减少了由于传统套管固定直径对压缩空气流量和水蒸气流量的限制；大大提高了吹灰装置对锅炉不同工况的适应力；从安装角度有效的避免了由于安装失误造成的套管脱落事故。炉膛受热面吹灰工作属于间歇类操作，在吹灰过程结束后，可及时进行贴壁风技术进行压缩空气喷射，贴壁风技术使水冷壁表面形成稳定的、高强度的氧化性气氛，减缓高温腐蚀速率，保护炉膛水冷壁，设备简单，安装简易，成本低廉，安全系数高。
(2)本发明的减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器系统为既可吹灰又可解决水冷壁高温腐蚀问题的两用系统，既可以清扫炉膛水冷壁受热面积灰结渣，也可以进行贴壁风工作避免炉膛内由于燃煤化学反应产生的腐蚀性气体侵蚀水冷壁，有效地避免了锅炉水冷壁高温腐蚀，其气密性好，投资成本经济，安全系数高，结构简单，加工容易，引入总空气风量小，对炉膛内火焰燃烧不会产生附加影响。
(3)本发明减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器喷嘴为4～8或者8～12个，喷嘴安装角度范围在3～5°，倾斜的喷嘴设计和多个喷嘴设计，大大增加了进入炉内进行清扫积灰的吹扫介质流量和防止锅炉受热面腐蚀的贴壁风介质流量，能使清扫介质和贴壁风介质更全方位的清扫锅炉受热面积灰和解决受热面局部区域无氧坏境造成的酸腐蚀问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器的整体结构示意图；
图2是本发明减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器中喷头的结构示意图；
其中，图中；
1、喷头；2、喷嘴；3、墙箱；4、前支承座；5、罩板；6、导向管；7、螺纹管；8、凸轮；9、电机；10、减速箱；11、电控箱；12、内管；13、高温水蒸气阀门；14、空气阀；15、大齿轮；16、驱动销；17、鹅颈阀体；18、定位棘爪；19、启动臂；20、自动控制系统；21、机架；101、喷头固定阀；102、轴间密封圈；103、内螺纹。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1和图2，本发明一较佳实施例所述的一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器，包括吹灰器本体、电控箱11和自动控制系统20，
所述吹灰器本体包括位于底部的机架21和上方的罩板5，所述机架21和罩板5前端设有大齿轮15，所述大齿轮15上还设有驱动销16，所述大齿轮15前端套接有前支承座4，所述前支承座4前端连接有墙箱3，所述墙箱3前端设有喷头1，喷头1端部设有喷嘴2，所述机架21和罩板5之间形成空腔，在空腔的上部水平设置有导向管6，所述导向管6下方设置有螺纹管7，所述螺纹管7 前端和大齿轮15连接，所述螺纹管7后端和凸轮8之间传动连接，所述罩板5 后端底部还设有定位棘爪18，所述定位棘爪18和凸轮8之间连接，所述凸轮8 后端还连有内管12，所述内管12和喷头1连通；
所述吹灰器本体后端通过减速箱10和电控箱11连接，所述电控箱11上方还安装有电机9，所述电机9和减速箱10之间电性连接；
所述吹灰器本体下方和鹅颈阀体17连接，所述鹅颈阀体17右端通过高温水蒸气阀门13和内管12之间连通，所述鹅颈阀体17左端通过空气阀14和喷头1连通，所述鹅颈阀体17顶端和启动臂19连接。
所述喷头1两侧还对称设置有喷头固定阀101，在喷头1内部还设有轴间密封圈102，所述喷头1内壁上还设有内螺纹103。
本发明的工作原理如下：
其中，开启高温水蒸气阀门13后，高温高压水蒸气进入内管12，实现定期吹灰的目的；
开启空气阀14后，压缩空气进入内管12，实现长期吹贴壁风的目的；
内管12一路通过鹅颈阀体17与高温水蒸气阀门13相接，再与再热器进口集箱相接，另一路通过鹅颈阀体17与空气阀14相接，再与二次风风箱相接；
高温水蒸气阀门13控制吹扫介质水蒸气的流量，空气阀14控制吹扫介质压缩空气的流量。
