专利名称：用于预热器的网格式消防装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于预热器的网格式消防装置，用于大型火力发电机组回转式空气预热器的火灾扑灭，属于回转式空气预热器设备设计领域。
背景技术：
回转式预热器消防装置是确保锅炉空预器正常运行的关键设备，锅炉起停、不良燃烧、机组负荷过低阶段出现的不完全燃烧会造成大量可燃物质沉积在位于锅炉尾部的预热器受热面上，特别是回转式受热面，由于换热面布置非常集中，每立方米体积达数百平方米，非常容易在表面吸附处在从气态向液态凝结阶段的可燃物质，锅炉燃烧新风首先通过预热器使得此处供氧充足；换热面为0.4-1.2mm的钢板组成，在可燃物被点燃后会出现金属自燃现象，维持燃烧，最终完全烧毁预热器设备，迫使火电机组停止运行，由于预热器修复时间需要数月，这样的事故会给电厂造成巨大的经济损失，因此长期以来，均在系统中设有消防系统，及时扑灭预热器火灾。
传统的预热器消防系统设计多为在预热器烟气侧上下各布置一根消防水管，管子上每隔50-80mm间距设一个水喷嘴，喷嘴总数达150-250只，沿径向方向布置，通过转子转动实现消防水覆盖整个转子。这种消防装置虽能向预热器内部提供足够的消防水量，但多年运行经验表明，存在下列不足(1)要扑灭在旋转着的转子上仅有的一个或有限个着火点，转子每转一圈火点只和消防水接触一次，水利用效率很低，扑灭火灾的时间很长；(2)喷嘴数量过多，口径很小，每个喷嘴供水量很少，也容易堵塞失效；(3)在转子出现较大变形使得空气预热器转子旋转停止后，着火点得不到消防水冷却，造成火灾范围扩大，使回转式预热器设备完全损坏；近年来，不少电厂预热器出现过火灾，这种消防系统很难短时间内达到灭火目的，操作不便，缺点暴露无遗。
大流量广角喷嘴在大型仓库等工业系统中有非常成功的使用经验，具有系统简单、喷嘴不易堵塞、维护方便的优点，已有多年的成功运用业绩。将此系统推广到预热器设备，只要附加考虑烟空气流动对喷射水流的影响，可靠性毋庸置疑。
发明内容
本发明的目的是提供一种能使消防水覆盖全部转子受热面，提高消防水利用率，在预热器转子停转后，能加大着火点所在区域的消防水量，降低维护难度的用于预热器的网格式消防装置。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种用于预热器的网格式消防装置，包括供水管道、消防喷嘴、消防水量调节阀、消防水电动截止阀、消防水泵，消防供水箱和调节球阀，消防供水箱通过消防水泵与消防水电动截止阀连接，其特征在于，在对称的预热器壳体的烟气仓消防扇区设有对称的T形供水管道，通过调节球阀和供水管道与消防水电动截止阀连接，在T形供水管道上分别设有至少5个消防喷嘴；在对称的预热器壳体的二次风仓消防扇区设有对称的F形供水管道，通过调节球阀和供水管道与消防水电动截止阀连接，在F形供水管道上分别设有至少5个消防喷嘴；在对称的预热器壳体的一次风仓消防扇区设有对称的直供水管道，通过消防水量调节阀和供水管道与消防水电动截止阀连接，在直供水管道上分别设有至少3个消防喷嘴。
