锅炉受热面模拟实验设备的制作方法

本发明涉及热力设备模拟实验领域，特别涉及一种锅炉受热面模拟实验设备。

背景技术：

目前大型电站煤粉锅炉由于入炉煤质含硫量高，炉内缺氧低氮燃烧等因素，导致炉膛受热面高温腐蚀和结渣现象严重。高温腐蚀会导致受热面管壁减薄过快，爆管现象频发。锅炉受热面结渣后，与烟气的热交换能力下降，导致管壁超温，减温水量增加，锅炉效率下降。受热面的高温腐蚀和结渣严重影响了机组的运行的安全性和经济性。

由于锅炉炉膛内煤粉燃烧过程非常复杂，受热面的高温腐蚀和结渣机理至今都未完全弄清。目前对于水冷壁管高温腐蚀和结渣的研究主要通过实验模拟进行。开发出一种能准确模拟锅炉炉膛内煤粉燃烧状况，来研究锅炉受热面管材的高温腐蚀和结渣机理的实验系统十分必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锅炉受热面模拟实验设备，模拟锅炉炉膛内煤粉燃烧和对锅炉受热面的作用过程，从而帮助研究锅炉受热面管材的高温腐蚀和结渣机理。

本发明公开一种锅炉受热面模拟实验设备，包括：

风粉供给系统，用于提供不同浓度的风粉混合物；

燃烧筒，包括与所述风粉供给系统连通的燃烧室；

点火源，用于点燃所述风粉混合物，点燃的所述风粉混合物在所述燃烧室内燃烧；

水冷壁管，设于所述燃烧室内，包括管壁和管壁内的用于介质流动的管腔；

冷却系统，与所述水冷壁管的管腔密封连通，用于为所述管腔提供冷却介质；

测温系统，包括用于测量所述管壁的壁面温度的第一测温装置和用于测量所述燃烧室内烟气温度的第二测温装置。

在一些实施例中，所述冷却系统包括用于调节流过所述管腔的冷却介质的流量的流量调节装置。

在一些实施例中，所述锅炉受热面模拟实验设备还包括采集分析系统，包括用于拍摄所述水冷壁管的管壁的壁面图像的图像采集装置和/或与所述燃烧室连通的烟气采集分析装置。

在一些实施例中，所述采集分析系统包括与所述燃烧室连通的烟气采集分析装置，所述锅炉受热面模拟实验设备还包括与所述烟气采集分析装置、所述风粉供给系统和所述第二测温装置信号连接的控制装置，所述控制装置被配置为：根据所述第二测温装置的测温结果和所述烟气采集分析装置的分析结果控制所述风粉供给系统调整提供的风粉混合物的浓度。

在一些实施例中，所述燃烧筒上设置观察窗，所述图像采集装置设置于所述燃烧筒外并通过所述观察窗拍摄所述水冷壁管的管壁的壁面图像。

在一些实施例中，所述风粉供给系统包括煤粉罐、连接所述煤粉罐与所述燃烧筒的连接管、用于控制所述煤粉罐输出的煤粉量的阀门和设在所述连接管上的引射风管，所述引射风管的喷口朝向沿所述风粉混合物流动方向的下游。

在一些实施例中，在所述连接管与所述燃烧筒之间设有文丘里管，所述点火源的点火头设于所述文丘里管内。

在一些实施例中，所述第一测温装置包括设于所述水冷壁管的壁面上的热电偶，和/或所述第二测温装置包括设于所述燃烧室内的热电偶。

在一些实施例中，所述水冷壁管的管壁的壁面上设有防护区域和对照区域，所述防护区域上设有耐腐蚀涂层和/或防结渣涂层。

在一些实施例中，所述锅炉受热面模拟实验设备包括多个水冷壁管，所述多个水冷壁管沿所述燃烧筒的轴向间隔分布。

在一些实施例中，所述多个水冷壁管包括靠近所述燃烧筒的入口的第一水冷壁管、设于所述燃烧筒中部的第二水冷壁管和靠近所述燃烧筒的出口的第三水冷壁管。

在一些实施例中，所述水冷壁管包括两个管径相同的钢管和连接在所述两钢管之间的翅片。

基于本发明提供的锅炉受热面模拟实验设备，通过设置风粉供给系统提供不同浓度的风粉混合物进行点燃后在燃烧筒内燃烧，并通过设置冷却系统和测温系统模拟锅炉炉膛内的温度分布，从而可以准确的模拟锅炉炉膛内煤粉燃烧和对锅炉受热面的作用过程，从而帮助研究锅炉受热面管材的高温腐蚀和结渣机理。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的锅炉受热面模拟实验设备的结构示意图；

