3765 应用声波锅炉清灰装置的设计
3765 应用声波锅炉清灰装置的设计,应用,利用,运用,声波,锅炉,装置,设计
XX 大学 XX 学院毕业设计说明书题 目: 专 业: 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 学 号: XX63230 姓 名: XX 指导教师: XX 完成日期: 2012 年 05 月 20 日 XX 大学 XX 学院毕业论文(设计)任务书设计(论文)题目: 应 用 声 波 锅 炉 清 灰 装 置 的 设 计 学 号: XX63230 学生姓名 XX 专 业: 机械设计制造及其自动化 指导教师: XX 系主任: XX 1、检索国外声波清灰装置系统的发展动态,分析国内的现状; 2、完成系统中清灰装置结构设计; 3、完成清灰系统具体应用的分析; 4、完成系统中控制器设计; 5、完成系统中抗干扰设计; 6、总结声波清灰装置系统设计的体会和收获; 7、完成毕业论文的文稿工作,要求:总字数不低于一万字,使用 A4 编辑及打印装订成册; 8、技术图纸:声波清灰装置结构原理图 1 张(0 号) 、清灰系统示意图 1 张(0号) 、清灰系统流程图 1 张(0 号) ; 9、翻译英文技术资料:翻译国声波清灰装置系统的(或相关课题)开发及设计的英文资料。要求:3000 单词,复印原稿与翻译(打印)稿同册装订。 二、重点设计的问题:1、系统中清灰装置结构设计; 2、清灰装置实际应用; 3、系统中控制器设计; 三、进度安排各阶段完成的内容 起止时间1 资料检索、查询 2012 年 2 月 20 日 3 月 5 日2 系统总体方案构思及设计 2012 年 3 月 6 日 3 月 15 日3 完成声波清灰装置系统方案选择设计 2012 年 3 月 16 日 3 月 31 日4 完成声波清灰装置结构设计; 2012 年 4 月 1 日 4 月 15 日5 完成控制器设计; 2012 年 4 月 16 日 4 月 30 日6 毕业设计论文撰写和编辑 2012 年 5 月 1 日 5 月 15 日7 交毕业设计说明书和图纸,答辩准备 2012 年 5 月 16 日 5 月 25 日四、应收集的资料及主要参考文献1王永华.现代电气控制及 PLC 应用技术M.北京北京航空航天大学出版社,2008.2.2韩建海,马伟.机械工程测试技术M.北京清华大学出版社,2010.5.3左其武,张殿印.锅炉除尘技术M.北京化学工业出版社,2010.2.4赵近芳.大学物理学M.北京北京邮电大学出版社,2008.6.5陈小异,孔晓红.机械工程控制基础M.北京高等教育出版社,2010.5.6何玲,朱海潮,邱小军,杜功焕.声学理论与工程应用M.北京北京科学出版社,2007.11.7黄建文,章鸣嬛.现代数字电路基础M.北京机械工业出版社,2010.2.8王岳,高宝桐.声波清灰器在燃煤电厂电除尘器中的应用 J.华北电力技术,2008,No.412-15.9金爱顺,刘亚年.声波吹灰技术在燃煤锅炉上的应用J.黑龙江电力,2006,No.28158-160.10金爱顺.基于 PLC 实现锅炉声波吹灰系统的优化设计J.黑龙江电力,2007,No.2952-56.11金爱顺.电站锅炉声波吹灰系统的优化设计J.煤炭技术,2006,No.12125-126.12金立坤,王岩.声波清灰技术在高炉热风炉上的应用J.