一种防止火电锅炉快速结焦积灰的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，其特征在于，沿锅炉受热面贴壁吹入具有一定动量的流动气体，以在锅炉受热面贴壁流动而形成贴近受热面的气体边界层，从而改变原有气体边界层的速度和组成成分，避免熔融矿物质与受热面接触，使其不易附着在受热面上，实现对火电锅炉受热面结焦积灰的抑制；且气体边界层外可以根据需要增设气体保护层；气体的流动方向可以是竖直的、水平的、斜向下的或斜向上的。本发明还公开了一种防止锅炉受热面结焦积灰的边界层气体发生装置。本发明的方法和装置可以保证所形成气体边界层能够有效形成保护，而且，将净化后的含有大量CO2的烟气引回炉膛，还可抑制NOx生成，增加对流受热面的换热系数，控制受热面的腐蚀。
【专利说明】一种防止火电锅炉快速结焦积灰的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明属于锅炉的结焦和积灰控制【技术领域】，具体涉及一种防止锅炉受热面结焦积灰的方法和装置，适用于防止燃用新疆准东煤、生物质、奥里油等含有高碱、重金属或高度易挥发矿物质燃料的锅炉受热面快速结焦积灰。
【背景技术】
[0002]我国的能源结构的现状，决定了火力发电是我国能源供应的主要方式。然而，火力发电的锅炉运行过程中，燃烧产生的烟气中含有大量硫化物、硫氧化物、氮氧化物和碱金属氧化物，形成灰颗粒，当炉内某部分烟气停滞不动或原地回旋时，其携带的熔融态的灰颗粒在锅炉的水冷壁等辐射受热面上发生冷凝，形成结焦；而在过热器、省煤器等对流受热面上，灰沉积物的积聚会产生积灰，尤其是酸性烟灰的冷凝还会发生黏性较大的积灰。这使得锅炉热效率下降，严重时还将影响锅炉运行安全。
[0003]尤其是近年来，电力产业加强了对新疆准东煤、生物质以及奥里油等能源的开发利用，准东煤具有高水分、低灰熔点、高碱含量等特点，生物质含有较高碱金属氧化物和盐类；奥里油添加的抑钒剂使燃烧生成的飞灰颗粒细、软化点低、粘附性强，这些能源存在的特点会对锅炉性能产生影响，例如会使不易脱落的黏结性结焦和积灰增多，极大影响了锅炉的经济和安全运行。
[0004]锅炉的结焦和积灰是一个复杂的物理化学过程，涉及燃料特性、燃烧工况、燃烧产物构成及相变特性、灰粒子的运动特性、燃烧产物与受热面间的粘附特性等。目前，对于锅炉受热面结渣积灰问题，一般从改善燃料条件和优化锅炉运行方面进行控制预防，并定期运用吹灰器清洁受热面。然而，受到燃料特性和锅炉设计限制，加上实际运行情况通常极为复杂，对炉膛优化和对运行参数的调节并不能阻止灰颗粒与受热面的接触，预防效果是有限的。对于吹灰器清洁受热面这一方式，目前电厂使用的大部分吹灰器基本上都是采用的高压射流，其通过受热面采用高压射流方式进行清洁，区别在于介质的不同，有空气、蒸汽、水等等，但是该方案中对受热面的高压射流(空气、水或蒸汽)吹灰为点触式，存在吹扫盲区，吹灰不彻底，频繁使用还容易对吹扫对象造成磨损发生事故，如水冷壁减薄爆管等。因此，上述方案也不能从根本上解决锅炉受热面的结焦和积灰问题。
[0005]中国专利CN102445088A公开了一种防止余热锅炉顶部受热面结渣的方法，该方案具体是在隧道式余热锅炉烟气入口的上部且靠近辐射段顶部设置一排气流入口，由此喷入具有一定质量与速度的气流，从而在余热锅炉辐射段的顶部形成气幕，阻止高温烟气直接冲刷余热锅炉的顶部产生结渣。上述方案为了实现形成气幕阻止高温烟气对余热锅炉顶部辐射受热面冲刷的目的，引入的盐化风和回流烟气总量的体积占到烟气量体积的10?20%，其速度达到30?45m/s。
[0006]但是，与余热锅炉不同，火电锅炉水冷壁等辐射受热面分布在炉膛壁面，任何从外部引入的气流必须首先保证不影响炉膛内的燃烧过程和锅炉的换热效率，如果采取方案所述气幕方式，气幕的气流对炉内流场的扰动较大，无法保证燃料与空气的充分接触燃烧。另夕卜，上述方案由于气幕与受热面有一定间距，存在气幕气流发生回流的隐患，而气流入口采用喷口式，不能保证完全覆盖受热面表面。因此，上述气幕方法具有很大局限性，仅适用于隧道式余热锅炉等无燃烧过程的锅炉。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法和装置，通过在结焦积灰受热面设置贴近表面的低速流动气边界层，既避免炉膛内游离的灰粒子在水冷壁等锅炉受热面停留，又使随机进入边界层的熔融矿物质凝结为固态粒子，随边界层气流一起运动，使其不易附着在受热面上，从而实现火电锅炉受热面结焦积灰的预防，还可以在气体边界层附近增加一道气体保护层，以减小熔渣的撞击壁面的动量，增强防护能力，保证锅炉的正常运行。