本发明将消防区分为数个扇形分仓区，分仓数目一般为2-4个，分别为锅炉来烟气、送风机来空气、一次风机来空气的流通区域，采用有限数量的大流量广角喷嘴，利用数个不同口径喷嘴出口的有效圆形消防覆盖区，最终达到覆盖所有分仓内的转子表面；这样在转子停转状态，所有可能着火点上方均布置有消防水源，在各仓消防喷嘴供水管路上，设消防水量调节球阀，保证在转子停转时，确定着火点位置后，有针对的关闭无着火部位消防水，从而加大着火点处消防水量，提高效率，加快灭火速度，消防供水管路采用供水距离最短的直线布置，喷嘴采用广角形式，尽量提高喷嘴到转子间距以扩大喷嘴灭火半径，简化管路，从而降低设备成本和减少维护工作，选用喷嘴口径大，而且利用预热器一次空气、二次空气、烟气压力互不相同的特点，消防管路内始终有空气流动，从而保证消除喷嘴堵塞现象，考虑喷嘴数减少，喷嘴应使用不锈钢材质保证有效和抵抗磨损。
本发明的优点是
(1)系统完善，全面考虑了预热器的各种设备使用条件下灭火需要；(2)利用管路内部通风彻底消除喷嘴堵塞因素，喷嘴口径加大，数量减少，维护简单；(3)增加调节环节，调节设备为手动球阀，操作灵活、快速，简单可靠；(4)在转子停转阶段，通过关闭无着火分仓的供水管路球阀，使着火点上方消防水充分供应，即加快灭火进度，又能减小预热器转子热变形。
图1为用于预热器的网格式消防装置结构示意图；图2为预热器本体内部喷嘴布置网格位置图；图3、4为喷嘴喷水烟气侧和空气侧消防示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例如图1所示，为用于预热器的网格式消防装置结构示意图，所述的用于预热器的网格式消防装置，包括供水管道1、消防喷嘴2、消防水量调节阀8、消防水电动截止阀9、消防水泵10，消防供水箱11和调节球阀12，消防供水箱11通过消防水泵10与消防水电动截止阀9连接，其特征在于，在对称的预热器壳体3的烟气仓消防扇区4安装对称的T形供水管道1，通过调节球阀12和供水管道1与消防水电动截止阀9连接，在T形供水管道1上分别安装5个消防喷嘴2；在对称的预热器壳体3的二次风仓消防扇区5安装对称的F形供水管道1，通过调节球阀12和供水管道1与消防水电动截止阀9连接，在F形供水管道1上分别安装5个消防喷嘴2；在对称的预热器壳体3的一次风仓消防扇区6安装对称的直供水管道1，通过消防水量调节阀8和供水管道1与消防水电动截止阀9连接，在直供水管道1上分别安装3个消防喷嘴2。
一般每台预热器设计成一个独立系统，因为消防水耗量很大，一台600MW机组用预热器每小时耗消防水量250-300吨，在每台锅炉所配两台预热器中只有一台出现火灾时，可以保证水源供给量。
考虑管路系统安全，对电厂消防水源有较大的压力适应范围，管路耐水压力余量应不小于2，管路工作水压为保证喷出水滴能落到转子换热面上，应不低于0.5MPa，但不宜过高，以免出现水耗量过大和喷水雾化加剧现象。
预热器消防系统只布置于转子上方，预热器下方的锅炉烟风道应配置排水设施。
为保证空气侧消防效果，减少带入锅炉制粉系统的水量，消除空气对消防水滴的负面影响，消防水压应不能低于设定值下限，为减少喷嘴雾化水部分，水源压力设有一上限。
本发明还必须做到1.喷嘴2形式选用原则(1)喷出介质应尽量均匀，介质应成滴状，以保证有足够的惯性，克服回转式空预器内部烟气和空气流动的携带和顶托，使之有效到达预热器转子表面，使用水压不应小于0.5MPa；(2)喷出介质有效覆盖范围内，边缘无效区域应尽量小；(3)射流有效角度应介于75°-150°。
(4)喷嘴2最小口径应大于1/2”，以保证不堵塞需要。
