强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统

摘要

本发明强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统涉及一种用于电站燃用准东煤Π形锅炉的高温对流受热面和半辐射受热面，采用蒸汽为工质的高效清洁系统。本发明包括低温再热器出口联箱导汽管、吹灰汽源分侧总截止阀、吹灰汽源分侧配汽联箱、屏式过热器吹灰配汽联箱进汽阀、高温过热器吹灰配汽联箱进汽阀、高温再热器吹灰配汽联箱进汽阀、屏式过热器吹灰配汽联箱、高温过热器吹灰配汽联箱、高温再热器吹灰配汽联箱、吹灰器组启停阀、吹灰器组供汽小联箱、超音速汽流喷嘴、超音速汽流喷嘴定位套板、顶棚管、顶棚管鳍片、分布式控制系统、连接管道；超音速汽流喷嘴出口为带圆角的窄长矩形容易布置在顶棚过热器和侧包墙过热器管间，贴近需要清灰的受热面，按需要可以布置大量超音速汽流喷嘴，具有远超过现有技术的长行程蒸汽吹灰器的清灰能力。

说明书

(一)技术领域：

本发明强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统涉及一种用于电站燃用准东煤Π形锅炉的高温 对流受热面和半辐射受热面，采用蒸汽为工质的高效清洁系统。

(二)背景技术：

自从有了电站锅炉就有了蒸汽吹灰器，其结构近百年没有大的变化。

现有技术用于高温对流受热面和半辐射受热面的蒸汽吹灰系统包括：总关断阀、蒸汽减 压站、连接管道、手动检修用隔离阀、疏水阀、长行程蒸汽吹灰器、PLC(可编程控制器)； 典型的长行程蒸汽吹灰器的汽源取自过热器分隔屏出口(19.3MPa563℃)，蒸汽减压站减压 后3.0MPa493℃；长行程蒸汽吹灰器的内管是固定的，减压后的蒸汽经手动检修用隔离阀和 长行程蒸汽吹灰器自带的进汽阀进入内管，可伸缩、旋转的吹灰枪管的内表面与内管的外表 面动配合，环形的密封填料函保持内管与吹灰枪管之间的严密性；吹灰枪管的端部设有1个或 者2个径向喷嘴；长行程蒸汽吹灰器的设计蒸汽流量通常为60kg/min到120kg/min；吹灰枪管 由电动跑车驱动送入炉内，进汽阀开启，吹灰开始，吹灰枪管边旋转边前进到达极限位置后 反向运动；在PLC控制下长行程蒸汽吹灰器可以长时间持续往复运行，也可以工作指定的往复 次数；长行程蒸汽吹灰器通常布置在各组受热面之间，对布置在其前、后的受热面提供一种 概率吹灰的功能。

现有技术的电站锅炉在掺烧准东煤40％以上时，出现炉膛燃烧器区域结渣严重；屏式过热 器、高温过热器、高温再热器烟侧沾污、积灰、堵塞严重；排烟温度升高，带负荷能力下降 等现象。如期望100％燃用准东煤，现有技术的通常做法是将配置的长行程蒸汽吹灰器增加一 倍并且连续运行，也还没有电站锅炉100％燃用准东煤长期、安全运行的记录。

(三)发明内容：

所要解决的技术问题：

现有技术的长行程蒸汽吹灰器的工作压力不能过低，压力低不仅吹灰能力下降而且吹灰 枪管挠度增大，可能缩不回来，烧坏吹灰枪管；工作压力也不能过高，过高难以保证环形密 封填料函的严密性；吹灰枪管运行中会逐渐减薄，工作压力过高吹灰枪管工作寿命也缩短； 为此现有技术的长行程蒸汽吹灰器必须配置蒸汽减压站使工作压力在小范围内波动。

蒸汽在减压站内的减压过程，从热力学角度看是一个等焓熵增过程，使蒸汽在喷嘴中由 压力能转换为速度能的能力大大下降，吹灰效能也大幅度下降。

现有技术的长行程蒸汽吹灰器结构复杂，维护工作量大，维护费用高，造价高；炉外需 要宽大的安装、运行、维护平台配合；吹灰枪管的端部的1个或者2个径向喷嘴由于结构上 的限制，喷嘴效率低下；由于结构上的局限，现有技术的长行程蒸汽吹灰器难以制造大于 120kg/min的产品。

由于上述原因，期望能100％燃用准东煤的锅炉，配置的长行程蒸汽吹灰器增加一倍，能 布置长行程蒸汽吹灰器的侧墙放满了，吹灰器连续运行也没有把握长周期保持屏式过热器、 高温过热器、高温再热器的清洁状态。

