CN115654525A - 一种具有自适应泄压功能的变频脉冲爆震清灰结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种具有自适应泄压功能的变频脉冲爆震清灰装置，属于清洁领域；包括二级自适应泄压装置和爆震清灰结构；沿主流通道轴向方向依次将气流收束管、自适应回程弹簧、推力滚子轴承、二级泄压主体和二级泄压外壳定位连接；所述爆震清灰结构包括一一连通的一级泄压段、掺混段、点火段和带Shchelkin螺旋的爆震室。氧化剂经二级自适应泄压装置分流后，在掺混内筒的等径喉部处与燃料进行掺混，产生可爆混气，在点火系统调控下实现同时、分时点火形成爆燃火焰，经Shchelkin螺旋助爆获得稳定自持爆震波，利用爆震波进行清灰；爆震形成的同时产生向上游回传的高温高压燃气，经一级泄压段释放部分燃气后，剩余燃气汇入二级自适应泄压装置并推动其主体做螺旋上升运动，当二级泄压主体与二级泄压外壳的放气通道重合后，高压燃气排出，实现减流泄压，减小爆震反传对清灰装置正常工作的影响。

Description

一种具有自适应泄压功能的变频脉冲爆震清灰结构

技术领域

本发明属于清洁领域，具体涉及一种具有自适应泄压功能的变频脉冲爆震清灰装置。

背景技术

在锅炉运作时，由于焚烧燃料成分复杂，产生大量飞灰，灰分子和换热面及灰分子间存在表面张力、粘滞力、分子附着力、静电吸引力、化学力等多方面的作用力，使得飞灰在随烟气流动的过程中，在炉膛、烟道、过热器和省煤器的换热面上积灰、结焦，而灰热阻为金属热阻的400至1000倍，在锅炉工作一段时间后，壁面换热量降低30％～60％，排烟温度上升，大幅度降低了热效率(研究表明锅炉排烟温度每上升15～20℃，锅炉热效率下降1％)，另由于积灰分布不均，使得积灰件表面受热不一，容易产生局部过热点而发生热腐蚀，严重时发生爆管，造成严重的经济损失。积灰、结焦带来的高温腐蚀、烟道堵塞、爆管等问题，使得锅炉不能长期稳定运作，每3个月就需要停炉1周进行检修清灰，故而对锅炉清灰技术乃至在线清灰技术的研究发展，具有极为重要的意义。

为解决燃烧产物的积灰和结焦问题，人们一直在寻求各种办法，目前的清灰装置主要有机械振打器、蒸汽吹灰器、声波吹灰器和燃气激波吹灰器。机械振打即人工或机械设备撞击锅炉积灰面使得积灰脱离积灰壁面，但是也存在较为明显的缺点，一方面损伤积灰件壁面降低使用寿命，另一方面对于粘性积灰和结焦物无法实现有效扫除；蒸汽吹灰器同机械振打一样为早期清灰技术，其原理是将高温高压过热蒸汽通过文氏管膨胀加速形成高速蒸汽来吹扫受热面积灰，高温蒸汽可有效解决粘性积灰的问题，但当其遇到障碍物后清灰效果急剧下降，存在清灰死角，如换热器管束迎风面的清灰效果优于背风面；而声波吹灰器的优点在于声波具有较好的折射、绕射和叠加等特性，使得积灰件任意方位的积灰可得到有效清除，工作区域无死角，其利用声能量在积灰层的反复作用，当积灰达到疲劳极限时脱落，但声波吹灰器仅适用于松散性积灰，对结焦性、粘性积灰作用效果不明显，且频率单一的声波因多重反射而产生声场弱区，出现除灰弱区；燃气激波吹灰器是90年代中国科学院力学研究所开发的利用碳氢燃料爆燃或爆炸产生的强动能、热能和声能进行清灰的装置，但是高温射流在传出装置后存在时间极短，对积灰的热应力作用效果微弱，此外传统燃气激波吹灰器存在单工作周期时间长的问题，而爆炸是瞬时的，类似于声波清灰器的声至疲劳作用也并不存在，还会因结构设计不合理导致除灰效果不佳、部分设备空间利用率比较低(如：激波发生器)等问题。