山东冶金,2010,No.176-78XX 大学 XX 学院毕业论文(设计)评阅表学号 XX63230 姓名 XX 专业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 毕业论文(设计说明书)题目: 应 用 声 波 锅 炉 清 灰 装 置 的 设 计 评价项目 评 价 内 容选题1是否符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到综合训练的目的;2难度、份量是否适当;3是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1是否有查阅文献、综合归纳资料的能力;2是否有综合运用知识的能力;3是否具备设计方案的设计能力、设计方法和手段的运用能力;4是否具备一定的外文与计算机应用能力;5工科是否有经济分析能力。论文(设计)质量1立论是否正确,论述是否充分,结构是否严谨合理;实验是否正确,设计、计算、分析处理是否科学;技术用语是否准确,符号是否统一,图表图纸是否完备、整洁、正确,引文是否规范;2文字是否通顺,有无观点提炼,综合概括能力如何;3有无理论价值或实际应用价值,有无创新之处。综合评价评阅人: 2012 年 5 月 日XX 大学 XX 学院毕业论文(设计)鉴定意见学 号: XX63230 学生姓名: XX 专 业: 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 毕业论文(设计说明书) 56 页 图 表 3 张论文(设计)题目: 应 用 声 波 锅 炉 清 灰 装 置 的 设 计 内容提要: 本毕业设计说明书主要介绍了工业声波清灰的现状和发展状况,分析了传统清灰方式的缺点与不足,同时介绍了声波清灰系统的工作原理和具体应用,及做了具体经济性分析。并且分析了在锅炉中的具体应用情况,提出了基于 PLC 的声波清灰系统装置设计。本毕业设计说明书阐述了锅炉中采用声波清灰装置的设计,简要分析了积灰结渣机理,还分析了声波发声口的最佳布置位置。利用传感器和 PLC 对锅炉中清灰、除渣实行实时自动检测控制,从而做到及时清灰,提高工业生产效率,降低生产成本。设计说明书根据实际的输入输出接口和生产成本方面选择了合适的 CPU 和外围 IO 设备,并做出系统原理图和流程图。同时对声波清灰在具体锅炉中的应用做了一些理论设计。最后简要分析了 PLC 抗干扰设计的各项措施,并根据实际情况从硬件和软件两方面选用较合理的抗干扰措施,以提高实际生产效率。指导教师评语指导教师: 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组: 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任: 年 月 日目 录中文摘要英文摘要第一章 绪论 .11.1 选题背景及意义 .11.2 目前国内外清灰除渣现状 .11.3 本文的设计目的和主要内容 .2第二章 声波清灰器简要分析 .42.1 应用声波清灰除渣技术 .42.2 声波清灰技术简介 .42.3 声波清灰装置特点 .52.4 工作原理 .62.5 声波清灰装置的使用范围 .72.6 声波清灰器效果分析 .72.7 声波清灰器优缺点 .82.8 经济性分析结论 .8第三章 应用声波在锅炉内清灰、除渣的分析 .93.1 炉膛壁面积灰、结渣机理 .93.2 利用次声(或低频声)清灰、除渣分析 .15第四章 炉膛壁面上声波发声口的布置理论 .194.1 炉内声场 .194.2 锅炉壁面声波发声口最佳布置的优化设计 .194.3 系统及网络控制应用 .224.4 锅炉清灰除渣声波的安全设计 .224.5 声波清灰除渣装置在电站锅炉的应用 .23第五章 系统设计 .255.1 声波清灰系统 .255.2 声波清灰系统组成 .255.3 声波清灰系统安装 .285.4 关于 PLC 设计 .285.5 清灰控制程序 .325.6 抗干扰设计 .38第六章 结论与展望 .426.1 结论 .426.2 展望 .42致 谢 .43参考文献 .44附 录 外文文献翻译 .45附 录 外文文献原文 .52应 用 声 波 锅 炉 清 灰 装 置 的 设 计摘要:本课题是针对如今在锅炉中很容易形成积灰及结渣,降低了锅炉工作效率,从而提出了声波清灰方法。