一種防止火電鍋爐快速結焦積灰的方法和裝置製造方法
2023-06-01 11:10:16
一種防止火電鍋爐快速結焦積灰的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，其特徵在於，沿鍋爐受熱面貼壁吹入具有一定動量的流動氣體，以在鍋爐受熱面貼壁流動而形成貼近受熱面的氣體邊界層，從而改變原有氣體邊界層的速度和組成成分，避免熔融礦物質與受熱面接觸，使其不易附著在受熱面上，實現對火電鍋爐受熱面結焦積灰的抑制；且氣體邊界層外可以根據需要增設氣體保護層；氣體的流動方向可以是豎直的、水平的、斜向下的或斜向上的。本發明還公開了一種防止鍋爐受熱面結焦積灰的邊界層氣體發生裝置。本發明的方法和裝置可以保證所形成氣體邊界層能夠有效形成保護，而且，將淨化後的含有大量CO2的煙氣引回爐膛，還可抑制NOx生成，增加對流受熱面的換熱係數，控制受熱面的腐蝕。
【專利說明】一種防止火電鍋爐快速結焦積灰的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於鍋爐的結焦和積灰控制【技術領域】，具體涉及一種防止鍋爐受熱面結焦積灰的方法和裝置，適用於防止燃用新疆準東煤、生物質、奧裡油等含有高鹼、重金屬或高度易揮發礦物質燃料的鍋爐受熱面快速結焦積灰。
【背景技術】
[0002]我國的能源結構的現狀，決定了火力發電是我國能源供應的主要方式。然而，火力發電的鍋爐運行過程中，燃燒產生的煙氣中含有大量硫化物、硫氧化物、氮氧化物和鹼金屬氧化物，形成灰顆粒，當爐內某部分煙氣停滯不動或原地迴旋時，其攜帶的熔融態的灰顆粒在鍋爐的水冷壁等輻射受熱面上發生冷凝，形成結焦；而在過熱器、省煤器等對流受熱面上，灰沉積物的積聚會產生積灰，尤其是酸性菸灰的冷凝還會發生黏性較大的積灰。這使得鍋爐熱效率下降，嚴重時還將影響鍋爐運行安全。
[0003]尤其是近年來，電力產業加強了對新疆準東煤、生物質以及奧裡油等能源的開發利用，準東煤具有高水分、低灰熔點、高鹼含量等特點，生物質含有較高鹼金屬氧化物和鹽類；奧裡油添加的抑釩劑使燃燒生成的飛灰顆粒細、軟化點低、粘附性強，這些能源存在的特點會對鍋爐性能產生影響，例如會使不易脫落的黏結性結焦和積灰增多，極大影響了鍋爐的經濟和安全運行。
[0004]鍋爐的結焦和積灰是一個複雜的物理化學過程，涉及燃料特性、燃燒工況、燃燒產物構成及相變特性、灰粒子的運動特性、燃燒產物與受熱面間的粘附特性等。目前，對於鍋爐受熱面結渣積灰問題，一般從改善燃料條件和優化鍋爐運行方面進行控制預防，並定期運用吹灰器清潔受熱面。然而，受到燃料特性和鍋爐設計限制，加上實際運行情況通常極為複雜，對爐膛優化和對運行參數的調節並不能阻止灰顆粒與受熱面的接觸，預防效果是有限的。對於吹灰器清潔受熱面這一方式，目前電廠使用的大部分吹灰器基本上都是採用的高壓射流，其通過受熱面採用高壓射流方式進行清潔，區別在於介質的不同，有空氣、蒸汽、水等等，但是該方案中對受熱面的高壓射流(空氣、水或蒸汽)吹灰為點觸式，存在吹掃盲區，吹灰不徹底，頻繁使用還容易對吹掃對象造成磨損發生事故，如水冷壁減薄爆管等。因此，上述方案也不能從根本上解決鍋爐受熱面的結焦和積灰問題。
[0005]中國專利CN102445088A公開了一種防止餘熱鍋爐頂部受熱面結渣的方法，該方案具體是在隧道式餘熱鍋爐煙氣入口的上部且靠近輻射段頂部設置一排氣流入口，由此噴入具有一定質量與速度的氣流，從而在餘熱鍋爐輻射段的頂部形成氣幕，阻止高溫煙氣直接衝刷餘熱鍋爐的頂部產生結渣。上述方案為了實現形成氣幕阻止高溫煙氣對餘熱鍋爐頂部輻射受熱面衝刷的目的，引入的鹽化風和回流煙氣總量的體積佔到煙氣量體積的10?20%，其速度達到30?45m/s。
