鍋爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置的製作方法

2023-08-12 20:28:01 3

技術領域

本發明涉及一種燃煤電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕監控與防治技術，具體涉及一種燃煤鍋爐爐膛水冷壁近壁區煙氣取樣裝置，屬於電力及動力工程技術領域。

背景技術：

近年來，隨著環保要求的日益嚴格，特別是火電廠NOx排放標準的不斷提高，燃煤電廠均實施了NOx控制技術改造，採用的主流技術為低氮燃燒技術+SCR煙氣脫硝技術。鍋爐低氮燃燒技術組織形成的爐內強還原區雖可降低NOx的排放，但加劇了鍋爐水冷壁高溫腐蝕。燃煤電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕是典型的硫化物腐蝕。水冷壁壁溫及其近壁區煙氣含氧量是影響高溫腐蝕的兩個關鍵因素。在壁溫設定的條件下，提高近壁區煙氣含氧量是緩解水冷壁高溫腐蝕的有效途徑。監測水冷壁近壁區煙氣中O2、CO及腐蝕性氣體H2S的濃度，是提高近壁區氧量的前提，也是開展高溫腐蝕監測的基礎。

目前，針對鍋爐水冷壁近壁區煙氣組分的監測，國內外研究者已提出了相關技術方案。專利200810236550.8提出了一種在線監測鍋爐水冷壁高溫腐蝕的裝置與方法，包括煙氣採樣管、煙氣分析儀、工控機、高溫熱電偶、顯示器。通過在鰭片管上開孔布置煙氣採樣管，藉助煙氣分析儀抽取並測量煙氣中CO、O2和SO2，結合高溫熱電偶測得的水冷壁壁溫，經工控機利用改進的模糊層次分析法進行處理，得到當前高溫腐蝕影響因素的權重大小，並將排序結果顯示在顯示器畫面上。上述裝置煙氣採樣管直接伸入爐膛內，存在燒損的風險，關於水蒸氣對SO2測量的影響未給出明確的措施。

為了解決技術中涉及的取樣裝置堵塞問題，專利2012100887830.3提出了一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕氣氛監測裝置。通過在煙氣取樣探頭內部布置絞龍，在有效避免大顆粒未燃盡煤粉和渣塊進入煙氣取樣探頭的同時，還可以將進入鍋爐冷凝器的細顆粒通過絞龍的攪動作用送回爐膛，顯著提高高溫腐蝕氣氛連續監測的可靠性。但是，該裝置的煙氣取樣探頭穿過膜式水冷壁，露出部分的長度約5～10mm，絞龍的一端伸出取樣探頭約0～5mm，進去爐膛的取樣探頭和絞龍因沒有冷卻存在燒損的問題。另外，絞龍為活動部件極易受粉塵的影響而磨損洩露，運行可靠性不高。

實時監測水冷壁近壁區煙氣組分對預防和治理水冷壁高溫腐蝕具有重要的意義和價值，但由於爐膛內部煙氣溫度高、組分複雜、含塵量大、水冷壁鰭片寬度小、取樣困難等諸多原因，導致目前已有技術在應用中尚存在以下問題：

（1）煙氣取樣探頭（槍、裝置）易燒損

由於爐膛溫度高、輻射換熱強、煙氣取樣流量小、冷卻效果差等原因，安裝在水冷壁上的煙氣取樣探頭，特別是伸入爐膛內部的探頭，極容易被燒損。煙氣取樣探頭一旦燒損，會導緻密封不嚴，出現洩露，致使測量結果失真。另外，燒損的探頭前端發生熔融而變形，會導致前端取樣管道堵塞，而此類堵塞採用常規的反吹等措施無法解決，致使系統無法正常工作。

（2）煙氣取樣口及煙氣取樣管路易堵塞

現有技術普遍採用鰭片開小孔抽取煙氣的取樣方式。由於水冷壁鰭片尺寸小（一般寬度<20mm），開得孔一般直徑較小，極容易被爐膛中呈熔融態的未燃盡灰渣堵塞。另外，由於絕大多數技術過濾裝置安裝在距取樣口一定距離的煙氣取樣管道內，雖然系統配備反吹裝置，但煙氣取樣管道仍特別容易堵塞。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述不足，提供一種可以有效防堵塞的鍋爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置。

為實現上述目的，本發明採用的具體技術方案如下：

一種鍋爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置，設有殼體，殼體的內腔為煙氣通道，煙氣通道兩側分別設置煙氣進口和煙氣出口，該裝置安裝在鍋爐水冷壁背火側的保溫層中，並在鍋爐水冷壁鰭片上開設有與煙氣進口相適配的取樣口，煙氣進口經水冷壁背火側安裝在該取樣口上，並經該取樣口與鍋爐連通。

