一种热电锅炉给水强磁辅助净化装置及净化方法

1.本发明涉及工业水净化处理领域，具体为一种热电锅炉给水强磁辅助净化装置及净化方法。


背景技术：

2.在热电锅炉运行过程中，水冷壁、过热器、再热器、省煤器(简称锅炉“四管”)不时发生爆漏事故。采样分析和模拟实验表明，锅炉“四管”爆漏的原因在于管外表面磨损、管外表面腐蚀、管壁大幅过热、管内腐蚀结垢等等。显然，前三种情况需要通过锅炉结构优化设计逐步解决，第四种情况只要完善锅炉给水处理技术就可以缓解。如果撇开锅炉结构设计因素，那么锅炉给水品质便与其安全运行、能源消耗和使用寿命密切相关。水质优劣决定于ca
2+
、mg
2+
、fe
3+
、na
+
、so
42-、no
3-、hco
3-、溶解氧(do)等有害杂质的含量，为了达到gb12145-1999电力锅炉水质标准，一系列物理净化法、化学净化法等技术手段广泛应用于水净化处理工艺中。尽管如此，锅炉给水有害杂质引发的“四管”成盐结垢、换热不良、局部过热现象，尤其是过热器爆漏事故仍难以杜绝。因此，在现有锅炉给水处理工艺基础上，有必要增设给水强磁辅助净化装置，以便进一步降低给水中有害杂质的含量。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种热电锅炉给水强磁辅助净化装置，与现有给水处理工艺装置结合起来，解决了上述背景技术中提出的问题。
4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
5.本发明提供了一种给水强磁辅助净化装置包括超导线圈、过滤网和外壳，
6.所述超导线圈为由超导管连续绕制而成的环状线圈，超导线圈的内表面、外表面和两端面均采用刚性聚氨酯绝热板封闭，其再通过刚性聚氨酯绝热板上的工艺孔向超导线圈内注入环氧树脂胶结剂从而得到封闭超导线圈，所述封闭超导线圈镶嵌在外壳里；所述外壳呈环形，其内壁面上设置有容纳封闭超导线圈的环形凹槽；超导管的进口和出口穿出刚性聚氨酯绝热板和外壳位于外部；
7.所述外壳的两端面通过给水管道法兰与给水管道密封连接，其中所述外壳两端面加工有密封带，所述密封带与给水管道法兰密封带位置对应从而实现密封所述过滤网有多层，过滤网依靠胀圈安装固定在封闭超导线圈的内表面上。
8.作为本发明的优选方案，所述超导管材质为bi2sr2ca1cu2o
8+δ
(bi-2212)，其超导临界温度为80k。
9.作为本发明的优选方案，所述超导管材质bi-2212采用粉末装管法制取，控制前驱粉末熔化温度885～895℃，熔化气氛为纯氧气氛，冷却采用随炉冷却；主相占比需要高于95wt％，载流性能达到2900a
·
mm-2
以上。所述超导管材料通过制棒、加热、空拔、缓冷工艺制造，外径6.35mm，壁厚0.65mm，外表面浸渍绝缘漆。
10.作为本发明的优选方案，所述刚性聚氨酯绝热板含有二茂铁支链(fe(c5h5)2)，有
导磁性，刚性聚氨酯绝热板厚度为5mm，导热系数小于0.03w
·
m-1
·
k-1
，环氧树脂胶结剂的导热系数小于0.20w
·
m-1
·
k-1
。
11.作为本发明的优选方案，所述过滤网采用铁素体型不锈钢纤丝编织而成，材质为00cr18mo2(sus444)，铁素体型不锈钢纤丝半径为5μm，过滤网规格1340目，所述的过滤网有20层，20层过滤网叠压形成矩阵孔道，完全覆盖环状线圈内部的圆形截面，同时提高过滤网抗水流冲击能力。
12.作为本发明的优选方案，所述胀圈采用尼龙或酚醛树脂制作；所述外壳采用玻璃钢(gfrp)制作。
13.本发明还提供一种所述热电锅炉给水强磁辅助净化装置的净化方法：
14.1)将超导管的进口和出口分别连接液氮制冷机的液氮出口和进口构成循环，超导管进、出口不浸渍绝缘漆，并在进、出口之间分别连接一个电容和一个互感线圈，电容和互感线圈采用并联连接；
15.2)液氮制冷机推动液氮在超导管里循环，提供bi-2212所需的超导条件；同时互感线圈向超导线圈3施加工频交流电，超导线圈3与电容之间产生电磁振荡，产生10～100koe的均匀磁场h0；
16.3)给水由给水管道输送，并穿过过滤网；h0作为主磁场，一方面磁化锅炉给水中的杂质粒子使之产生拉莫尔进动，铁离子、钴离子、镍离子及其氧化物的粒子表现出铁磁性，其它金属阳离子表现出顺磁性，酸根阴离子表现出反磁性，另一方面磁化过滤网产生感应磁场b1，b1使过滤网附近的叠加磁场强烈弯曲，形成具有1koe
·
μm-1
磁场梯度g的磁捕陷阱，吸引杂质粒子附着在过滤网上。