2.喷嘴2喷水量确定M＝f*π*[h*tan(α/2)]2/ηkg/minf回转式预热器设计规范要求的单位面积消防水量，kg/(min.m2)h喷嘴出口到转子内换热面顶部间距离，mα喷嘴有效喷射角，度η该喷嘴有效覆盖转子区与元件入口端面理论覆盖圆形面积的比值。
3.喷嘴2水量计算方式F＝F0*(P1/P0)0.5，L/min或kg/minF0喷嘴选用手册上在P0压力下出水流量，L/min或kg/minP1实际喷嘴前供水压力，MPaP0喷嘴选用手册上对应F0出水流量的供水压力，MPa4.空气和烟气流对喷嘴出口射流的影响因素计算方法
一般预热器转子上方空气流速为8-12m/s，喷嘴出口水流流速为30m/s以上，水滴密度为烟气或空气的770倍，在水滴半径大于一个限定值(和空气流速相关)时，水滴能逆空气流向下落到转子内部，此时喷嘴出口射流轮廓角大于喷嘴设计几何角度，见附图3，烟气流向和水流方向相同，水滴始终能落到转子上，但会使喷嘴出口射流轮廓角减小，见附图4。
水滴下落受重力和流体阻力共同作用。水滴在喷嘴出口斜向喷出后，水平方向受烟气(或空气)的阻力作用，阻力系数正比于水平分速度，水滴水平分速度计算式为Vx＝Vh0ge-k·t式中，Vh0为水滴离开喷嘴时的初始水平分速度(已知水压和喷嘴参数后可以方便算出)，k为烟气(空气)的阻力系数，t为时间(从水滴离开喷嘴时算起)。
水滴垂直方向受重力和空气(烟气)阻力的同时作用，水滴垂直分速度的计算式为Vy=(Vv0-Va-mggk)ge-kgm++mggk]]>式中，Vv0为水滴离开喷嘴时的初始垂直分速度(已知水压和喷嘴参数后可以方便算出)，Va为烟气(或空气流速，方向与水流向反向取正，同向取负)，k为烟气(空气)的阻力系数，m为水滴质量，g为重力加速度，t为时间。
这样便能求得水滴运动的速度计算式，对速度计算式进行积分可得其下落轨迹在水平和垂直方向位移关于时间的方程式。对位于喷嘴最外部轮廓上的水滴用上述方式计算，可以得到烟气或空气流速对喷嘴喷射角影响。
限定垂直分速度Vy＞a，(a为最小允许水滴垂直下落速度)，可以计算水滴的最小允许重量，从而可以求得喷嘴喷出水滴的最小允许尺寸，据此选择合适的喷嘴。
5.符合条件的喷嘴形式经比较，适用本系统的喷嘴形式有充圆锥型喷嘴和实心锥型凸缘型喷嘴，这两种喷嘴均能在专用喷嘴供应商处方便采购到，两种形式比较如下
本发明的设计流程网格式预热器消防系统设计过程包括以下步骤(1)按喷嘴2喷射覆盖区大于90％转子扇形面积的原则，作出喷嘴布置图，选定最佳喷嘴有效覆盖半径Rjc，参见附图2。
(2)确定有效喷射角数值根据喷嘴2位置处烟空气流方向，参见附图3，对顺流情况，将表格中查到的理论喷射角数值乘以系数(1-k)后作为有效喷射角，k为与气流速度相关的气流影响系数。对逆流情况，将表格中查到的理论喷射角数值除以系数(1-k)后作为有效喷射角。
(3)据几何关系Rjc＝h*tan(α/2)]定出喷嘴2出口到转子内传热元件表面距离h，如h在预热器上方允许安装空间可行，布置位置即已确定，得出喷嘴2布置位置和数量。
(4)按上一步布置情况，计算喷嘴2覆盖区域面积，扣去落在转子外和重叠区域的面积，即为有效喷嘴覆盖面积。将它和元件入口端面理论覆盖圆形面积相除，即为该喷嘴η值，各喷嘴应使用不同的η数值。
(5)转子上方无消防水名义死区面积应小于10％。在转子转动状态，这些“死区”实际并不存在，应保证任何一个预热器转子半径位置圆周上，90％以上弧长落在有消防水区域。