[0006]但是，與餘熱鍋爐不同，火電鍋爐水冷壁等輻射受熱面分布在爐膛壁面，任何從外部引入的氣流必須首先保證不影響爐膛內的燃燒過程和鍋爐的換熱效率，如果採取方案所述氣幕方式，氣幕的氣流對爐內流場的擾動較大，無法保證燃料與空氣的充分接觸燃燒。另夕卜，上述方案由於氣幕與受熱面有一定間距，存在氣幕氣流發生回流的隱患，而氣流入口採用噴口式，不能保證完全覆蓋受熱面表面。因此，上述氣幕方法具有很大局限性，僅適用於隧道式餘熱鍋爐等無燃燒過程的鍋爐。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法和裝置，通過在結焦積灰受熱面設置貼近表面的低速流動氣邊界層，既避免爐膛內游離的灰粒子在水冷壁等鍋爐受熱面停留，又使隨機進入邊界層的熔融礦物質凝結為固態粒子，隨邊界層氣流一起運動，使其不易附著在受熱面上，從而實現火電鍋爐受熱面結焦積灰的預防，還可以在氣體邊界層附近增加一道氣體保護層，以減小熔渣的撞擊壁面的動量，增強防護能力，保證鍋爐的正常運行。
[0008]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種防止鍋爐受熱面結焦積灰的方法，用於實現對鍋爐受熱面結焦積灰的抑制，其特徵在於，
[0009]沿鍋爐受熱面表面吹入具有一定動量的流動氣體，以在鍋爐受熱面貼壁流動而形成貼近受熱面的氣體邊界層，從而避免熔融礦物質與受熱面接觸，同時使隨機進入所述氣體邊界層的熔融礦物凝結為固態粒子，使其不易附著在受熱面上，從而實現對火電鍋爐受熱面結焦積灰的抑制；
[0010]其中，所述氣體邊界層中氣體的流動方向可以為豎直的、水平的、斜向下或斜向上的；所述氣體邊界層外還可以設置氣體保護層，該保護層氣體的流動方向可以與邊界層內氣體的流向相同或不同，方向也可以為豎直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
[0011]作為本發明的改進，所述氣膜氣體需貼近受熱面表面，以免形成回流。
[0012]作為本發明的改進，所述流動氣體通過設置在鍋爐水冷壁壁面上的吹氣管或吹氣口，和/或通過設置在過熱器、再熱器、省煤器管壁附近的噴氣管或噴氣口噴出。
[0013]作為本發明的改進，所述輻射受熱面吹氣管為自上而下分段布置的多排橫向狹縫式吹氣管或沿水平方向分段布置的多排縱向狹縫式吹氣管；所述對流受熱面吹氣管為環繞管式對流受熱面的環形吹氣管。
[0014]作為本發明的改進，所述流動氣體溫度低於爐膛內的菸灰粒子熔融溫度以下。
[0015]作為本發明的改進，所述流動氣體可以為從鍋爐二次風中引過來的溫度可調的空氣、從煙道抽取的煙氣，或二者的混合物。
[0016]作為本發明的改進，所述從煙道抽取煙氣可以是在省煤器前、省煤器後，或空氣預熱器後。
[0017]按照本發明的另一方面，提供一種防止鍋爐受熱面結焦積灰的裝置，用於實現對鍋爐受熱面結焦積灰的抑制，其特徵在於，在該鍋爐內設置有吹氣管或吹氣口，用於沿鍋爐受熱面上吹入具有一定動量的流動氣體，以在鍋爐受熱面貼壁流動而形成貼近受熱面的氣體邊界層，從而避免熔融礦物質與受熱面接觸，同時使隨機進入氣體邊界層的熔融礦物凝結為固態粒子，使其不易附著在受熱面上，實現對鍋爐受熱面結焦積灰的抑制；