[0008]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种防止锅炉受热面结焦积灰的方法，用于实现对锅炉受热面结焦积灰的抑制，其特征在于，
[0009]沿锅炉受热面表面吹入具有一定动量的流动气体，以在锅炉受热面贴壁流动而形成贴近受热面的气体边界层，从而避免熔融矿物质与受热面接触，同时使随机进入所述气体边界层的熔融矿物凝结为固态粒子，使其不易附着在受热面上，从而实现对火电锅炉受热面结焦积灰的抑制；
[0010]其中，所述气体边界层中气体的流动方向可以为竖直的、水平的、斜向下或斜向上的；所述气体边界层外还可以设置气体保护层，该保护层气体的流动方向可以与边界层内气体的流向相同或不同，方向也可以为竖直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
[0011]作为本发明的改进，所述气膜气体需贴近受热面表面，以免形成回流。
[0012]作为本发明的改进，所述流动气体通过设置在锅炉水冷壁壁面上的吹气管或吹气口，和/或通过设置在过热器、再热器、省煤器管壁附近的喷气管或喷气口喷出。
[0013]作为本发明的改进，所述辐射受热面吹气管为自上而下分段布置的多排横向狭缝式吹气管或沿水平方向分段布置的多排纵向狭缝式吹气管；所述对流受热面吹气管为环绕管式对流受热面的环形吹气管。
[0014]作为本发明的改进，所述流动气体温度低于炉膛内的烟灰粒子熔融温度以下。
[0015]作为本发明的改进，所述流动气体可以为从锅炉二次风中引过来的温度可调的空气、从烟道抽取的烟气，或二者的混合物。
[0016]作为本发明的改进，所述从烟道抽取烟气可以是在省煤器前、省煤器后，或空气预热器后。
[0017]按照本发明的另一方面，提供一种防止锅炉受热面结焦积灰的装置，用于实现对锅炉受热面结焦积灰的抑制，其特征在于，在该锅炉内设置有吹气管或吹气口，用于沿锅炉受热面上吹入具有一定动量的流动气体，以在锅炉受热面贴壁流动而形成贴近受热面的气体边界层，从而避免熔融矿物质与受热面接触，同时使随机进入气体边界层的熔融矿物凝结为固态粒子，使其不易附着在受热面上，实现对锅炉受热面结焦积灰的抑制；
[0018]其中，所述吹气管或吹气口布置在辐射受热面上，和/或布置在对流受热面上，所述气体边界层中气体的流动方向可以为竖直的、水平的、斜向下或斜向上的；所述气体边界层外还可以设置气体保护层，该保护层气体的流动方向可以与边界层内气体的流向相同或不同，方向也可以为竖直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
[0019]作为本发明的改进，所述吹气管为自上而下分段布置的多排横向狭缝式吹气管或沿水平方向分段布置的多排纵向狭缝式吹气管，形成的气膜需贴近受热面表面，以免形成回流。
[0020]作为本发明的改进，所述流动气体温度低于炉膛内的烟灰粒子熔融温度以下。
[0021]作为本发明的改进，所述流动气体可以为从锅炉二次风中引过来的温度可调的空气、从烟道抽取的烟气，或二者的混合物。
[0022]作为本发明的改进，所述从烟道抽取烟气可以是在省煤器前、省煤器后，或空气预热器后。
[0023]本发明中，水冷壁表面形成单层或双层气膜保护，第一层气膜由从上往下或反向或局部向上和向下的垂直气流形成，吹气气流速度、气量、吹气管间距根据现场实验和计算确定并可调节；第二层气膜由从侧面吹出的平行于受热面的水平或斜向流动气流形成，吹气速度、气量、吹气管间距根据现场运行条件由实验和计算确定并可调节。
[0024]更进一步地，过热器、再热器、省煤器等对流换热面利用从烟道不同位置抽取的烟气形成气膜保护，并可在送入锅炉前进行过滤。
[0025]更进一步地，吹气管布置根据水冷壁或过热管壁方向进行平行或垂直布置，或成一定角度，吹气方向尽量平行于管壁或水冷壁表面。
[0026]更进一步地，吹气管视吹气有效距离而分段布置，保证气膜能有效覆盖受热面；
[0027]更进一步地，在锅炉外部敷设循环空气管道或烟气管道输送气体至炉内吹气管，循环烟气管道还包括小型烟气过滤装置。