(6)根据以上得到的α、η、h、f数据，计算该喷嘴要求出水量，根据实际水源压力，折算为喷嘴2选型表格中水源压力下流量，查得喷嘴口径，需要水量介于两种口径之间时，应选用大者。
(7)计算该分仓总需水量，按管道设计规范选择管路口径，调节阀门大小。
(8)计算管路1阻力，当该阻力对喷嘴处水压影响较大时，应重新核定喷嘴大小。
(9)管路1设计考虑水击效应。在消防水总阀突然打开时，会出现水击。管路在预热器内部构件，在高温状态工作，除进入预热器壳体处为焊接外，其余固定点应为滑动固定，或留有足够的弯管段，参见附图2。
(10)调节球阀12在预热器运行时应全开。但在漏风测试时，应短时间关闭，管路内存在从空气喷嘴进入管路的空气向烟气侧流通现象，为正常流通风，不应计入预热器漏风中，参见附图1。
(11)调节球阀12使用频率很低，长期在高温状况，应使用不锈钢材质，耐温等级500℃。消防水供水泵后应有关断总阀(电动)，已隔离热空气和消防水泵。预热器外部的消防水管设有足够弯曲长度吸收膨胀参见附图1。
(12)根据预热器直径大小和分仓角度，制定出网格式预热器消防系统喷嘴布置设计标准表格，完成系列化设计工作。
权利要求
1.一种用于预热器的网格式消防装置，包括供水管道(1)、消防喷嘴(2)、消防水量调节阀(8)、消防水电动截止阀(9)、消防水泵(10)，消防供水箱(11)和调节球阀(12)，消防供水箱(11)通过消防水泵(10)与消防水电动截止阀(9)连接，其特征在于，在对称的预热器壳体(3)的烟气仓消防扇区(4)设有对称的T形供水管道(1)，通过调节球阀(12)和供水管道(1)与消防水电动截止阀(9)连接，在T形供水管道(1)上分别设有至少5个消防喷嘴(2)；在对称的预热器壳体(3)的二次风仓消防扇区(5)设有对称的F形供水管道(1)，通过调节球阀(12)和供水管道(1)与消防水电动截止阀(9)连接，在F形供水管道(1)上分别设有至少5个消防喷嘴(2)；在对称的预热器壳体(3)的一次风仓消防扇区(6)设有对称的直供水管道(1)，通过消防水量调节阀(8)和供水管道(1)与消防水电动截止阀(9)连接，在直供水管道(1)上分别设有至少3个消防喷嘴(2)。
2.根据权利要求1所述的用于预热器的网格式消防装置，其特征在于，所述的消防喷嘴(2)是大流量广角喷嘴，为充圆锥型喷嘴或实心锥型凸缘型喷嘴。
全文摘要
本发明涉及一种用于预热器的网格式消防装置，其特征在于，在对称的预热器壳体的烟气仓消防扇区设有对称的T形供水管道，通过调节球阀和供水管道与消防水电动截止阀连接，在T形供水管道上分别设有至少5个消防喷嘴；在对称的预热器壳体的二次风仓消防扇区设有对称的F形供水管道，通过调节球阀和供水管道与消防水电动截止阀连接，在F形供水管道上分别设有至少5个消防喷嘴，在对称的预热器壳体的一次风仓消防扇区设有对称的直供水管道，通过消防水量调节阀和供水管道与消防水电动截止阀连接，在直供水管道上分别设有至少3个消防喷嘴。本发明的优点是使消防水覆盖全部转子受热面，提高消防水利用率，降低维护难度。
文档编号A62C35/64GK1861221SQ20061002755
公开日2006年11月15日 申请日期2006年6月11日 优先权日2006年6月11日
发明者沈建新, 蔡明坤, 庄志伟, 汪忠 申请人:上海锅炉厂有限公司