脉冲爆震清灰装置是在传统燃气激波吹灰器之上发展而来的，但激波产生原理截然不同，其采用爆震(爆轰)燃烧模式，爆震波自爆震清灰装置传出后发生解耦，产生爆震冲击波和高温高压爆震燃气射流，爆震冲击波在积灰面上施加先压后拉的强作用力，使得积灰层因动能冲击而破碎脱离，且折射的压力波在积灰层内不断反射传递，在积灰层基底和壁面连接处产生横向剪切应力加速积灰断裂脱离；后于爆震冲击波喷出的高温高压高速燃气射流同样作用于积灰结焦面，在热应力的作用下粘结强度和疲劳强度降低，在同样具有高动能的燃气射流作用下破碎脱落；同时伴随爆震冲击波传播、激波传播衰减和热射流喷注(湍流噪声) 产生的强声波同样具有较优的清灰作用。

针对不同的积灰设备或同一积灰设备的不同类型积灰，往往需要不同强度的爆震冲击波及不同温度的燃气射流，故如何在有效规避传统清灰技术的缺点上，实现“按需清灰”的问题亟待解决。另外由于爆震独有的自增压燃烧特性，使得燃气压力将远高于来流压力，每次燃烧后都会有大量高温高压燃气倒流进氧化剂供给管道，严重阻碍了下一工作循环燃料与氧化剂的填充，增加单循环工作时间，进而减小爆震燃烧室的工作频率，降低清灰效率。

发明内容

要解决的技术问题：为了有效规避传统清灰技术的不足之处，并解决爆震清灰装置高频工作的燃气倒流问题，本发明提供一种具有自适应泄压功能的变频脉冲爆震清灰装置，装置内爆震室同时或分时工作的调频设计，有效解决了以往清灰技术的缺点，如声波清灰器的声场弱区、传统燃气激波吹灰器的单工作周期时间长等问题；通过多级自适应泄压装置解决了燃气倒流致使爆震清灰装置只能以较低的频率工作、清灰效果不佳的问题。

本发明的技术方案是：一种具有自适应泄压功能的变频脉冲爆震清灰装置，其特征在于：包括二级自适应泄压装置和爆震清灰结构；所述二级自适泄压装置包括主流通道、气流收束管、自适应回程弹簧、推力滚子轴承、二级泄压主体和二级泄压外壳；所述爆震清灰结构包括一一连通的一级泄压段、掺混段、点火段和带Shchelkin螺旋的爆震室；若干所述自适应回程弹簧周向均布在主流通道外凸台，其下游依次连接推力滚子轴承和二级泄压主体，二级泄压主体和二级泄压外壳开有相同尺寸的多个放气通道，二者通过肋和凹槽来实现契合连接；所述掺混段包括掺混内筒和掺混外壳；

本发明的进一步技术方案是：所述自适应回程弹簧依据所需回程弹簧力大小周向均布多个；

本发明的进一步技术方案是：所述自适应回程弹簧与二级泄压主体通过推力滚子轴承沿轴向定位连接；

本发明的进一步技术方案是：所述自适应回程弹簧存在长短外壁结构，长短外壁闭合时的轴向长度等于二级泄压主体由静止到上止点的运动距离；

本发明的进一步技术方案是：所述二级泄压主体和二级泄压外壳上开有尺寸相同、数量相同的4～8个放气通道，二级泄压主体外壁上的肋为螺旋柱结构，沿二级泄压外壳内壁螺旋凹槽上升的过程中，可依据放气通道个数不同，设计二级泄压主体旋转45°～90°；

