CN216047824U - 一种声波与热风联合防堵塞的空预器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种声波与热风联合防堵塞的空预器，所述空预器包括一次风分仓、二次风分仓和烟气分仓，所述烟气分仓的进烟气侧附近和二次风分仓上分别安装声波吹灰器，用于产生声波除灰；所述二次风分仓上安装与一次风分仓连通的高压热风吹灰器，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，用于防止硫酸氢铵结露。本实用新型可以有效去除空预器换热元件内的结垢、循环热风可以有效提高空预器冷端ABS的温度，避免了ABS的粘附和低温腐蚀。

Description

一种声波与热风联合防堵塞的空预器

技术领域

本实用新型涉及火电厂锅炉吹灰设备领域或者空气预热器吹灰领域，特别涉及一种声波与热风联合防堵塞的空预器。

背景技术

在电站锅炉的设计与应用中，为有效地清除受热面积灰，使受热面传热效果良好，在锅炉的受热面布置了不同形式、不同种类的吹灰器。吹灰器运行不正常和吹灰效果不好，是目前锅炉排烟温度高的主要原因。目前电站锅炉安装的吹灰设备主要是蒸汽吹灰器和声波吹灰器。蒸汽吹灰器为传统吹灰器，目前使用数量最多，由于结构和介质的特点，加上高温环境的影响，吹灰枪管易发生卡涩、失灵、漏汽等现象，设备故障率相对较高，要求维护水平较高。

常用的蒸汽吹灰器工作原理利用高温高压蒸汽流经连续变化的旋转喷头高速喷出，产生较大冲击力吹掉受热面上的积灰，随烟气带走，以达到清除积灰的目的。

电厂通常采用蒸汽吹灰、暖风器、声波吹灰器等方式解决上述问题。现有技术的锅炉空气预热器防堵装置，该锅炉空气预热器防堵装置安装于空气预热器内，在空预器上部增设了浮动网架，通过吊挂弹簧将浮动网架悬挂于空预器上部，空预器烟管内安装了除灰弹簧，除灰弹簧下端吊装了重锤，利用烟气扰动作用使浮动网架，除灰弹簧产生沉浮振动，将粘附在烟气管内粉煤灰不断刮除，以达到空气预热器防堵目的，但是NH₄HSO₄具有很强的粘性，刮除效果不理想，防堵效果较差。现有技术还采用的热一次风逆循环抑制ABS凝固堵塞的方法，虽一定程度缓解了ABS的粘附，但是对于空预器分仓内部的结垢仍然不能有效去除。

常用的声波吹灰器除垢过程中，声波对工作空间内产生两种作用。第一种是声波在固体中微小质量单元中振动时，在高强声压下，高强度声波能量将被灰渣颗粒吸收，使其灰渣表面发生形变、疏松、破碎。这个逐渐变化的过程是灰渣积累吸收声能的过程，一旦灰渣表面产生微小裂隙，声波便沿着裂隙将振动状态传入灰渣内部，进而发生结渣颗粒与受热面剥离的现象。第二种效果使附着在换热元件表面的灰垢被来回地推拉，使其不断地压缩和伸张，因为声波对表面灰垢的反复作用，每秒钟达数十次到数百次，使其产生吻合效应而断裂，并逐步松动、脱落而易于被风烟带走从而达到吹灰除垢的目的。

空气预热器目前通常采用蒸汽吹灰器和声波吹灰器的吹灰方式。由于锅炉脱硝装置投用后，氨逃逸问题难以得到有效的解决。逃逸的氨与SO₃生成硫酸氢铵在空预器内结露从而使空预器差压难以得到有效解决。

燃煤电厂的煤粉燃烧产生的烟气中含有SO₃，它是从SO₂转化而来，其转化率一般为炉膛内1％，SCR装置内1-2％。SO₃会和SCR装置内NH₃反应生成硫酸氢铵(ABS)，反应式如下：

NH₃+SO₃+H₂O→(NH₄)HSO₄

当SCR装置的脱硝效率不能满足排放要求时，电厂一般会采用增大喷氨量的方式来降低NOx含量。但增大喷氨量后(超过3ppm)必然导致SCR装置中氨逃逸率的上升。

NH₃会与烟气中的SO₃和H₂O反应生成ABS凝结在下游的空气预热器装置内，ABS凝结后为强酸性能腐蚀空预器换热元件，且具有粘性能粘结烟气中的飞灰堵塞换热元件通道。