17.作为本发明的优选方案，吸附有杂质粒子的过滤网能够进行脱离再生，所述脱离再生的方法为：
18.关闭液氮制冷机停止供给液氮，切断互感线圈电路；切断热电锅炉给水强磁辅助净化装置的给水，并向装置供给脱粒剂，采用脱粒剂对过滤网进行冲洗排污；过滤网中的杂质粒子将脱离过滤网，形成絮状沉淀物并排出，实现过滤网再生；
19.所述脱粒剂以除盐水为溶剂，溶入244.5～978.0mg
·
l-1
的cro2磁粉、20～25mg
·
l-1
的聚合氯化铝和0.35～0.45mg
·
l-1
聚丙烯酰胺。
20.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
21.1.在现有锅炉给水净化处理的基础上，增设给水强磁辅助净化装置可以使常规水处理工艺漏掉的金属阳离子和酸根阴离子分别吸附在多层过滤网叠压而成的矩阵孔道的两端，锅炉“四管”内表面上所结的钙盐、镁盐之类的水垢相对更加微薄。
22.2.更重要的是给水强磁辅助净化装置滤除了常规水净化处理工艺较为轻视的na
+
、so
42-、no
3-、hco
3-，消除了过热器管壁、再热器管壁、汽轮机叶片上高温结晶na2co3的物质条件，过热器管壁不再承受再生do和游离co2的腐蚀作用，对延长热电锅炉连续运行周期具有积极影响。
附图说明
23.图1为本发明给水强磁辅助净化装置的结构示意图；
24.图2为本发明给水强磁辅助净化装置工作模式转换的示意图；
25.图3为本发明过滤网纤丝磁捕杂质粒子的机理示意图；
26.图4为本发明杂质粒子所受磁力与网丝半径之间的匹配关系图。
27.标注说明：1-过滤网、2-胀圈、3-超导线圈、4-绝热板、5-外壳、6-管道法兰、7-法兰螺栓。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“连接”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；“连接”可以是机械直接连接，或通过中间媒介间接相连，也可以是电连接，或物理连接、无线联系。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发明中的具体含义。
30.参照图1至图4对本发明给水强磁辅助净化装置的实施例作进一步说明。
31.如图1所示，本实施例的给水强磁辅助净化装置，包括超导线圈、过滤网、外壳。
32.本实施例的超导线圈3为由超导管连续绕制而成的环状线圈，超导线圈的内表面、外表面和两端面均采用刚性聚氨酯绝热板4封闭，再通过刚性聚氨酯绝热板4上的工艺孔向超导线圈内注入环氧树脂胶结剂从而得到封闭超导线圈3，所述封闭超导线圈3镶嵌在玻璃钢(gfrp)制成的外壳5里，所述外壳5呈环形，其内壁面上设置有容纳封闭超导线圈3的环形凹槽；超导管的进口和出口穿出刚性聚氨酯绝热板和外壳位于外部；外壳的两端面加工出密封带，通过给水管道法兰与给水管道法兰6的密封带连接，所述过滤网1采用铁素体型不锈钢纤丝编织而成，依靠胀圈2安装固定在封闭超导线圈3的内表面上。过滤网有20层，20层过滤网叠压形成矩阵孔道，完全覆盖环状线圈内部的圆形截面。
33.在本实施例中，所述超导管材质为bi-2212，超导管材质bi-2212采用粉末装管法制取，控制前驱粉末熔化温度885～895℃，熔化气氛为纯氧气氛，冷却采用随炉冷却；主相占比需要高于95％，载流性能达到2900a
·
mm-2
以上，其超导临界温度为80k，在液氮(液化温度77k)创造的低温环境下能够产生超导现象。所述超导管材料通过制棒、加热、空拔、缓冷工艺制造，外径6.35mm，壁厚0.65mm，外表面浸渍绝缘漆。所述聚刚性聚氨酯绝热板含有二茂铁支链(fe(c5h5)2)，富有良好的导磁性，制成的刚性聚氨酯绝热板厚度大约5mm，导热系数小于0.03w
·
m-1
·
k-1
，环氧树脂胶结剂的导热系数小于0.20w
·
m-1
·
k-1
。所述过滤网1的材质为sus444，铁素体型不锈钢纤丝半径大约5μm，过滤网1规格1340目，20层过滤网1叠压形成矩阵孔道，同时提高过滤网1抗水流冲击能力。所述胀圈2采用尼龙或酚醛树脂制作。
34.在本实施例中，当给水强磁辅助净化装置工作时，将超导管的进口和出口分别连接液氮制冷剂的液氮出口和进口构成循环，液氮制冷机推动液氮在超导管里循环，提供bi-2212所需的超导条件。同时超导管进、出口不浸渍绝缘漆，并在进、出口之间分别连接一个电容和一个互感线圈，电容和互感线圈采用并联连接，互感线圈向超导线圈3施加工频交流电，超导线圈3与电解电容之间产生电磁振荡，消耗较少电能产生10～100koe的均匀磁场h0。在超导线圈3励磁、退磁过程中，涡流产生的热量很少，内冷模式超导线圈3可以抵消它