电源开启，吹灰器本体启动，在各个轴连接下，大齿轮15顺时针方向旋转，凸轮8随螺纹管7前移，凸轮8法兰的卡向槽卡进导向管6移动，防止螺纹管7 和凸轮8的转动，当螺纹管7达到前进极限位置，凸轮8挣脱导向管6，喷嘴2、螺纹管7和凸轮8沿顺时针方向转动，吹灰过程开始。
当凸轮8开启高温水蒸气阀门13后，按照电控箱11内预定设置的吹灰圈数进行吹扫，吹扫完成后，若炉膛内水冷壁周围强还原性氛围较强烈，开启空气阀14，同时闭合高温水蒸气阀门13，二次风经鹅颈阀体17一路管道流入内管12，进行吹贴壁风工作，使水冷壁近壁周围被氧化性氛围包围，当水冷壁近壁处形成一层氧化性保护膜时，自动控制系统20使电机9反转，大齿轮15，螺纹管7和凸轮8沿逆时针方向旋转，当凸轮8法兰导向槽进入定位棘爪18，高温水蒸气阀门13关闭，定位棘爪18阻止凸轮8继续转动，使螺纹管7和凸轮8 沿着导向管6回到起始位置。
螺纹管7回到起始位置后，凸轮8挣脱导向管6逆时针旋转，螺纹管7前端螺纹环阻止螺纹管7继续后移，喷头1退回轨迹与喷头1进入炉膛时吹灰轨迹不同，当喷嘴2接近炉墙，吹灰和吹贴壁风结束。喷头1可360°清扫积灰，螺旋管7前进速度达到400～500mm/min，吹灰枪前进速度250～300mm/min，吹灰行程250～280mm，喷嘴2流速大于30m/s，喷嘴2后倾角范围为3～5°。齿轮减速箱10和电机9置于鹅颈阀体17后侧，喷射系统工作时，喷头1被螺旋管7送入炉膛，进行吹灰工作和吹贴壁风工作。喷射系统非工作时，喷头1 及螺旋管7退回到原位置。
电控箱11位于吹灰器本体后端，电控箱11内装有行程开关，通过改变大齿轮15上驱动销16位置，来改变吹扫的圈数和角度。
自动控制系统20以锅炉实时运行工况作为依据，通过对空气阀14、高温水蒸气阀门13的开合度和电机9转速的调节，控制进入炉膛的吹灰介质量和吹贴壁风介质量，从而自动实现炉膛水冷壁高温腐蚀的预防以及炉膛水冷壁受热面积灰清扫。
本炉膛吹灰器既可以清扫炉膛水冷壁受热面积灰结渣，也可以进行贴壁风工作避免炉膛内由于燃煤化学反应产生的腐蚀性气体侵蚀水冷壁，有效地避免了锅炉水冷壁高温腐蚀，其核心元件是一个装有二位三通阀的鹅颈阀体17可吹灰可贴壁风一体式吹灰装置。吹灰工作时，电机9带动驱动装置，凸轮8随螺纹管7向前前移，使得喷头1到达指定吹灰位置，此时鹅颈阀体17和高温水蒸气阀13打开，空气阀14关闭，吹灰器进入吹灰积灰结渣工况，电控箱11可以按所需圈数吹扫。贴壁风工作时，鹅颈阀体17高温水蒸气阀13关闭，空气阀 14开启，喷头1以360°旋转角度进行喷射压缩空气介质，压缩空气持续性地通过设置的多个喷嘴2沿炉膛内壁喷出，在水冷壁壁面形成全包围扩散的贴壁风保护膜，从而改变了炉膛内局部区域水冷壁的强还原气氛，保证水冷壁周围处于氧化性气氛环境，避免锅炉高温腐蚀，延长水冷壁使用寿命。不需要贴壁风工况时，空气阀14关闭，切断贴壁风工况介质供给，喷头1缩回至在墙箱3 中的初始位置，避免喷嘴2处于炉膛内遭受来自炉膛高温煤粉气流的冲刷，延长该吹灰器喷嘴2使用寿命。
吹贴壁风工况时，制喷嘴2出口处的射流在40～45m/s之间。有足够的速度和流量穿透近壁处烟气层，并形成一层贴壁风保护膜，有效防止炉膛水冷壁高温腐蚀问题的发生，经鹅颈阀体17的空气阀14送往炉膛内的总贴壁风量约占二次风总量的0.5～4.0％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器，包括吹灰器本体、电控箱(11)和自动控制系统(20)，其特征在于：
所述吹灰器本体包括位于底部的机架(21)和上方的罩板(5)，所述机架(21)和罩板(5)前端设有大齿轮(15)，所述大齿轮(15)上还设有驱动销(16)，所述大齿轮(15)前端套接有前支承座(4)，所述前支承座(4)前端连接有墙箱(3)，所述墙箱(3)前端设有喷头(1)，喷头(1)端部设有喷嘴(2)，所述机架(21)和罩板(5)之间形成空腔，在空腔的上部水平设置有导向管(6)，所述导向管(6)下方设置有螺纹管(7)，所述螺纹管(7)前端和大齿轮(15)连接，所述螺纹管(7)后端和凸轮(8)之间传动连接，所述罩板(5)后端底部还设有定位棘爪(18)，所述定位棘爪(18)和凸轮(8)之间连接，所述凸轮(8)后端还连有内管(12)，所述内管(12)和喷头(1)连通；