首先简单介绍了声波清灰技术,包括声波清灰器的工作原理经济性优缺点和发展状况。然后主要设计以次声或低频可听声为主的声波在炉膛内用于清灰、除渣的作用。提出按锅炉壁面上清灰时间与间隔,从而起到预防结渣的作用;根据炉膛内声波的传波原理,利用优化的原理对发声口的最佳布置进行理论估算,安排理论,应用技术的声波除灰,锅炉的观点和深入分析除灰。最后简单分析了声波清灰系统的系统控制设计及抗干扰措施。关键词:锅炉 声波 清灰除渣 发声器Application of the sonic boiler cleaning device designAbstract: This topic is for the easy formation of fouling and slag in boiler, reducing the boiler efficiency, sonic cleaning technology. This article first briefly describes the sonic cleaning technology, including sonic cleaning device works, the economy, advantages and disadvantages of the development. And then the main design of inferior race, sound or acoustic wave-based low-frequency audible sound in the furnace used for cleaning. Proposed cleaning time and interval according to the boiler wall, and thus play a role in preventing slag; the mass of the furnace acoustic wave principle, the use of the optimization principle of the best layout of the mouth of the sound theoretical estimates, arrange the theory, application technology sonic ash, views and in-depth analysis of boiler ash. Finally a brief acoustic cleaning system control design and anti-jamming measures.Key word: boiler, sonic wave, ash and slag disposal, sound generator第 1 页 共 56 页第一章 绪论1.1 选题背景及意义粉尘排放所造成的大气污染,不仅对人体健康有严重的危害、而且对环境生态平衡以及气候产生不利的影响。为了控制粉尘的排放对大气造成的污染,一方面是合理利用能源,改进生产和燃烧设备;另一方面则是安装废气净化装置,对污染源进行治理。安装除尘设备是保证环境质量的基础,也是实行环境规划等项。综合防治措施的前提。声波清灰装置是广泛应用的一种环保设备,具有除尘效率高且稳定可靠等特点。它的清灰方式和清灰能力直接影响除尘器的除尘效率、设备阻力以及运行工况。电站锅炉运行中出现内部积灰、结渣现象,对锅炉的经济性、安全性影响很大。锅炉受热面积灰、结渣将使传热热阻增加,排烟温度升高,使锅炉效率降低(一般排烟温度每升高 10-15,锅炉效率降低约 l%)。