对超导条件带来的破坏。
35.在本实施例中，给水由给水管道输送，并穿过过滤网，h0作为主磁场，一方面磁化锅炉给水中的杂质粒子使之产生拉莫尔进动，铁离子、钴离子、镍离子及其氧化物之类的粒子表现出铁磁性，其它金属阳离子表现出顺磁性，酸根阴离子表现出反磁性，另一方面磁化过滤网1产生感应磁场b1，b1使网丝附近的叠加磁场强烈弯曲，形成具有1koe
·
μm-1
磁场梯度g的磁捕陷阱，犹如一个个微小的“黑洞”显现出强大的磁力，极力吸引杂质粒子附着在网丝上。
36.如图3所示，在磁捕陷阱中，外加均匀磁场h0在过滤网纤丝上产生感应磁场b1，b1在杂质粒子上产生感应磁场b2，b1使网丝附近的磁场强烈弯曲，形成较大的磁场梯度g，极力吸引杂质粒子，最终附着在网丝上，此时网丝与粒子间距s最小，吸附磁力f
x
最大。
37.网丝径向感应磁场b1分布为
38.b1＝h0·
(1+r
12
·
s-2
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
39.网丝周围粒子所在位置的磁场梯度g为
40.g＝db1/dx＝－2
·
h0·r12
·
s-3
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
41.由于粒子比较接近网丝，体积v又特别小，它显现的感应磁场b2可以看作自身的磁化强度m
p
与给水的磁化强度mw之差。如果粒子的磁化系数为χ
p
，给水的磁化系数为χw，那么
42.b2＝m
p
－mw＝(χ
p
－χw) ·
b1ꢀꢀꢀꢀ
(3)
43.显然，在均匀磁场h0的法向(即x和y轴方向)上，粒子所受磁力f
x
和fy才有利于自身被俘获，它表示为
44.f
x
＝b2·g·vꢀꢀꢀꢀ
(4)
45.将式(1)代入式(3)，式(2)和式(3)代入式(4)，得到
46.f
x
＝－8
·
3-1
·
π
·
(χ
p
－χw)
·h02
·r12
·r23
·
s-3
· (1+r
12
·
s-2
)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
47.如图4所示，针对式(5)的函数关系式，以网丝半径r1为自变量，粒子半径r2为常量，粒子所受磁力f
x
为因变量，r1取值为n倍的r2，由此描绘解析曲线。图象显示，f
x
的极大值出现在网丝半径与粒子半径处于同一数量级情况下。进而，以r1/r2为自变量，赋予其一系列数值，f
x
为因变量，求解其函数极值。结果表明，当r1/r2＝2.69时，f
x
具有极大值。可见，满足了r1≈3r2的条件，网丝磁场梯度g才能有效吸附杂质粒子，依据杂质粒子的平均半径从而确定网丝半径为5μm。
48.如图2所示，要想使给水强磁辅助净化装置连续发挥效用，一条给水管路需要安装两个给水强磁辅助净化装置，当给水强磁辅助净化装置a运行一个周期后，需要从磁捕模式转入脱粒模式，关闭给水强磁辅助净化装置a的制冷机，停止供给液氮，切断给水强磁辅助净化装置a的互感线圈电路；关闭阀1、阀3，切断热电锅炉给水强磁辅助净化装置a的给水，与此同时，给水强磁辅助净化装置b从待机模式转入磁捕模式，接通给水强磁辅助净化装置b的互感线圈电路并打开制冷机供给液氮，打开阀2、阀4，热电锅炉给水强磁辅助净化装置b给水。给水强磁辅助净化装置a转入脱粒模式后，打开阀5、阀7，启动循环泵，尔后联动打开阀9、阀10、阀11，启动加药泵向装置供给脱粒剂，加入适量脱粒剂后，停止加药泵，联动关闭阀9、阀10、阀11。脱粒剂以除盐水为溶剂，溶入244.5～978.0mg
·
l-1
的cro2磁粉、20～25mg
·
l-1
的聚合氯化铝和0.35～0.45mg
·
l-1
聚丙烯酰胺，其中cro2具有较强的磁化强度和矫顽力，磁性稳定，分散较快，pac通过氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用形
成金属阳离子堆，pam能够在阳离子堆之间不断联络架桥沟通。经过24h的循环脱粒清洗后，矩阵孔道中的杂质粒子将全部脱离过滤网1，形成絮状沉淀物，打开阀9、阀1完成2h循环排污冲洗，实现过滤网再生；再关闭循环泵、阀9、阀1，给水强磁辅助净化装置a转入待机模式。
49.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。