所述吹灰器本体下方和鹅颈阀体(17)连接，所述鹅颈阀体(17)右端通过高温水蒸气阀门(13)和内管(12)之间连通，所述鹅颈阀体(17)左端通过空气阀(14)和喷头(1)连通，所述鹅颈阀体(17)顶端和启动臂(19)连接。
2.根据权利要求1所述的一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器，其特征在于：所述吹灰器本体后端通过减速箱(10)和电控箱(11)连接，所述电控箱(11)上方还安装有电机(9)，所述电机(9)和减速箱(10)之间电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器，其特征在于：所述喷头(1)两侧还对称设置有喷头固定阀(101)，在喷头(1)内部还设有轴间密封圈(102)，所述喷头(1)内壁上还设有内螺纹(103)。
4.根据权利要求1所述的一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器，其特征在于：所述喷嘴(2)为4～12个，喷嘴安装角度范围为沿水平方向喷嘴(2)底端倾斜3～5°。
5.根据权利要求1所述的一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器，其特征在于：所述鹅颈阀体(17)安装二位三通换向阀，高温水蒸气阀门(13)工作设置为汽开，空气阀(14)工作设置为汽关，给空气阀(14)和高温水蒸气阀门(13)进汽，吹灰工作完成，由于管道不通汽，空气阀(14)可自动开启进入贴壁风工作。
6.一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器的工作方法，其特征在于，具体工作步骤为：
S1、开启高温水蒸气阀门(13)，高温高压水蒸气进入内管(12)，实现定期吹灰的目的；
S2、开启空气阀(14)压缩空气进入内管(12)，实现长期吹贴壁风的目的；
S3、高温水蒸气阀门(13)控制吹扫介质水蒸气的流量，空气阀(14)控制吹扫介质压缩空气的流量；
S4、电源开启，吹灰器本体启动，在各个轴连接下，大齿轮(15)顺时针方向旋转，凸轮(8)随螺纹管(7)前移，凸轮(8)法兰的卡向槽卡进导向管(6)移动，防止螺纹管(7)和凸轮(8)的转动，当螺纹管(7)达到前进极限位置，凸轮(8)挣脱导向管(6)，喷嘴(2)、螺纹管(7)和凸轮(8)沿顺时针方向转动，吹灰过程开始；
S5、当凸轮(8)开启高温水蒸气阀门(13)后，按照电控箱(11)内预定设置的吹灰圈数进行吹扫，吹扫完成后，若炉膛内水冷壁周围强还原性氛围较强烈，开启空气阀(14)，同时闭合高温水蒸气阀门(13)，二次风经鹅颈阀体(17)一路管道流入内管(12)，进行吹贴壁风工作，使水冷壁近壁周围被氧化性氛围包围，当水冷壁近壁处形成一层氧化性保护膜时，自动控制系统(20)使电机(9)反转，大齿轮(15)，螺纹管(7)和凸轮(8)沿逆时针方向旋转，当凸轮(8)法兰导向槽进入定位棘爪(18)，高温水蒸气阀门(13)关闭，定位棘爪(18)阻止凸轮(8)继续转动，使螺纹管(7)和凸轮(8)沿着导向管(6)回到起始位置；
S6、螺纹管(7)回到起始位置后，凸轮(8)挣脱导向管(6)逆时针旋转，螺纹管(7)前端螺纹环阻止螺纹管(7)继续后移，喷头(1)退回轨迹与喷头(1)进入炉膛时吹灰轨迹不同，当喷嘴(2)接近炉墙，吹灰和吹贴壁风结束；
S7、电控箱(11)位于吹灰器本体后端，电控箱(11)内装有行程开关，通过改变大齿轮(15)上驱动销(16)位置，来改变吹扫的圈数和角度；
S8、自动控制系统(20)以锅炉实时运行工况作为依据，通过对空气阀(14)、高温水蒸气阀门(13)的开合度和电机(9)转速的调节，控制进入炉膛的吹灰介质量和吹贴壁风介质量，从而自动实现炉膛水冷壁高温腐蚀的预防以及炉膛水冷壁受热面积灰清扫。
CN202011436317.1A 2020-12-10 2020-12-10 一种减少水冷壁高温腐蚀的吹灰器及其工作方法 Pending CN112503553A (zh)

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