锅炉燃煤特性设计问题、蒸汽暖风期泄漏问题、吹灰蒸汽阀门不严问题等均会造成空预器的堵灰现象，但是氨逃逸加剧了堵灰进程。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种声波与热风联合防堵塞的空预器，可以有效去除空预器换热元件内的结垢、循环热风可以有效提高空预器冷端ABS的温度，避免了ABS的粘附和低温腐蚀。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种声波与热风联合防堵塞的空预器，所述空预器包括一次风分仓、二次风分仓和烟气分仓，所述烟气分仓的进烟气侧附近和二次风分仓上分别安装声波吹灰器，用于产生声波除灰；所述二次风分仓上安装与一次风分仓连通的高压热风吹灰器，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，用于防止硫酸氢铵结露。

进一步，所述声波吹灰器为可调频高声强声波吹灰器。

进一步，所述高压热风吹灰器包括外管、内管、行走机构、托架和喷嘴；所述内管一端与空气预热器的一次风分仓连通，所述内管另一端位于外管内；所述外管通过托架滑动支撑在空气预热器上，所述外管密封安装在内管外，所述外管一端安装行走机构，用于使外管沿内管轴向移动；所述外管另一端位于空气预热器的二次风分仓内部，位于空气预热器的二次风分仓内部的所述外管上设有若干喷嘴，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，用于防止硫酸氢铵结露。

进一步，所述外管的喷嘴对准二次风分仓内的冷端。

进一步，所述外管与内管之间设有填料密封。

进一步，所述内管直径Φ70～Φ105mm；所述外管直径Φ89～Φ127mm。

进一步，所述喷嘴的出口为矩形；所述喷嘴进口与外管连通，所述喷嘴进口与喷嘴的出口通过渐缩过渡管连通。

进一步，所述喷嘴的矩形出口长度为200mm～400mm，所述喷嘴的矩形出口长度为10mm～20mm。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，利用高温热解的方式清除蓄热元件表面的酸液和积灰。硫酸氢铵在热风作用下瞬间气化或变成更细小的液滴。随着热风吹灰器的逐渐推进和空预器转子的转动，可以将转子上的每个角落都被逐次加热，蓄热元件的硫酸氢铵即被完全加热而易于被烟气或带走或易于被吹灰装置清除。通过循环往复的作用，空预器换热元件压差将保持在一个较低的水平。

2.本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，利用空气预热器一次风分仓的压力远大于二次风分仓的压力，通过热风吹灰器将热一次风喷射入二次风冷端从而不额外增加增压风机而简化吹灰器系统设计。热风喷口的设计有利于延长热风对二次风冷端元件的加热时间。该系统拟抽取的热一次风不大于其总量的5％，不影响一次风系统的正常运行。

3.本实用新型所述的高压热风吹灰器，能够有效降低或维持空气预热器的差压，从而提高空预器换热效率，降低排烟温度。

4.本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，能够有效降低或维持空气预热器的差压，从而能够降低锅炉机组的风机电耗，降低厂用电率。

5.本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，能够有效降低或维持空气预热器的差压，从而提高了机组运行的安全性、可靠性。

6.本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，能够有效降低或维持空气预热器的差压，从而在节能减排方面起到非常显的效果，完全符合当前的节能减排环保政策，能够为碳达峰、碳中和的远景目标助力。

7.本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，将高强变频声波与高压热风吹灰器联合，用热风软化或液化硫酸氢铵，利用声波吹灰器发出的声波使软化或液化硫酸氢铵更易于被去除。本实用新型克服了现有防堵技术不彻底、改造工艺复杂、成本高等缺点，通过声波与热风循环耦合有效防止空预器堵塞、低温腐蚀的问题。