锅炉结渣会造成运行工况不稳、燃烧恶化、引起水循环破坏,使受热面管子爆破;灭火“放炮”损坏炉墙及炉内结构,严重时会造成锅炉炉膛爆破损坏;大渣块坠落时还会砸坏冷灰斗处水冷壁而被迫停炉。造成锅炉积灰、结渣的原因很复杂,其中涉及到燃煤的矿物质成分及理化性能、锅炉热负荷及燃烧工况的影响、锅炉喷燃装置的结构及其它辅机的影响等等。其后果非常严重。为了预防锅炉积灰、结渣或在锅炉积灰、结渣以后能及时有效的清除,这是长期摆在我们面前的一个重要课题。1.2 目前国内外清灰除渣现状声波清灰装置是一项既简单又经济的有效措施,在国外已得到了广泛的应用,在国内则刚刚起步。为了使声波吹灰器发挥出更好的清灰能力,本文对它的清灰机理、影响清灰的因素以及使用情况进行了分析设计。鉴于锅炉积灰结渣的严重性,清灰除渣装置成为电站锅炉不可缺少的重要附件之一,其使用的合适与否,直接影响锅炉的安全经济运行。1.2.1 国内外应用清灰除渣装置种类简介。a.机械除渣装置应用广泛,但故障率较高,容易造成受热面损坏。b.脉冲燃烧喷射法清灰除渣是靠可燃气体在特制紊燃管内产生爆炸,利用脉冲波清除受热面上的灰渣。是国内外设计利用声波振动清灰的一种新方法。c.振动法清灰除渣是利用激振器使受热面产生振动而清除积灰,目前仅在部分小锅炉上使用,应用范围很小。钢珠清灰仅用在小锅炉,并且烟温不能超过 898,被清灰的管子壁温不能超过 483,因此仅用在小型锅炉。声波清灰是靠声振破坏飞灰沉积原理来实现清灰除渣功能,可在任何锅炉上使用,并且能实现无死角清灰,是很有发展前景的高新项目,将可能是其它清灰除渣装置的替代产品。1.2.2 机械清灰除渣装置的使用状况第 2 页 共 56 页目前,在锅炉运行中普遍采用的是机械清灰除渣装置,对大型锅炉有效的除灰部位是水冷壁、屏式过热器和对流过热器。多数采用旋转伸缩式吹灰器、固定式吹灰器。吹扫介质一般使用蒸汽、压缩空气和水。设计考虑在锅炉运行中,采用足够数量的机械吹灰器,经常对受热面进行清扫,能较好地预防锅炉积灰、结渣和受热面腐蚀,保证锅炉安全稳定运行,提高锅炉效率。一台 HG670140-I3 型锅炉安装机械吹灰器 90台,其中炉膛伸缩吹灰器 72 台,长伸缩蒸汽吹灰器 10 台,固定旋转吹灰器 8 台。实践使用证明,这类吹灰器虽然对清除灰渣有作用,但是存在着固有的弱点。如:长伸缩吹灰器进炉后由于挠度大,卡涩等问题,经常出现无法退出现象,导致吹爆炉管而被迫停炉临修,因此,这种吹灰器在大部分锅炉上处于无法使用状态;固定旋转吹灰器容易造成固定板与管壁焊接出.裂纹导致炉管泄漏和吹爆炉管等问题,在许多锅炉上也不可能可靠的使用;水冷壁使用的短程(行程小于 0.5M)炉膛伸缩吹灰器,对清灰除渣起到了一定的作用,但是,容易吹损水冷壁管导致管壁泄漏,机械故障率高(一般锅炉使用年故障率达 30,难以维持 100%的投入率等问题。由于积灰层与管壁之间的粘附力随加热时间呈线性增加,而粘附强度随加热温度呈指数关系增加,在吹灰器作用的周期(每 8 小时吹灰一次)内,积灰的粘接强度可达5KNm,这样高强度的焦渣粘附清除是很困难的,这就说明,机械吹灰器的吹灰时效性与焦渣生长过程不匹配,易出现积灰、焦渣恶性循环,造成严重后果。另外,机械吹灰器的布置台数有限,吹扫范围固定,这就使吹灰效力存在着一定的局限性,存在着死角。可见,寻找其替代产品是一个重要课题。1.2.3 声波清灰除渣装置发展简介目前,国外 KVB 公司研制的低频声波清灰器,对锅炉对流受热面管束及烟道中不易触及的区段进行除灰,起到了较好的效果。但是,无法清除焦渣及灰壳,还没有详细资料介绍在大型炉膛内用于清除灰渣的使用情况。瑞典科康声力公司的声波清洁器,首次于 1993 年 8 月在广东东莞热电厂一台 130H 锅炉上用于清灰,同年在广州黄埔发电厂的一台 400T/H 锅炉空气预热器上应用 1KT-230/220 声波器,发现其过滤器易堵而影响清灰效果,接露粘附灰清除不佳等问题。