[0018]其中，所述吹氣管或吹氣口布置在輻射受熱面上，和/或布置在對流受熱面上，所述氣體邊界層中氣體的流動方向可以為豎直的、水平的、斜向下或斜向上的；所述氣體邊界層外還可以設置氣體保護層，該保護層氣體的流動方向可以與邊界層內氣體的流向相同或不同，方向也可以為豎直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
[0019]作為本發明的改進，所述吹氣管為自上而下分段布置的多排橫向狹縫式吹氣管或沿水平方向分段布置的多排縱向狹縫式吹氣管，形成的氣膜需貼近受熱面表面，以免形成回流。
[0020]作為本發明的改進，所述流動氣體溫度低於爐膛內的菸灰粒子熔融溫度以下。
[0021]作為本發明的改進，所述流動氣體可以為從鍋爐二次風中引過來的溫度可調的空氣、從煙道抽取的煙氣，或二者的混合物。
[0022]作為本發明的改進，所述從煙道抽取煙氣可以是在省煤器前、省煤器後，或空氣預熱器後。
[0023]本發明中，水冷壁表面形成單層或雙層氣膜保護，第一層氣膜由從上往下或反向或局部向上和向下的垂直氣流形成，吹氣氣流速度、氣量、吹氣管間距根據現場實驗和計算確定並可調節；第二層氣膜由從側面吹出的平行於受熱面的水平或斜向流動氣流形成，吹氣速度、氣量、吹氣管間距根據現場運行條件由實驗和計算確定並可調節。
[0024]更進一步地，過熱器、再熱器、省煤器等對流換熱面利用從煙道不同位置抽取的煙氣形成氣膜保護，並可在送入鍋爐前進行過濾。
[0025]更進一步地，吹氣管布置根據水冷壁或過熱管壁方向進行平行或垂直布置，或成一定角度，吹氣方向儘量平行於管壁或水冷壁表面。
[0026]更進一步地，吹氣管視吹氣有效距離而分段布置，保證氣膜能有效覆蓋受熱面；
[0027]更進一步地，在鍋爐外部敷設循環空氣管道或煙氣管道輸送氣體至爐內吹氣管，循環煙氣管道還包括小型煙氣過濾裝置。
[0028]更進一步地，爐內吹氣管是可以是矩形縫隙式的；或環形縫隙式的；或噴嘴型的。根據現場條件，也可以是這種結構型式的組合。
[0029]本發明通過設置矩形縫隙式或環形縫隙式或噴嘴型吹氣管噴入空氣和/或二氧化碳和/或水蒸汽或其混合氣，在結焦積灰受熱面，如水冷壁表面形成一層或兩層與水冷壁壁面平行的氣膜；在過熱器、再熱器、省煤器管壁形成一層與管壁表面平行的氣體邊界層。通過氣體邊界層氣流帶動煙氣中的灰粒子流動，避免灰粒子在受熱面停留，對壁面和管面形成保護層，同時將高溫熔融灰粒子降溫凝結，而且不會對鍋爐燃燒過程造成幹擾，實現結焦和積灰的預防。本發明提供的氣體邊界層保護技術經濟、安全、高效，無需對鍋爐進行大的改造，能針對不同對象進行有針對性的布置，還可針對不同運行工況進行相應的調節，保證所形成氣體邊界層能夠有效形成保護，而且，將淨化後的含有大量C02的煙氣引回爐膛，還可抑制NOx生成，增加對流換熱係數，控制受熱面的腐蝕。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明實施例的水冷壁氣膜保護(雙層)布置示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0032]本實施例的防止火電鍋爐快速結焦積灰的單/雙層氣膜裝置，如圖1所示，以常見π型燃煤鍋爐為例，鍋爐爐膛I四周壁面分布著水冷壁2，爐膛內燃料燃燒生成的高溫煙氣到達爐膛上部後經過屏式過熱器5、高溫過熱器6、低溫過熱器7、省煤器8向尾部流動，其中攜帶的灰粒子會在沿途接觸的受熱面上發生結焦積灰現象。對於水冷壁2，沿著水冷壁2壁面自上而下分段布置多排橫向狹縫式吹氣管4，噴入具有一定質量和速度的氣流，在水冷壁表面形成豎直流動(圖1中虛線箭頭所示)的氣膜，為第一層氣膜；在水冷壁2側面沿水平方向分段布置多排縱向狹縫式吹氣管3，噴入具有一定質量和速度的氣流，形成水平流動或斜向下或斜向上流動(圖1中實線箭頭所示)的氣膜，為第二層氣膜。