本發明的進一步設計在於：

煙氣通道內還設有煙塵過濾片，煙塵過濾片設置在煙氣進口與煙氣出口之間，煙塵過濾片為片狀多孔濾芯。

煙氣進口設置在殼體下部，煙氣出口設置在與其相對側殼體上部，殼體底面採用沿著煙氣進口向上傾斜的斜面結構。

煙氣通道下部與煙氣進口連接部分採用漸擴式結構。殼體對應煙氣通道下部與煙氣進口連接部除底部的斜面結構外，其餘部分採用弧形結構，該弧形結構與底部斜面共同形成煙氣通道下部的漸擴式結構。

為了保證大顆粒沉積物能從斜面滾落到爐腔中，殼體底面與水冷壁鰭片夾角a為135°~170°。

煙氣進口採用矩形口。

為了定時對煙氣通道進行清潔，在煙氣出口位置的上部設有壓縮空氣接口，對應該壓縮空氣接口相應在殼內設置均氣結構，該均氣結構的空氣出口正對煙塵過濾片，用於接入壓縮空氣時對煙塵過濾片進行吹掃。

殼體底部與煙氣進口位置相對側設有反吹壓縮空氣接口。反吹縮空氣接口沿著殼體底面斜坡方向延伸並連通煙氣通道，用於接入壓縮空氣，對殼體底部斜坡面進行吹掃。

為了檢修保養，所述殼體側面設有檢修口。

為了保證取樣精度，防止裝置在高溫下損毀，裝置整體設置在鍋爐保溫層中，並鍋爐水冷壁鰭片上開設取樣口。

本發明相比現有技術具有如下有益效果：

本發明解決了煙氣取樣探頭易燒損、易堵塞的問題，與現有技術相比煙氣取樣探頭使用壽命長，運行可靠性高。

1、本發明有效的解決了煙氣取樣探頭（槍）易燒損、易堵塞的問題，本發明中的水冷壁鰭片上煙氣取樣口設計為矩形而非圓孔，該設計方案一方面可減少取樣阻力（水冷壁鰭片為長條形，寬度極小（一般為7~12mm），取樣口設計為圓形，會出現取樣阻力大，易堵塞問題），增大了煙氣抽取的量；另一方面也可以防止單個煤焦顆粒將取樣口堵塞，防止取樣時發生堵塞。

2、本發明設計了壓縮空氣接口和檢修口，可以定期通過高壓空氣對煙氣進口進行反吹，清除煙氣進口周圍的灰渣；也可以通過檢修口對煙氣入孔進行檢查。

3、本發明中取樣口開在相鄰兩根水冷壁管鰭片上，設計非常巧妙，並將煙氣取樣裝置置於在水冷壁的背火側，該優化的設計可以避免裝置被爐膛火焰直接輻射，有效解決取樣探頭燒損的問題，避免高溫腐蝕。同時裝置設置在保溫層中，利於對採樣氣體進行保溫，有效防止取樣煙氣中水蒸氣在進入冷凝器前冷凝，使得取樣管堵塞。

4、本發明有效的解決了煙氣取樣管道堵塞問題，煙氣取樣裝置內的煙氣通道設計為漸擴形式，在漸擴形式的煙氣取樣通道內煙氣流速降低，大粉塵顆粒會發生自然沉降，沉積在底部。煙氣取樣裝置下部殼體與水冷壁鰭片夾角設計大於135°，使得沉積在底部殼體上的大顆粒可以滑回爐膛內。另外，也可以定期通過高壓空氣對沉積的飛灰進行定期反吹。

5、煙氣取樣裝置內設計了煙塵過濾片，取樣煙氣中未沉降的細小顆粒可被片狀多孔濾芯捕獲，在上部高壓空氣的作用下定期被反吹回爐膛。

附圖說明

圖1是本發明的水冷壁近壁區煙氣取樣裝置結構示意圖；

圖2是鍋爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置安裝示意圖（側視圖）；

圖3是爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置安裝示意圖（正視圖）；

圖4是鍋爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置與水冷壁鰭片連接方式示意圖。

圖中：1、煙氣進口；2、殼體；3、煙塵過濾片；4、壓縮空氣接口；5、煙氣出口；6、檢修口；7、反吹壓縮空氣接口；8、煙氣通道；9、膜式水冷壁；9a、水冷壁管；9b、鰭片；10、取樣口；11、鍋爐保溫層。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例一：

如圖1所示，本發明的鍋爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置，安裝在鍋爐水冷壁鰭片的背火側鍋爐保溫層中，主要設有殼體2，殼體2設有煙氣進口1、煙氣通道8、壓縮空氣接口4和煙氣出口5，殼體內腔為煙氣通道8，煙氣進口1和煙氣出口5分別設於煙氣通道8兩端，其中煙氣進口1為矩形口，設置在殼體2的下端部，煙氣出口5設置在殼體2的上端部，並位於煙氣進口1位置相對側。該裝置設置在鍋爐水冷壁外側的保溫層中，並在鍋爐水冷壁鰭片上開設有與煙氣進口1相適配的取樣口10，煙氣進口1經由水冷壁背火側焊接在取樣口10上，並通過該取樣口10與鍋爐內部連通。為減少取樣阻力，煙氣進口採用矩形口。