另外,国内用户对锅炉具有清灰除渣作用的设备要求价格合理,使用可靠。因此,国外设备并没有被广泛接收。国内 1990年开始以中国科学院郑平教授研制的声波清灰器在一些中小型锅炉上使用,获得了一定的效果。目前多家生产此类产品,存在着声功率级低、产品故障率高等问题,使一些用户安装后又拆除。因此,用声波清除灰渣技术是多领域多学科的综合知识的体现,其产品是高科技的结晶,产品能被用户所接受才是技术理论与实践的有机结合。1.3 本文的设计目的和主要内容1.3.1 设计目的a.声波在锅炉上用于清灰除渣的特点。第 3 页 共 56 页b.如何选择清灰声波的主频段、清灰时间与间隔。c.发声口布置方式。d.发声设备的改进。1.3.2 本文主要的设计内容设计以次声波(或低频声)为主的声波在炉膛内用于清除灰渣的作用。a.声波清灰器的基本介绍,包括基本原理、基本结构、一些具体应用。b.确定清灰时间与间隔。c.根据炉膛内声波的传播原理,提出计算炉膛内发声口处声波有效射程的估算模型。d.利用优化原理对发声口最佳布置进行理论估算,提出不同锅炉发声口论。e.提出锅炉清灰除渣系统控制设计。第 4 页 共 56 页第二章 声波清灰器简要分析2.1 应用声波清灰除渣技术2.1.1 声波清除灰渣的机理声波按频率可分为次声波、可听声波和超声波。频率低于 20Hz 的声波为次声波,高于 20000Hz 的声波为超声波,介于 20Hz-2OOOOHz 之间的声波为可听声波。次声波和超声波都不能引起听觉。从物理学角度来看 20Hz-20000Hz 内外的声波并无本质区别。声波由声源产生,在弹性介质中振动,到达介质或物体界面时要产生吸收、反射、折射等物理现象。波动过程是能量传播的一种形式。炉内壁面灰渣受到声波的作用,会吸收其能量,引起灰渣损坏。声波清灰、除渣是炉壁面积灰边界层在声波振动作用下形成断续,在压力场和摩擦力的相互作用下,周期性地改变边界层中的压力纵向梯度,使灰粒难以在壁面沉积,并且在足够的能量下破坏已经形成的飞灰沉积层。声波清灰、除渣可以有效地传送到炉内每个角落,起振酥焦渣、软化灰壳、清除积灰的作用,并使焦渣脱落。2.2 声波清灰技术简介清灰技术是利用一定压力的压缩空气通过特制的气流射流环,高速喷射在一个特制的共振腔体上,将压缩空气的能量调制成一定频率、振幅和声强的声波,这种所调制出的声波是一种以能量形式存在的机械波。声波快速而剧烈的振动,使周围作用空间的空气不断地压缩和放松,形成稠密与稀疏的变化的纵波,这种密疏相间的变化在其作用空间传播,对积灰、结垢在受热面的附着状态产生反复作用,使其发生“声致疲劳”断裂而剥离或破碎,脱离受热面表面,随着流动的烟气带出烟道而达到清灰的目的。这种声波吹灰器利用了声波具有的直射、反射、折射及绕射的物理特性,可以充满所作用的所有空间而不留死角,对于采用动能冲刷原理的吹灰装置作用不到的死角、拐角、边角、背面等均为声波的作用场,这正是声波清灰装置别于其他形式的吹灰原理最明显的技术优势。在正常运行条件下启动声波除灰,则由于声波的连续作用,使灰尘颗粒在声波的连续作用下,沉积、吸附条件被破坏,难以在锅炉受热面沉积和附着,使受热面持久保持洁净。这种声波吹灰器可根据启动时省煤器入口烟气温度变化曲线调整运行时间和间隔周期,相对蒸汽吹灰装置,它随着受热面积灰的形成,到达一定程度即可启动运行。在操作过程中,技术人员通过监视低温过热器、低温再热器和省煤器的进出口温度变化,找出积灰的形成、增厚规律,然后根据此规律,及时启动声波吹灰器,可以第 5 页 共 56 页有效地破坏积灰形成的条件,对其形成进行有效地阻扰。