[0033]噴入的氣流可以是從二次風中引過來的溫度可調的空氣(引自二次風)、從煙道不同位置抽取的煙氣，或二者的混合物，氣流溫度一般需要低於爐膛內灰粒子熔融溫度，煙道抽氣位置的確定由所需煙氣溫度決定，可在省煤器8前、省煤器8後，或空氣預熱器後抽取煙氣。抽取的氣體經鍋爐外部敷設的循環空氣管路和循環煙氣管路引至狹縫噴氣管，對於煙氣循環管路，在氣流引入噴氣管前，還需加設煙氣過濾裝置過濾其中所含的灰顆粒等雜質。
[0034]採用本發明對火電鍋爐實施改造時，只在鍋爐送風系統和鍋爐煙道合適位置加裝管路抽取空氣和煙氣，在鍋爐外部敷設循環管路輸送氣體，在受熱面上合適位置布置吹氣管，保證形成合適氣體邊界層，避免灰顆粒與受熱面接觸，將熔融灰粒子降溫凝結，抑制結焦積灰現象的產生。
[0035]本發明實施例的防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，用於實現對火電鍋爐受熱面結焦積灰的抑制，具體地是在鍋爐受熱面上吹入具有一定質量和速度的流動氣體，以在鍋爐受熱面表面流動而形成氣體邊界層，從而避免灰顆粒與受熱面接觸，同時將熔融的灰粒子凝結為固態以降低黏性，實現對火電鍋爐受熱面結焦積灰的抑制。
[0036]氣體邊界層中氣體的流動方向可以為豎直的、水平的、斜向下或斜向上的；當熔融礦物質濃度較高時，可以在氣體邊界層附近增加一道氣體保護層，以減小熔渣的撞擊壁面的動量，增強防護能力。保護層氣體的流動方向可以與邊界層內氣體的流向相同或不同，方向也可以為豎直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
[0037]流動氣體通過設置在鍋爐水冷壁2壁面上的吹氣管或吹氣口，吹氣管優選為自上而下分段布置的多排橫向狹縫式吹氣管4或沿水平方向分段布置的多排縱向狹縫式吹氣管3。
[0038]流動氣體可以為從鍋爐二次風中引過來的溫度可調的空氣、從煙道抽取的煙氣，或二者的混合物，流動氣體溫度低於爐膛內的菸灰粒子熔融溫度以下，所述從煙道抽取煙氣可以是在省煤器8前、省煤器8後，或空氣預熱器後。
[0039]本實施例中鍋爐不限於上述實施例的鍋爐，其他類型的鍋爐也適用，特別是適用於火電鍋爐。
[0040]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，用於實現對火電鍋爐受熱面結焦積灰的抑制，其特徵在於， 沿鍋爐受熱面表面吹入流動氣體，以在鍋爐受熱面貼壁流動而形成貼近受熱面的氣體邊界層，從而避免熔融礦物質與受熱面接觸，同時使隨機進入所述氣體邊界層的熔融礦物凝結為固態粒子而使其不易附著在受熱面上，從而實現對火電鍋爐受熱面結焦積灰的抑制； 其中，所述氣體邊界層中氣體的流動方向可以為豎直的、水平的、斜向下或斜向上的。
2.根據權利要求1所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，其中，所述氣體邊界層外還可以設置氣體保護層，該保護層氣體的流動方向可以與邊界層內氣體的流向相同或不同，方向也可以為豎直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