在煙氣通道8內的上端靠近煙氣出口4位置設有煙塵過濾片3，煙塵過濾片3固定在殼體內壁上，且周圍連接處保持密封。該煙塵過濾片3為片狀多孔濾芯。

本裝置為了保證大顆粒沉積物能從斜面滾落到爐腔中，殼體底面採用沿著煙氣進口向上傾斜的斜面結構，通常設計殼體底面與水冷壁鰭片夾角a為135°~170°。

為了保證取樣通暢，煙氣通道下部與煙氣進口連接部分採用漸擴式結構。（通常煙氣通道8垂直設置，煙氣進口1與煙氣出口4水平設置並垂直於鰭片，殼體對應煙氣通道與煙氣進口之間設有一過渡段，該過渡段除底部的斜面結構外，其餘部分採用弧形結構，該弧形結構與底部斜面共同形成煙氣通道下部的漸擴式結構。）

為了定時對煙氣通道進行清潔，在煙氣出口1位置的上部設有壓縮空氣接口4，對應該該壓縮空氣接口4位置的殼體內設置均氣結構，均氣結構的空氣出口正對煙塵過濾片3，用於接入壓縮空氣時對煙塵過濾片3進行吹掃，均氣結構可採用多個氣孔的孔板結構。

殼體底部與煙氣進口1位置相對側設有反吹壓縮空氣接口7，反吹縮空氣接口7沿著殼體底面斜坡方向延伸並連通煙氣通道，用於接入壓縮空氣，對殼體底部斜坡面進行吹掃。

同時在殼體側面還設置有一個用於保養檢修的檢修口6，檢修口6在裝置使用時保持密封。

實施例二：

本實例中，殼體底面採用平面結構，殼體對應煙氣通道與煙氣進口之間設有一過渡段，該過渡段採該過渡段除底部的平面結構外，其餘部分採用弧形結構，該弧形結構與底部平面共同形成煙氣通道下部的漸擴式結構。其餘部分同實施例一。

實施例三：本實例中，殼體底面採用平面結構，煙氣進口與煙氣出口水平設置，並直接設置在煙氣通道兩側，未形成煙氣通道下部的漸擴式結構。其餘部分同實施例一。

應用實例一：

如圖2，圖3所示，本發明的鍋爐水冷壁近壁區煙氣取樣裝置，整體固定在鍋爐的保溫層11中，並在鍋爐相鄰兩水冷壁管之間的鰭片9b上開與煙氣進口1相適配的矩形的取樣口10，如圖3。取樣口10高50～200mm，寬度為鰭片寬度的50～80%，並將煙氣進口1與取樣口10通過滿焊的方式連接，使煙氣進口1和取樣口10之間保持密封，煙氣進口1、取樣口10、壓縮空氣接口4、煙氣出口5、檢修口6和反吹壓縮空氣接口7均水平布置，它們垂直於鰭片設置。同時為了防止高溫燒損，將該裝置的煙氣進口1焊接在上述取樣口10，如圖4所示。

在實際使用中，首先將煙氣取樣裝置的煙氣出口5通過煙氣取樣接頭與所需的煙氣取樣管連接，壓縮空氣接口的空氣進口通過壓縮空氣接頭與壓縮空氣管連接，檢修口保持密封。

連接完成後，開始取樣過程，取樣時，鍋爐水冷壁近壁區煙氣在取樣泵的作用下通過煙氣進口1進入煙氣通道8內，由於煙氣通道8的漸擴式設計，煙氣通道8的橫截面逐漸增大，煙氣在煙氣通道8內的流速逐漸降低，煙氣中的大顆粒自然沉降到煙氣通道8的底部，由於殼體2底面傾斜且與水冷壁鰭片夾角設計採用138°，可以保證大顆粒灰塵可以通過底面的斜坡下滑重新落入鍋爐爐腔中，剩餘的細小粉塵則被煙氣取樣裝置內的片狀多孔濾芯捕捉；經除塵後的煙氣則通過煙氣出口5進入煙氣取樣管。

在取樣完成後，分別通過設置在煙氣進口和出口位置的空氣壓縮通道導入高壓空氣，對煙氣通道的斜坡面上和煙塵過濾片中沉積的灰塵進行反吹清潔，使其落入爐腔中。如果存在壓縮空氣也無法清潔的灰塵，則可以打開側面密封的檢修口，進行手動處理，隨時保持煙氣通道內的清潔，可以有效的避免煙氣通道堵塞的問題。