本发明的进一步技术方案是：所述气流收束管的出口半径为主流通道半径的 0.3～0.5倍；

本发明的进一步技术方案是：所述一级泄压段含有弯管结构，泄压段内弯管的中轴线与爆震清灰结构中轴线重合，泄压段外管的中轴线与爆震清灰结构中轴线成90°～150°；

本发明的进一步技术方案是：所述一级泄压段内弯管为扩张结构，最大扩张面积低于爆震管横截面积的40％；

本发明的进一步技术方案是：所述掺混内筒内壁为收缩-等径-扩张结构，在等径喉部通道上开有4～8个0.8～2毫米燃气进孔，等径喉部所对应的外壁为凹槽型燃料储存结构；

本发明的进一步技术方案是：所述二级自适应泄压装置可连接3～6个周向并排布置的爆震清灰结构，可同时或分时工作。

有益效果：

本发明的有益效果在于：有效规避了机械振打器对积灰装置损伤、蒸汽吹灰器存在清灰死区、声波清灰器对粘性积灰清除能力差、传统燃气激波吹灰器的单工作周期时间长的问题；多管并行的设计有效解决传统燃气激波吹灰器的激波发生器体积过大、空间利用率不高的问题，2～6个爆震室周向排布所占体积与1个传统燃气激波吹灰器中激波发生器的体积相同；针对不同的清灰需求，在同一工作周期，脉冲爆震清灰装置有多个爆震室同时、分时工作，如单管20Hz工作，三管组合最高工作频率可达60Hz，多爆震室工作时序的排列组合，即可实现有效清灰，又不使装置冗余，浪费过多资源；多级自适应泄压结构有效的解决了高温高压燃气倒流致使爆震清灰装置工作频率不高、清灰效果不佳的问题。

单爆震清灰结构工作产生的高温高压倒流燃气经过一级泄压段后先行释放部分倒流燃气，减小倒流反压，余下倒流燃气汇入二级自适应泄压装置，90％汇合后的高压燃气推动二级泄压主体沿着二级泄压外壳上凹槽运动，自适应回程弹簧的外壁结构确定二级泄压主体运动的上止点，当二级泄压主体运动至上止点后与二级泄压外壳上放气通道完全重合，实现减流泄压的目的，减小爆震回传对清灰装置正常工作的影响。当燃气压力小于回程弹簧力后，二级泄压主体沿原路径返回，放气通道封闭，同时下一循环氧化剂依次经过主流通道和气流收束管后，直接或分流后进入爆震清灰结构，燃料依次通过掺混内筒喉部处的凹槽型燃料储存结构和燃料进孔与氧化剂在等径喉部通道完成掺混，进而可爆混气在点火段被点燃形成爆燃，经Shchelkin螺旋助爆获得稳定自持爆震波，利用爆震波进行清灰。

附图说明

图1：本发明实施实例剖面图；

图2：本发明的主流通道、气流收束管、自适应回程弹簧、推力滚子轴承和二级泄压主体组合体的四分之一剖视图；

图3：本发明的二级泄压外壳四分之一剖视图；

图4：本发明的一级泄压段剖视图；

图5：本发明的掺混内筒四分之一剖视图；

图6：本发明的实施实例结构图

附图标记说明：1—二级自适应泄压装置，2—爆震清灰结构，3—自适应回程弹簧，4—推力滚子轴承，5—二级泄压主体，6—二级泄压外壳，7—一级泄压段，8—掺混段，9—点火段，10—爆震室，11—掺混内筒，12—掺混外筒，13—气流收束管。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参见图1，本发明一种具有自适应泄压功能的多管脉冲爆震清灰装置包括二级自适应泄压装置1和爆震清灰结构2；所述二级自适泄压装置1包括主流通道、自适应回程弹簧3、推力滚子轴承4、二级泄压主体5、二级泄压外壳6和气流收束管13；所述爆震清灰结构2包括一一连通的一级泄压段7、掺混段8、点火段9和带Shchelkin螺旋的爆震室10；所述掺混段8包括掺混内筒11和掺混外筒12；

请参考图2和图3，所述主流通道外凸台下安装了8个周向均布的自适应回程弹簧3，与二级泄压主体5通过推力滚子轴承4沿轴向定位连接；下游的二级泄压主体5与二级泄压外壳6通过螺旋肋和螺旋凹槽来实现契合连接，二者均开有尺寸相同的6个放气通道；二级泄压主体5工作时螺旋上升60°后，其上放气通道与二级泄压外壳6上放气通道完全重合，自适应回程弹簧3的长短外壁闭合使其达到运动上止点；出口半径为0.4倍主流通道半径的气流收束管13通过螺纹固定在主流通道尾端。