3.根據權利要求1或2所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，其中，所述流動氣體通過設置在輻射受熱面上的吹氣管或吹氣口，和/或通過設置在對流受熱面的噴氣管或噴氣口噴出。
4.根據權利要求3所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，其中，所述流動氣體通過設置在鍋爐水冷壁(2)壁面上的吹氣管或吹氣口噴出，和/或通過設置在火電鍋爐的過熱器、再熱器和/或省煤器管壁附近的噴氣管或噴氣口噴出。
5.根據權利要求4所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，其中，所述吹氣管為沿鍋爐水冷壁(2)豎直壁面自上而下分段布置的多排橫向狹縫式吹氣管(4)或沿鍋爐水冷壁(2)水平壁面水平方向分段布置的多排縱向狹縫式吹氣管(3);所述噴氣管或噴氣口為環繞受熱面的環形吹氣管或噴氣口。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的方法，其中，所述流動氣體可以為從鍋爐二次風中引過來的溫度可調的空氣、從煙道抽取的煙氣，或二者的混合物，優選地，所述從煙道抽取煙氣可以是在省煤器(8)前、省煤器(8)後，或空氣預熱器後。
7.一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的裝置，用於實現對火電鍋爐受熱面結焦積灰的抑制，其特徵在於，在該鍋爐內設置有吹氣管或吹氣口，用於沿鍋爐受熱面上吹入具有一定動量的流動氣體，以在鍋爐受熱面貼壁流動而形成貼近受熱面的氣體邊界層，從而避免熔融礦物質與受熱面接觸，同時使隨機進入氣體邊界層的熔融礦物凝結為固態粒子，使其不易附著在受熱面上，實現對鍋爐受熱面結焦積灰的抑制； 其中，所述吹氣管或吹氣口布置在輻射受熱面上，和/或布置在對流受熱面上，所述氣體邊界層中氣體的流動方向可以為豎直的、水平的、斜向下或斜向上的。
8.根據權利要求7所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的裝置，其中，所述氣體邊界層外還可以設置氣體保護層，該保護層氣體的流動方向可以與邊界層內氣體的流向相同或不同，方向也可以為豎直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
9.根據權利要求7或8所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的裝置，其中，所述吹氣管或吹氣口設置在鍋爐水冷壁(2)壁面上，其為沿鍋爐水冷壁(2)豎直壁面自上而下分段布置的多排橫向狹縫式吹氣管(4)或沿鍋爐水冷壁(2)水平壁面水平方向分段布置的多排縱向狹縫式吹氣管(3);或所述吹氣管或吹氣口設置在火電鍋爐的過熱器、再熱器和/或省煤器管壁附近，其為環繞受熱面的環形吹氣管或噴氣口。
10.根據權利要求7-9中任一項所述的一種防止火電鍋爐受熱面結焦積灰的裝置，其中，所述流動氣體可以為從鍋爐二次風中引過來的溫度可調的空氣、從煙道抽取的煙氣，或二者的混合 物，優選地，所述從煙道抽取煙氣可以是在省煤器(8)前、省煤器(8)後、或空氣預熱器後。
【文檔編號】F23J3/02GK103912887SQ201410104926
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2014年3月20日
【發明者】傅培舫, 嶽芳 申請人:華中科技大學