解决其技术问题采用的技术方案：

本发明强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统的目的是提供一种用于电站燃用准东煤Π形锅 炉的高温对流受热面和半辐射受热面，采用蒸汽为工质的高效清洁系统。采取与现有技术不 同的技术路线，解决现有技术的长行程蒸汽吹灰器能耗高，清灰效能低，特别是在100％燃用 准东煤电站锅炉上不能长期保持对流受热面和半辐射受热面洁净的问题。

本发明强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统包括低温再热器出口联箱导汽管(1)、吹灰 汽源分侧总截止阀(2)、吹灰汽源分侧配汽联箱(3)、屏式过热器吹灰配汽联箱进汽阀(4)、 高温过热器吹灰配汽联箱进汽阀(5)、高温再热器吹灰配汽联箱进汽阀(6)、屏式过热器 吹灰配汽联箱(7)、高温过热器吹灰配汽联箱(8)、高温再热器吹灰配汽联箱(9)、吹灰 器组启停阀(10)、吹灰器组供汽小联箱(11)、超音速汽流喷嘴(12)、超音速汽流喷嘴 定位套板(13)、顶棚管(14)、顶棚管鳍片(15)、分布式控制系统、连接管道；超音速汽 流喷嘴(12)为气动力学性能良好的缩放形喷嘴，进口圆形有插入式接管承台，喉部转化为 带圆角的窄长矩形，在喉部汽流达到当地音速，在渐扩段汽流继续升速达到高超音速，出口 断面为带圆角的窄长矩形，易于布置在顶棚过热器/侧包墙过热器管间；2至6只超音速汽流喷 嘴(12)并联为超音速汽流喷嘴组，由吹灰器组供汽小联箱(11)供汽；各吹灰器组启停 阀(10)受分布式控制系统的控制，控制各组超音速汽流喷嘴的持续吹灰时间和间隔时间， 可以在一定程度上补偿受热面的热偏差，提高电站锅炉的运行安全性；各组超音速汽流喷嘴 的一次持续吹灰时间为30s至120s，2次吹灰时间间隔为1h至24h；吹灰汽源取自低温再热 器出口联箱导汽管(1)，该处蒸汽焓值较高，压力适中，有较高的理想焓降，该处取汽对低 温再热器的受热面管内质量流量的影响比较均匀。

发明的有益效果：

·解决现有技术的电站锅炉燃用准东煤高温对流受热面和半辐射受热面沾污、积灰、 堵塞严重的问题，提供一种以蒸汽为工质的高效清洁系统；

·超音速汽流喷嘴具有高喷嘴速度系数，更有效地将蒸汽的压力能转换为速度能；

·无蒸汽减压站无熵增过程，超音速汽流喷嘴可获得更高的可用焓降，超音速汽流喷 嘴出口流速可超过1200m/s，同样质量蒸汽具有的动能比现有技术的长行程蒸汽吹灰器要高 一个数量级；

·超音速汽流喷嘴出口为带圆角的窄长矩形容易布置在顶棚过热器和侧包墙过热器管 间，贴近需要清灰的受热面，按需要可以布置大量超音速汽流喷嘴，具有远超过现有技术的 长行程蒸汽吹灰器的清灰能力；

·超音速汽流喷嘴具有强指向性，布置在锅炉顶棚上的超音速汽流喷嘴组特别适合用 于打通受热面之间搭桥式的积灰；

·按需要可以设计大流量超音速汽流喷嘴，没有技术上的困难；

·超音速汽流喷嘴无运动部件，制造成本、运行成本、维护成本低于现有技术的长行 程蒸汽吹灰器；

·超音速汽流喷嘴沿炉宽按需要可分为8至24组，各组分时投入，受DCS(分布式 控制系统)控制，控制各组超音速汽流喷嘴的持续吹灰时间和间隔时间，可以在一定程度上 补偿受热面的热偏差，提高电站锅炉的运行安全性；

·各组超音速汽流喷嘴的一次持续吹灰时间为30s至120s，2次吹灰时间间隔为1h 至24h，其能耗要小于连续运行的现有技术的长行程蒸汽吹灰器；

·蒸汽输送管道较短，标高变化小，有自疏水能力，各组超音速汽流喷嘴启动前无需 疏水程序；

·机组负荷越高，强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统的清灰能力越强，有利于机组长周 期高负荷运行；

·强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统也可以用于燃用普通烟煤、贫煤、褐煤、无烟煤的 电站锅炉，与现有技术的长行程蒸汽吹灰器相比不仅具有制造成本、运行成本、维护成本低 的优势，而且可以在一定程度上补偿受热面的热偏差，提高电站锅炉的运行安全性。