附图说明

图1为本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器示意图。

图2为本实用新型所述的高压热风吹灰器示意图。

图3为本实用新型所述的高压热风吹灰器三维图。

图4为本实用新型所述的外管和内管装配示意图。

图5为本实用新型所述的喷嘴示意图。

图中：

1-空预器；2-第一声波吹灰器；3-第二声波吹灰器；4-高压热风吹灰器；4-1-大梁；4-2-外管；4-3-喷嘴；4-4-内管；4-5-行走机构；4-6-托架；4-7-螺栓；4-8-压盖；4-9-填料室；4-10-填料；5-抽风管道。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，所述空预器1包括一次风分仓、二次风分仓和烟气分仓，所述烟气分仓的进烟气侧附近安装第一声波吹灰器2，所述二次风分仓下部安装第二声波吹灰器3，第一声波吹灰器2和第二声波吹灰器3产生声波，通过上下声波辐射，利用空预器1本身旋转实现对换热元件内部进行除垢、清灰；可调频声波在空预器内声场分布均匀，无死角。所述第一声波吹灰器2和第二声波吹灰器3均可产生发射高声强声波，高声强声波是一种机械波，空气中的声波使空气分子产生振动，在边界层振动的空气分子带动相邻的介质分子振动，并产生两种效果，一种是声能透射到相邻介质中使介质中形成固体声波，另一种由于空气分子与相邻介质分子之间的粘滞力，声波相当于施加给相邻介质一个作用力，使表面介质分子被声波来回推拉。若吹灰频率与灰垢共振频率一致，将会产生谐振效应，这两种效果将使除灰作用更加明显。同时声波通过指数型喇叭传入空预器中，利用空预器1本身旋转，实现对空预器1的换热元件进行除垢解堵。所述第一声波吹灰器2和第二声波吹灰器3为可调频高声强声波吹灰器。可调频高声强声波吹灰器的声波频率可以在20～8000Hz，声波吹灰器通过喇叭结构使出口处声压级可以在150～190dB；空预器1内部在不同频率下的声压级可以在140dB～190dB，有效除垢距离大于15m。

所述二次风分仓上安装与一次风分仓连通的高压热风吹灰器4，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，用于防止硫酸氢铵结露。如图2和图3所示，所述高压热风吹灰器4包括外管4-2、内管4-4、行走机构4-5、托架4-6和喷嘴4-3；所述内管4-4一端与空气预热器的一次风分仓通过抽风管道5连通，所述内管4-4另一端位于外管4-2内；所述外管4-2通过托架4-6支撑在空气预热器的大梁4-1上，托架4-6上通过滚轮支撑外管4-2。所述外管4-2密封安装在内管4-4外，所述外管4-2一端安装行走机构4-5，用于使外管4-2沿内管4-4轴向移动；所述外管4-2另一端位于空气预热器的二次风分仓内部，位于空气预热器的二次风分仓内部的所述外管4-2上设有若干喷嘴4-3，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，用于防止硫酸氢铵结露。所述外管4-2的喷嘴4-3对准二次风分仓内的冷端。所述内管4-4直径Φ70～Φ105mm；所述外管4-2直径Φ89～Φ127mm。

工作原理：本实用新型所述的高压热风吹灰器一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓侧下部，利用一次风分仓内300～400℃热次风将已结露的硫酸氢铵加热至150℃～190℃以上，使换热元件局部得到加热。通过行走机构4-5使外管4-2在二次风分仓内部移动，使二次风分仓冷端均能得到依次加热，提高其冷端温度，使其温度在某个短暂时间内高于硫酸氢氨结露温度，从而在该时间段内使结露的硫酸氢铵气化而被风带走，或者在烟气分仓内被烟气带走，最终减少因酸氢氨结露粘附而引起的堵塞。本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器是实时以“高温热解”和“声波谐振”的方式清除蓄热元件表面的酸液和积灰。硫酸氢铵在热风作用下瞬间气化或变成更细小的液滴，声波的作用灰分包裹的液滴加速流动而易于被风或烟气带走。随着热风吹灰器的逐渐推进和空预器转子的转动，可以将转子上的每个角落都被逐次加热并施加高强声场作用，蓄热元件即被完整清洁一遍。通过循环往复的作用，空预器换热元件压差将保持在一个较低的水平。

本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器的优势还在于：使用更易于生产和安装的高压热风吹灰器，先点后面依次加热空预器二次风冷底部，用最少热风实现空预器底部全面积加热，能耗少，节能效益明显。声波吹灰器与高压热风吹灰器协同运行，以热风软化或液化硫酸氢铵结露，以高强变频声波裂化或松动空预器上的结垢，最终使硫酸氢铵及灰垢杂物减量化，未液化或气化的硫酸氢铵及灰垢杂物分裂为小颗粒而被风或烟气带走，保持了空预器清洁。

所述行走机构4-5包括箱体、行走滚轮、导向滚轮、减速电机和齿轮，所述行走滚轮固定在箱体上，导向滚轮固定在行走滚轮下方的箱体上，所述行走滚轮和导向滚轮均与大梁滚动副接触。所述减速电机安装在箱体上，减速电机输出轴上的齿轮与大梁上的齿条啮合，实现箱体的轴向移动，所述箱体与外管4-2连接，使外管4-2轴向移动。大梁上设有限位开关，用于控制外管4-2的行程。

所述内管4-4一端与空气预热器的一次风分仓之间设有气动球阀，通过改变气动球阀开度控制内管4-4内气体工作压力为0.4～0.7MPa。当吹扫结束，外管4-2退回到起喷位置的时候，气动球阀关闭。