相比蒸汽吹灰装置,这种吹灰器启动相对比较频繁,因为它不必考虑对受热面管道的吹损问题,而间隔时间也比较短,所以它可以有效地阻止积灰的生成,更科学、理性地控制灰垢形成,并且有可能做到经济吹灰,优化吹灰。从而达到持久保持受热面清洁、提高传热效率的目的。这种声波吹灰器还通过声学耦合增大声波的传播距离以及对黏附在受热面上灰尘颗粒的作用强度。可以保证该类型的声波吹灰器可以使用在大型锅炉水平和竖井烟道。2.3 声波清灰装置的特点1).免维护。声波吹灰器工作时无转动、传动部件、设备及油润滑装置,不存在机械卡涩、阻滞、断油等机械故障,一旦安装,万事大吉。它的耐高温、耐腐蚀材料和强力耐磨损表而涂层使其可以适应在任何容量机组锅炉的水平、竖井烟道的任何条件,让运行变得无忧无虑,正常运行中基本无需维护便能自动、可靠地土作,减轻了除灰技术人员的劳动强度,是“免维护型”吹灰器。2).工作可靠。它的主要部件发声体、声学藕合喇叭等所用的金属材料均为高合金奥氏体不锈耐热钢,其材料标准标称温度为 1100,在可能被磨损的关键部位,采用了当前先进的等离子表而喷涂钻基合金技术,使其耐磨性能大大提高。主要的正常维护就是周期性地清埋空气过滤器滤芯和巡检日常工作,别无其他维护可做,方便可靠。3).有效作用范围大,不留死角死区,能最大限度的发挥锅炉热效率。无须停炉,可在锅炉运行过程中连续不断的清灰,无须停炉。4).不腐蚀炉体。它是媒质本身作交变振动进行清灰的,因此不含水分及腐蚀性气体,对炉体没有腐蚀。不磨损管子,传热表面可以连续保持清洁,对管子没有任何磨损。5).节约能源。它以压缩空气作动力源产生声波,因此减少煤耗,是节能型产品。结构简单,无机械传动机构,在热态下不会因机械故障而造成事故停炉。一次性投资少,和蒸汽吹灰相比可节省 1/3-1/2 的造价,因此投资回收期短,综合经济效益高。设备结构简单,检查、维修方便,操作费用和维修费用都大大降低。相关费用最低,更重要的是,由于该吹灰形对锅炉受热面的损伤最小(几乎为零),所以由此而造成的设备维护费没有。6).内置式安装,环保、噪音小。声波清灰器可以设计成炉墙式、内置式安装、发声部件全部在炉内,在炉墙安装时,采用了填充保温,隔热材料的负压墙(隔音)箱,可有效地防止声波噪音对运行环境所造成的影响,炉外声强级800dB,完全符合国家环保标准。如果采用了全部的炉内安装,在比较好的炉墙隔音条件下,更可以大大降低第 6 页 共 56 页其噪音,达到 65dB,对现场巡检人员和其他工作人员不构成噪音威胁。声波吹灰器由于其特殊的制造材料,使其可以适应任何现场苛刻的运行环境,具有灵活的安装方式和分组运行方式,保证了在大型临界和超临界机组锅炉受热面条件下的作用距离和更加优异的吹灰效果。7).该类型声波吹灰装置的条件限制。安装点的烟气流速一般应4ms,以便由于声波作用从受热面管道上剥离的灰尘颗粒顺利被流动烟气带出。不能用于灰尘颗粒处于软化温度或者接近软化温度的区域,否则将会影响声波作用效果;在锅炉炉膛内部不可用,折焰角前部区域不推荐使用。要求有比较稳定的压缩空气源(一般为厂用杂风),压力应保证在 0.35MPa 以上。采用洁净压缩空气源:推荐采用两级空气过滤装置,一级在空压机前部设置,第二级设置在母管位置。2.4 工作原理2.4.1 声波清灰器工作原理压缩空气通过进气管进入气室内,当气室内的气压达到一定程度时,使膜片产生振动位移,从而在气室与膜片之间形成环隙,空气通过环隙,顺着喇叭管冲出,形成连续的声波向外传出。如下图所示:图 2.1 声波清灰器结构示意图2.4.2 声波清灰原理声波助清灰是通过一种气声转换装置将气流的机械能转换成声能,以一定的频率和声级发向所需要的清灰空间。由于空气是一种弹性介质,当受到轻微振动引起压缩时,不会总停留在压缩状态,而会重新膨胀,对邻近空气产生“周期性”的扰动,就使得积灰表面的灰粒也产生“周期性”的振动,克服与积灰表面之间的粘附力而处于“悬浮”状态,在气流或重力作用下,脱离附着面或灰粒团而被带走或下沉,从而达到清灰作用。