图2为另一实施例的锅炉受热面模拟实验设备的的水冷壁管的结构示意图；

图3为图2所示的水冷壁管的另一角度的结构示意图。

具体实施方式

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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图1所示的锅炉受热面模拟实验设备包括风粉供给系统、燃烧筒8、点火源4、水冷壁管5、冷却系统10和测温系统。

风粉供给系统用于提供不同浓度的风粉混合物。风粉供给系统可以调节送入燃烧筒8燃烧的一次风粉的浓度。燃烧筒8包括与风粉供给系统连通的燃烧室，燃烧室用于风粉混合物充分燃烧。燃烧筒可以采用耐高温的高纯石英管制作。点火源4用于点燃风粉混合物。点火源可以采用高频电弧，风粉混合物在经过点火源时，点火源将风粉混合物点燃，点燃的风粉混合物喷入燃烧室内燃烧。水冷壁管5为锅炉炉膛的水冷壁的部分管段，作为实验对象设于燃烧室内，水冷壁管5包括管壁和管壁内的用于介质流动的管腔。冷却系统10与水冷壁管5的管腔密封连通，用于为管腔提供冷却介质。冷却介质可以为压缩空气、冷却水等。测温系统包括用于测量管壁的壁面温度的第一测温装置11和用于测量燃烧室内烟气温度的第二测温装置7。

下面以一个实施例的锅炉受热面模拟实验设备的实验过程来示意本实施例：

在实验时，通过风粉供给系统向燃烧室提供一定浓度的风粉混合物。风粉混合物经过点火源4时被点火源4点燃，然后点燃的风粉混合物喷入燃烧室中，体积急剧膨胀，火焰迅速扩展，风粉混合物在燃烧室内充分燃烧。冷却系统10在水冷壁管5内通入的冷却介质，使水冷壁管5的壁面温度在风粉混合物燃烧时贴近锅炉燃烧环境时的温度，温度范围大概为400-600℃。通过第一测温装置11和第二测温装置7可以实时测量管壁的壁面温度和燃烧室内的烟气温度。风粉混合物燃烧后产生的高温烟气携带灰渣在燃烧室内扩散，部分灰渣会粘附在水冷壁管5的壁面上结渣，同时部分壁面可能会产生高温腐蚀现象。通过研究分析燃烧室内的烟气温度、壁面温度、水冷壁管5的壁面情况、风粉混合物的浓度可以模拟分析研究锅炉受热面管材的高温腐蚀和结渣机理。

本实施例的锅炉受热面模拟实验设备，通过设置风粉供给系统提供不同浓度的风粉混合物，风粉混合物被点燃后在燃烧筒8内燃烧，并通过设置冷却系统10和测温系统模拟锅炉炉膛内的温度分布，从而可以准确的模拟锅炉炉膛内不同浓度的风粉混合物的燃烧和对锅炉受热面的作用过程，从而帮助研究锅炉受热面管材的高温腐蚀和结渣机理。

在一些实施例中，如图1所示，冷却系统10包括用于调节流过管腔的冷却介质的流量的流量调节装置。通过冷却系统10调节冷却介质的流量，可以调节实验时水冷壁管5的壁面温度，从而可以研究风粉混合物燃烧时在不同温度下的水冷壁管5的壁面的高温腐蚀和结渣情况。

在一些实施例中，如图1所示，锅炉受热面模拟实验设备还包括采集分析系统，包括用于拍摄水冷壁管5的管壁的壁面图像的图像采集装置6和/或与燃烧室连通的烟气采集分析装置9。通过设置图像采集装置6，可以在不用从燃烧室中取出水冷壁管5的情况下，通过拍摄图像，对管壁的壁面实验情况进行记录和分析。通过设置烟气采集分析装置9，可以实时采集燃烧室内的风粉混合物燃烧时的烟气进行分析，例如通过烟气分析仪进行分析等，从而研究水冷壁管5的壁面的高温腐蚀和结渣与烟气成分之间的关系。