如图4所示，所述外管4-2与内管4-4之间设有填料室4-9，所述填料室4-9内安装填料4-10，所述填料4-10通过压盖4-8压紧，并通过螺栓4-7使压盖4-8与外管4-2连接。

如图5所示，所述喷嘴4-3的出口为矩形；所述喷嘴4-3进口与外管4-2连通，所述喷嘴4-3进口与喷嘴4-3的出口通过渐缩过渡管连通。所述喷嘴4-3的矩形出口长度为200mm～400mm，所述喷嘴4-3的矩形出口长度为10mm～20mm。

为了更好的发挥本方法的优势，本实用新型可以应用于包括但不限于300MW、600MW和1000MW负荷机组的空预器、三分仓空预器、四分仓空预器的防堵与除垢。

下面用三分仓回转式空气预热器举例说明：

本实施例为本实用新型所述的声波与热风联合防堵塞的空预器在北方某热电厂的应用，其中空预器为三分仓回转式空气预热器，空气预热的负荷为300MW机组，转子直径为12000mm，转子的旋转方向：烟气→一次风→二次风，烟气分仓流通角度为165°，二次风分仓流通角度为100°，一次风分仓流通角度为80°，烟气量为113万m³/h，烟气入口温度为376℃；一次风量为20万m³/h，一次风入口温度为25℃；二次风量为45万m³/h，二次风入口温度为25℃；一次风抽取风量循环风量为5％的一次风量，风量为1万m³/h，高压热风吹灰器4将温度为330℃一次风喷射进入二次风底部，高温烟气对空预器1的换热元件二次风底部进行局部加热至150℃～190℃，利用空预器1自转，对空预器1各个换热元件全面积进行有效加热，从而阻止了NH₄HSO₄的凝结，避免了冷端温度过低造成低温腐蚀严重的问题；同时位于烟气分仓的第一声波吹灰器2，从空预器烟气方向向空预器内辐射声波；同时位于二次风分仓下端的第二声波吹灰器3，发出的声波通过喇叭形进气罩进入空预器内，利用空预器自转，对空预器各个换热元件进行有效除垢，清灰。通过改造使空预器差压长期保持在设计值，同时使空预器的漏风率下降80％以上；取消蒸汽吹灰器投行，从而大大增加了换热元件的使用寿命。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种声波与热风联合防堵塞的空预器，所述空预器(1)包括一次风分仓、二次风分仓和烟气分仓，其特征在于，所述烟气分仓的进烟气侧附近和二次风分仓上分别安装声波吹灰器(2、3)，用于产生声波除灰；

所述二次风分仓上安装与一次风分仓连通的高压热风吹灰器(4)，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，用于防止硫酸氢铵结露。

2.根据权利要求1所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，其特征在于，所述声波吹灰器(2、3)为可调频高声强声波吹灰器。

3.根据权利要求1所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，其特征在于，所述高压热风吹灰器(4)包括外管(4-2)、内管(4-4)、行走机构(4-5)、托架(4-6)和喷嘴(4-3)；

所述内管(4-4)一端与空气预热器的一次风分仓连通，所述内管(4-4)另一端位于外管(4-2)内；所述外管(4-2)通过托架(4-6)支撑在空气预热器上，所述外管(4-2)密封安装在内管(4-4)外，所述外管(4-2)一端安装行走机构(4-5)，用于使外管(4-2)沿内管(4-4)轴向移动；所述外管(4-2)另一端位于空气预热器的二次风分仓内部，位于空气预热器的二次风分仓内部的所述外管(4-2)上设有若干喷嘴(4-3)，通过将一次风分仓内高压热风喷射进入二次风分仓下部，用于防止硫酸氢铵结露。

4.根据权利要求3所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，其特征在于，所述外管(4-2)的喷嘴(4-3)对准二次风分仓内的冷端。

5.根据权利要求3所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，其特征在于，所述外管(4-2)与内管(4-4)之间设有填料密封。

6.根据权利要求3所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，其特征在于，所述内管(4-4)直径为Φ70～Φ105mm；所述外管(4-2)直径为Φ89～Φ127mm。

7.根据权利要求3所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，其特征在于，所述喷嘴(4-3)的出口为矩形；所述喷嘴(4-3)进口与外管(4-2)连通，所述喷嘴(4-3)进口与喷嘴(4-3)的出口通过渐缩过渡管连通。

8.根据权利要求3所述的声波与热风联合防堵塞的空预器，其特征在于，所述喷嘴(4-3)的矩形出口长度为200mm～400mm，所述喷嘴(4-3)的矩形出口长度为10mm～20mm。

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