另外,声波振动对于积灰表面来说属于高频振动,它可以使粉尘结构松散,使得极细的粉尘、尤其是含微量水分的粉尘在积灰表面不易结成饼块,而易于脱落。声波清灰的本质是“波及”,由于声波是全方位传播(直达、反射和折射等),因而第 7 页 共 56 页作用力的方向具有多向性,但其它清灰方式的作用力是“单向”的,所以辅以声波清灰会产生很好的效果。2.4.3 声波吹灰系统构成(1)声波发声装置:清灰器本体。包含:发声头、扩声段、喇叭等。(2)系统辅助机构:气体处理装置及相关配件。包含:三联件、电磁阀、连接管件。(3)输气系统:由 DN100 和 DN50 钢管构成输气系统,提供系统所需工作介质。(4)控制部分:由一个可编程序控制器组成。为清灰系统提供各种工作指令。2.5 声波清灰装置的适用范围声波清灰器可广泛应用于大型蒸汽锅炉、热水锅炉、油田注汽炉、加热炉、锅炉省煤器、过热器、空气预热器、静电除尘器、多级旋风器和纤维过滤器上。另外,在工业生产弯道处的清洁也可用它来完成。如:锯末、洗衣粉、奶粉、水泥生产线上的清洁等,凡沉积物容易积聚的地方均可使用。2.6 声波清灰器效果分析据查文献所知,黄岛发电厂#4 锅炉是前苏联“红色锅炉工作者”制造的 E -670-13.8-545KT 型单汽包、自然循环、固体排渣煤粉炉,锅炉整体结构为 T 型布置,燃烧室被中闻双面光管水冷壁分为两个并列运行的前后双炉膛结构。锅炉设计的排烟温度为 146,锅炉效率为 90.50。 #4 锅炉于上世纪 90 年代初期投产,刚投产时,锅炉本体装配的是长杆吹灰器,由于长杆吹灰器经常发生吹灰长杆烧弯变形以致无法正常退出等缺陷,因此锅炉投产后,长杆吹灰器一直未能正常使用。后来改为蒸汽吹灰系统,效率仍不是很理想,再加上喇叭口烧坏、除灰范围有限以及其它维修方面的原因,因此,蒸汽吹灰系统基本一直处于闲置状态,仍未能正常投运。基于以上情况,长期以来,该厂#4 锅炉一直在无吹灰系统的情况下运行,锅炉炉膛上部的屏式过热器经常发生挂焦现象,受热面及尾部烟道积灰现象严重,使锅炉受热面传热效果恶化,从而导致#4 炉排烟温度较高,锅炉效率偏低,今年 6 月份,该厂对#4 炉加装了 28 台声波吹灰器,以解决#4 炉尾部受热面积灰问题。2.6.1 使用效果分析1)#4 炉声波吹灰器投运后,炉膛一直没发生挂焦现象;利用机组停运机会,进入尾部烟道检查发现,受热面积灰和原来相比明显减少,从而增强了受热面的换热效果。2)将#4 锅炉小修前后的效率测试情况进行对比,发现吹灰器投运后锅炉排烟温度比安装吹灰器前明显降低,锅炉效率有较明显的提高,以下是负荷为 210MW 时,吹灰器投运前后的锅炉参数对照表:表 2-1时间 2008.05.28 2008.08.25第 8 页 共 56 页机组负荷 210MW 210MW甲排烟温度 153.6 142.3乙排烟温度 144.5 134.3平均排烟温度 149.05 138.3锅炉效率 88.07 91.1该厂#4 炉吹灰器是于 2008 年 6 月份加装的,从表中看出,吹灰器投运后,平均排烟温度下降 10.75,锅炉效率提高了 3.03 个百分点,由此可见,节能效益非常明显。2.7 声波清洁器优缺点2.7.1 声波清洁器优点(1)自动化程度高,不需人工操作;(2)体积小、重量轻、结构简单、造价低、除灰效率高;(3)耐高温。选用优质耐热磨不锈钢材料加工而成,在 600以下的炉膛内安装可长期使用;(4)寿命长,不用维修。YSC 发生器的使用寿命高于供气管道的使用寿命,因此一次性投资可长期受益;(5)对气源要求低。只要保证气体清洁没有杂质都可使用;(6)工作区域宽。气体压力在 0.1-0.6MPa 之间都能发生高声强声波;(7)声波范围大。强声波的作用范围,单个吹灰器在 2-20 ;3m(8)耗能少。