在一些实施例中，采集分析系统包括与燃烧室连通的烟气采集分析装置9，锅炉受热面模拟实验设备还包括与烟气采集分析装置9、风粉供给系统和第二测温装置7信号连接的控制装置，控制装置被配置为：根据第二测温装置7的测温结果和烟气采集分析装置9的分析结果控制风粉供给系统调整提供的风粉混合物的浓度。该实施例中，通过设置控制装置，可以根据烟气采集分析装置的分析结果，例如烟气中的成分、比例等以及第二测温装置7测得的烟气温度，来控制调节风粉供给系统的提供风粉混合物的浓度，以更好地模拟锅炉燃烧烟气。

在一些实施例中，如图1所示，燃烧筒8上设置观察窗，图像采集装置6设置于燃烧筒8外并通过观察窗拍摄水冷壁管5的管壁的壁面图像。观察窗可以为透明玻璃窗，图像采集装置6可以包括红外高速摄像机，该设置可以使图像记录更加方便准确。

在一些实施例中，如图1所示，风粉供给系统包括煤粉罐1、连接煤粉罐1与燃烧筒8的连接管、用于控制煤粉罐1输出的煤粉量的阀门2和设在连接管上的引射风管3，引射风管3的喷口朝向沿风粉混合物流动方向的下游。阀门2可以为手动或者电动，通过调节阀门2的开度，可以调节煤粉罐1输出的煤粉量。引射风管3可以为煤粉罐1输出的煤粉提供一次风，同时引射风管3喷口朝向下游，从而可以在煤粉罐1的出口处形成负压，有利于煤粉罐1中的煤粉的下落。本实施例通过调节阀门2的开度以及引射风管的引射风的流量，可以调节进入燃烧室内燃烧的风粉混合物的浓度，从而可以方便研究锅炉受热面管材的高温腐蚀和结渣与不同风粉混合物以及在不同浓度风粉混合物下形成的不同烟气氛围之间的关系。

在一些实施例中，如图1所示，在连接管与燃烧筒8之间设有文丘里管，点火源4的点火头设于文丘里管内。通过该设置，风粉混合物在经过文丘里管时浓度可以得到提高，且风粉混合物的浓度提高更加平稳，从而有助于点火源4对风粉混合物进行快速点燃。同时，可以使风粉混合物点燃后体积膨胀时减小阻力，使进入燃烧室更加平稳。

在一些实施例中，第一测温装置11包括设于水冷壁管5的壁面上的热电偶，和/或第二测温装置7包括设于燃烧室内的热电偶。该设置可以方便可靠地获得水冷壁管5的壁面温度以及燃烧室内的烟气温度。

在一些实施例中，如图2和图3所示，水冷壁管5的管壁的壁面上设有防护区域12和对照区域15，防护区域12上设有耐腐蚀涂层和/或防结渣涂层。该设置可以研究锅炉受热面管材的高温腐蚀和结渣与是否设置耐腐蚀涂层和/或防结渣涂层之间的关系，同时可以通过涂覆不同涂层验证不同涂层抗高温腐蚀和防结渣性能。

在一些实施例中，如图1所示，锅炉受热面模拟实验设备包括多个水冷壁管5，多个水冷壁管5沿燃烧筒8的轴向间隔分布。该设置，可以研究在风粉混合物燃烧时，处于沿风粉混合物流动方向的不同位置的水冷壁管5高温腐蚀和结渣情况。

在一些实施例中，多个水冷壁管5包括靠近燃烧筒8的入口的第一水冷壁管、设于燃烧筒8中部的第二水冷壁管和靠近燃烧筒8的出口的第三水冷壁管。该实时例可以研究水冷壁管5处于燃烧室中的初始燃烧区域、中间燃烧区域和末端燃烧区域中的水冷壁管5的高温腐蚀和结渣情况。

在一些实施例中，水冷壁管5包括两个管径相同的钢管和连接在两钢管之间的翅片。在实验时，可以按照电站锅炉膜式水冷壁的结构尺寸，制作用于高温腐蚀及结渣实验的水冷壁管5。通过采用两根钢管(材质与锅炉水冷壁一致)与中间翅片焊接而成，可以简单方便地制作实验样品。

在一些实施例中，在上面所描述的控制装置可以为用于执行本发明所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，简称：plc)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称：dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称：asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称：fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。