请参考图4，所述一级泄压段7含有弯管结构，泄压段内弯管的中轴线与爆震清灰结构中轴线重合，泄压段外管的中轴线与爆震清灰结构中轴线成90°夹角，且为在较短时间有效降低回流总压，泄压段内弯管为扩张结构，增加放气流量。

请参考图5，所述掺混内筒11内壁为收缩-等径-扩张结构，在等径喉部通道上开有6个1毫米燃气进孔，等径喉部所对应的外壁为凹槽型燃料储存结构。

请参考图6，所述二级泄压装置1连接了3个周向并列布置的爆震清灰结构 2，形成完全的三管脉冲爆震清灰装置，单爆震清灰结构2工作产生的高温高压倒流燃气经过一级泄压段7后先行释放部分倒流燃气，减小倒流反压，余下倒流燃气汇入二级自适应泄压装置，90％汇合后的高压燃气推动二级泄压主体5沿着二级泄压外壳6上凹槽运动，自适应回程弹簧3的外壁结构确定二级泄压主体 5运动的上止点，当二级泄压主体5运动至上止点后与二级泄压外壳6上放气通道完全重合时，实现减流泄压的目的，减小爆震回传对清灰装置正常工作的影响。当燃气压力小于回程弹簧力后，二级泄压主体5沿原路径返回，放气通道封闭，同时下一循环氧化剂依次经过主流通道和气流收束管后，直接或分流后进入爆震清灰结构2，燃料依次通过掺混内筒11喉部处的倒梯形凹槽和燃料进孔与氧化剂在等径喉部通道完成掺混，进而可爆混气在点火段9被点燃形成爆燃，经 Shchelkin螺旋助爆获得稳定自持爆震波，利用爆震波进行清灰。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种具有自适应泄压功能的变频脉冲爆震清灰装置，其特征在于：包括二级自适应泄压装置和爆震清灰结构；所述二级自适泄压装置包括主流通道、自适应回程弹簧、推力滚子轴承、二级泄压主体、二级泄压外壳和气流收束管；所述爆震清灰结构包括一一连通的一级泄压段、掺混段、点火段和带Shchelkin螺旋的爆震室；

若干所述自适应回程弹簧周向均布于主流通道外凸台，其下游依次连接推力滚子轴承和二级泄压主体；二级泄压主体和二级泄压外壳开有相同尺寸的多个放气通道，二者通过(螺旋)肋和(螺旋)凹槽来实现契合连接；所述掺混段包括掺混内筒和掺混外壳。

2.根据权利要求1所述依据所需回程弹簧力大小周向均布多个自适应回程弹簧。

3.根据权利要求1所述自适应回程弹簧与二级泄压主体通过推力滚子轴承沿主流通道轴向定位连接。

4.根据权利要求1所述自适应回程弹簧存在长短外壁结构，长短外壁闭合时的轴向长度等于二级泄压主体由静止到上止点的运动距离。

5.根据权利要求1所述二级泄压主体和二级泄压外壳上开有尺寸相同、数量相同的4～8个放气通道，二级泄压主体外壁上的肋为螺旋柱结构，沿二级泄压外壳内壁螺旋凹槽上升的过程中，可依据放气通道个数不同，设计二级泄压主体旋转45°～90°。

6.根据权利要求1所述气流收束管的出口半径为主流通道半径的0.3～0.5倍。

7.根据权利要求1所述一级泄压段含有弯管结构，泄压段内弯管的中轴线与爆震清灰结构中轴线重合，泄压段外管的中轴线与爆震清灰结构中轴线成90°～150°。

8.根据权利要求8所述一级泄压段内弯管为扩张结构，最大扩张面积低于爆震室横截面积的40％。

9.根据权利要求1所述掺混内筒的内壁为收缩-等径-扩张结构，在等径喉部通道上开有4～8个0.8～2毫米燃气进孔，等径喉部所对应的外壁为凹槽型燃料储存结构。

10.根据权利要求1所述二级自适应泄压装置可连接3～6个周向并排布置的爆震清灰结构，可实现分时或同时点火。

Images