[0028]更进一步地，炉内吹气管是可以是矩形缝隙式的；或环形缝隙式的；或喷嘴型的。根据现场条件，也可以是这种结构型式的组合。
[0029]本发明通过设置矩形缝隙式或环形缝隙式或喷嘴型吹气管喷入空气和/或二氧化碳和/或水蒸汽或其混合气，在结焦积灰受热面，如水冷壁表面形成一层或两层与水冷壁壁面平行的气膜；在过热器、再热器、省煤器管壁形成一层与管壁表面平行的气体边界层。通过气体边界层气流带动烟气中的灰粒子流动，避免灰粒子在受热面停留，对壁面和管面形成保护层，同时将高温熔融灰粒子降温凝结，而且不会对锅炉燃烧过程造成干扰，实现结焦和积灰的预防。本发明提供的气体边界层保护技术经济、安全、高效，无需对锅炉进行大的改造，能针对不同对象进行有针对性的布置，还可针对不同运行工况进行相应的调节，保证所形成气体边界层能够有效形成保护，而且，将净化后的含有大量C02的烟气引回炉膛，还可抑制NOx生成，增加对流换热系数，控制受热面的腐蚀。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明实施例的水冷壁气膜保护(双层)布置示意图。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0032]本实施例的防止火电锅炉快速结焦积灰的单/双层气膜装置，如图1所示，以常见π型燃煤锅炉为例，锅炉炉膛I四周壁面分布着水冷壁2，炉膛内燃料燃烧生成的高温烟气到达炉膛上部后经过屏式过热器5、高温过热器6、低温过热器7、省煤器8向尾部流动，其中携带的灰粒子会在沿途接触的受热面上发生结焦积灰现象。对于水冷壁2，沿着水冷壁2壁面自上而下分段布置多排横向狭缝式吹气管4，喷入具有一定质量和速度的气流，在水冷壁表面形成竖直流动(图1中虚线箭头所示)的气膜，为第一层气膜；在水冷壁2侧面沿水平方向分段布置多排纵向狭缝式吹气管3，喷入具有一定质量和速度的气流，形成水平流动或斜向下或斜向上流动(图1中实线箭头所示)的气膜，为第二层气膜。
[0033]喷入的气流可以是从二次风中引过来的温度可调的空气(引自二次风)、从烟道不同位置抽取的烟气，或二者的混合物，气流温度一般需要低于炉膛内灰粒子熔融温度，烟道抽气位置的确定由所需烟气温度决定，可在省煤器8前、省煤器8后，或空气预热器后抽取烟气。抽取的气体经锅炉外部敷设的循环空气管路和循环烟气管路引至狭缝喷气管，对于烟气循环管路，在气流引入喷气管前，还需加设烟气过滤装置过滤其中所含的灰颗粒等杂质。
[0034]采用本发明对火电锅炉实施改造时，只在锅炉送风系统和锅炉烟道合适位置加装管路抽取空气和烟气，在锅炉外部敷设循环管路输送气体，在受热面上合适位置布置吹气管，保证形成合适气体边界层，避免灰颗粒与受热面接触，将熔融灰粒子降温凝结，抑制结焦积灰现象的产生。
[0035]本发明实施例的防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，用于实现对火电锅炉受热面结焦积灰的抑制，具体地是在锅炉受热面上吹入具有一定质量和速度的流动气体，以在锅炉受热面表面流动而形成气体边界层，从而避免灰颗粒与受热面接触，同时将熔融的灰粒子凝结为固态以降低黏性，实现对火电锅炉受热面结焦积灰的抑制。
[0036]气体边界层中气体的流动方向可以为竖直的、水平的、斜向下或斜向上的；当熔融矿物质浓度较高时，可以在气体边界层附近增加一道气体保护层，以减小熔渣的撞击壁面的动量，增强防护能力。保护层气体的流动方向可以与边界层内气体的流向相同或不同，方向也可以为竖直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
[0037]流动气体通过设置在锅炉水冷壁2壁面上的吹气管或吹气口，吹气管优选为自上而下分段布置的多排横向狭缝式吹气管4或沿水平方向分段布置的多排纵向狭缝式吹气管3。
[0038]流动气体可以为从锅炉二次风中引过来的温度可调的空气、从烟道抽取的烟气，或二者的混合物，流动气体温度低于炉膛内的烟灰粒子熔融温度以下，所述从烟道抽取烟气可以是在省煤器8前、省煤器8后，或空气预热器后。
[0039]本实施例中锅炉不限于上述实施例的锅炉，其他类型的锅炉也适用，特别是适用于火电锅炉。