(四)附图说明：

图1为强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统供汽系统图。

图2为超音速汽流喷嘴在顶棚管上的定位安装图。

在图1和图2中：

1   低温再热器出口联箱导汽管、             2   吹灰汽源分侧总截止阀、

3   吹灰汽源分侧配汽联箱、                 4   屏式过热器吹灰配汽联箱进汽阀、

5   高温过热器吹灰配汽联箱进汽阀、         6   高温再热器吹灰配汽联箱进汽阀、

7   屏式过热器吹灰配汽联箱、               8   高温过热器吹灰配汽联箱、

9   高温再热器吹灰配汽联箱、               10  吹灰器组启停阀、

11  吹灰器组供汽小联箱、                   12  超音速汽流喷嘴、

13  超音速汽流喷嘴定位套板、               14  顶棚管、

15  顶棚管鳍片。

(五)具体实施方式：

现结合图1以一台600MW等级，燃用准东煤主汽温度/再热汽温度605℃/623℃的一次再 热Π型超超临界电站锅炉为例说明实现本发明的优选方式。

本发明强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统包括低温再热器出口联箱导汽管(1)、吹灰 汽源分侧总截止阀(2)、吹灰汽源分侧配汽联箱(3)、屏式过热器吹灰配汽联箱进汽阀(4)、 高温过热器吹灰配汽联箱进汽阀(5)、高温再热器吹灰配汽联箱进汽阀(6)、屏式过热器 吹灰配汽联箱(7)、高温过热器吹灰配汽联箱(8)、高温再热器吹灰配汽联箱(9)、吹灰 器组启停阀(10)、吹灰器组供汽小联箱(11)、超音速汽流喷嘴(12)、超音速汽流喷嘴 定位套板(13)、顶棚管(14)、顶棚管鳍片(15)、分布式控制系统、连接管道；超音速汽 流喷嘴(12)为气动力学性能良好的缩放形喷嘴，进口圆形有插入式接管承台，喉部转化为 带圆角的窄长矩形，在喉部汽流达到当地音速，在渐扩段汽流继续升速达到高超音速，出口 断面为带圆角的窄长矩形，易于布置在顶棚过热器/侧包墙过热器管间；2至6只超音速汽流喷 嘴(12)并联为超音速汽流喷嘴组，由吹灰器组供汽小联箱(11)供汽；各吹灰器组启停 阀(10)受分布式控制系统的控制，控制各组超音速汽流喷嘴的持续吹灰时间和间隔时间， 可以在一定程度上补偿受热面的热偏差，提高电站锅炉的运行安全性；各组超音速汽流喷嘴 的一次持续吹灰时间为30s至120s，2次吹灰时间间隔为1h至24h；吹灰汽源取自低温再热 器出口联箱导汽管(1)，该处蒸汽焓值较高，压力适中，有较高的理想焓降，该处取汽对低 温再热器的受热面管内质量流量的影响比较均匀。

低温再热器出口联箱导汽管(1)的取汽口向上，连接管向上穿出炉顶大包后设置吹灰 汽源分侧总截止阀(2)；低温再热器出口联箱导汽管(1)分为A、B两侧，图1仅画出其中 的一侧。

屏式过热器吹灰配汽联箱(7)、高温过热器吹灰配汽联箱(8)、高温再热器吹灰配汽 联箱(9)的长度分别为炉膛宽度的一半，各联箱分为A、B两侧，图1仅画出其中的一侧。

吹灰器组启停阀(10)为快速电动金属密封球阀，最高工作温度580℃，沿炉宽布置在 炉顶大包之上，每台炉设置吹灰器组启停阀(10)共45只，分为3列，其中屏式过热器列设 置15只，高温过热器列设置17只，高温再热器列设置13只。

超音速汽流喷嘴(12)为精密铸造产品，材质为马氏体不锈钢1Cr13，设计流量120kg/min (单只)，每台炉设置超音速汽流喷嘴(12)共180只，全部布置在顶棚，其中屏式过热器部 位设置60只，高温过热器部位设置68只，高温再热器部位设置52只。

超音速汽流喷嘴定位套板(13)用于固定超音速汽流喷嘴(12)，足以承受超音速汽 流喷嘴(12)工作时的动反力和连接管道热膨胀的推力，材质为12Cr1MoV。

连接管道材质为12Cr1MoV，全系统以吹灰汽源分侧总截止阀(2)为最高点，阀前阀后 的连接管道至少有5％的向下水力坡度，连接管道有必要的柔性，足以吸收吹灰器组启停阀 (10)启停时产生的连接管道热变形。