[0040]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，用于实现对火电锅炉受热面结焦积灰的抑制，其特征在于， 沿锅炉受热面表面吹入流动气体，以在锅炉受热面贴壁流动而形成贴近受热面的气体边界层，从而避免熔融矿物质与受热面接触，同时使随机进入所述气体边界层的熔融矿物凝结为固态粒子而使其不易附着在受热面上，从而实现对火电锅炉受热面结焦积灰的抑制； 其中，所述气体边界层中气体的流动方向可以为竖直的、水平的、斜向下或斜向上的。
2.根据权利要求1所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，其中，所述气体边界层外还可以设置气体保护层，该保护层气体的流动方向可以与边界层内气体的流向相同或不同，方向也可以为竖直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
3.根据权利要求1或2所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，其中，所述流动气体通过设置在辐射受热面上的吹气管或吹气口，和/或通过设置在对流受热面的喷气管或喷气口喷出。
4.根据权利要求3所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，其中，所述流动气体通过设置在锅炉水冷壁(2)壁面上的吹气管或吹气口喷出，和/或通过设置在火电锅炉的过热器、再热器和/或省煤器管壁附近的喷气管或喷气口喷出。
5.根据权利要求4所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，其中，所述吹气管为沿锅炉水冷壁(2)竖直壁面自上而下分段布置的多排横向狭缝式吹气管(4)或沿锅炉水冷壁(2)水平壁面水平方向分段布置的多排纵向狭缝式吹气管(3);所述喷气管或喷气口为环绕受热面的环形吹气管或喷气口。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的方法，其中，所述流动气体可以为从锅炉二次风中引过来的温度可调的空气、从烟道抽取的烟气，或二者的混合物，优选地，所述从烟道抽取烟气可以是在省煤器(8)前、省煤器(8)后，或空气预热器后。
7.一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的装置，用于实现对火电锅炉受热面结焦积灰的抑制，其特征在于，在该锅炉内设置有吹气管或吹气口，用于沿锅炉受热面上吹入具有一定动量的流动气体，以在锅炉受热面贴壁流动而形成贴近受热面的气体边界层，从而避免熔融矿物质与受热面接触，同时使随机进入气体边界层的熔融矿物凝结为固态粒子，使其不易附着在受热面上，实现对锅炉受热面结焦积灰的抑制； 其中，所述吹气管或吹气口布置在辐射受热面上，和/或布置在对流受热面上，所述气体边界层中气体的流动方向可以为竖直的、水平的、斜向下或斜向上的。
8.根据权利要求7所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的装置，其中，所述气体边界层外还可以设置气体保护层，该保护层气体的流动方向可以与边界层内气体的流向相同或不同，方向也可以为竖直的、水平的、斜向下的或斜向上的。
9.根据权利要求7或8所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的装置，其中，所述吹气管或吹气口设置在锅炉水冷壁(2)壁面上，其为沿锅炉水冷壁(2)竖直壁面自上而下分段布置的多排横向狭缝式吹气管(4)或沿锅炉水冷壁(2)水平壁面水平方向分段布置的多排纵向狭缝式吹气管(3);或所述吹气管或吹气口设置在火电锅炉的过热器、再热器和/或省煤器管壁附近，其为环绕受热面的环形吹气管或喷气口。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的一种防止火电锅炉受热面结焦积灰的装置，其中，所述流动气体可以为从锅炉二次风中引过来的温度可调的空气、从烟道抽取的烟气，或二者的混合 物，优选地，所述从烟道抽取烟气可以是在省煤器(8)前、省煤器(8)后、或空气预热器后。
【文档编号】F23J3/02GK103912887SQ201410104926
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】傅培舫, 岳芳 申请人:华中科技大学