除用压缩空气或蒸汽作用力源外,无任何能耗;(9)对锅炉和辅机不造成损害。2.7.2 声波清洁器不足(1)对于炉膛或对流受热面结渣,声波吹灰器无能为力;(2)低温段空气预热器的腐蚀和严重堵塞灰垢无法清除;(3)难以清除受热面管子上已结成的坚硬灰垢。2.8 经济性分析结论(l)声波清洁器结构简单,无转动机械,无吹扫介质冲刷受热而,运行安全可靠。同时,它可以吹扫蒸汽吹灰难以达到的空间,而且除灰效果比较明显,应该大力推广和应用。(2)若以设计参数为基准,安装声波吹灰器后可以使锅炉效率提高 0.71%,实际最大吹灰效果可使锅炉效率提高 1.65%。(3)实测声波清洁器噪音在 80-85dB 左右,小于国际安全与健康机构(OSHA)规定的允许值(107dB),对运行人员的健康不会产生危害。(4)声波清洁器初期投资比蒸汽吹灰器高(近乎 215 倍),但其回收期却比蒸汽吹灰第 9 页 共 56 页器快得多,而且声波清洁器的安装、运行和检修费用都比蒸汽吹灰器低得多。第 10 页 共 56 页第三章 声波在锅炉内清灰、除渣的分析3.1 炉膛壁面积灰、结渣机理炉膛壁面上积灰、结渣是一种普遍存在的现象。一般锅炉的炉膛火焰中心温度在1600左右,灰分大多数呈溶化状态,而壁面附近的烟温较低,一般溶灰在接触到壁面时己经凝固,沉积在壁面上成疏松状,称积灰。如果烟气中的灰粒在接触壁面或壁面灰层时仍呈溶化状态或粘附状态,则粘附在壁面上形成紧密的灰渣层,称结渣。炉膛壁面上积灰、结渣,主要是由煤粉燃烧时煤中矿物成分发生作用的结果。积灰、结渣过程基本分成两个阶段,开始在管壁上形成第一层灰(原生层),但是随着其厚度的增加,其表面温度不断升高,若此烟气温度达到使灰处于溶化状态,则在第一层灰上面形成增长速度很快的沉积物(第二层灰),也就是开始了结渣过程。形成第二层灰渣后,因渣层中发生物理化学变化,致使灰层强度增加。灰渣沉积的形成过程通过以下几个途径:A壁面烟气边界层中飞灰最细微粒通过分子扩散、紊流扩散和布朗运动转移到边界层底层。B烟气中气相碱金属硫酸盐、氯化物和氢氧凝结在管壁上。C比较大的粒子随烟气气流转移进去。D飞灰粒子与壁面间的静电现象。E软化和溶化态的粒子在壁面生成沉积层。灰渣沉积层厚度通常是不均匀的,在炉膛的不同位置,灰渣的厚度和结构将有很大区别。比如,在卫燃带和燃烧中心火焰温度高,常见灰渣沉积层紧密;又如,在炉膛折焰角处由于烟气冲刷转弯易产生较厚的灰结渣沉积层。灰渣沉积层的厚度在运行中会趋于稳定,因为一方面有新的沉积层生成,另一方面受到含尘气流的冲击、各种振动、温度脉动及重力的作用使灰渣沉积层受到破坏,从壁面上落到灰斗中。灰渣沉积层挂在壁厚的最大值受到灰渣的软化温.度的限制。在此温度下灰渣表面呈塑性状态,受重力作用而下滑,使其维持一定的厚度。例如,在火焰温度 1400时,黑色玻璃渣软化温度为 1260,结渣到 20mm 时,渣面就能达到 1260开始溶化;当渣达到 145mm厚度时己经处于流动状态,这时结渣面积不断向下扩大,而厚度不增加。可见利用声波除灰,如果使积灰厚度不超过 20mm,就能起到预防结渣的作用。3.1.1 灰粒在受热面上的粘附力沉积到受热面的矿物质成份在受热面上形成一定厚度的沉积层。沉积层之所以能形成,是因为沉积物与受热面之间以及沉积物彼此之间存在着相互吸引的力,即粘附力。在锅炉受热面沉积物中存在的粘附力主要有四种:范德华力、静电力、表面张力和化学力。第 11 页 共 56 页a.范德华力灰粒在受热面上的粘附主要是靠灰粒之间的长程范德华力,即两个宏观的互作用力。可以看成一个球形灰粒和一平面间的范德华力。一个半径为 a 的球与一个平面相距 x 时两者的相互作用力为:F=Ha/(6x) (3.1)式中:H 为 HamaKar 常数,数量级为 10 Nm20-在不存在其它力的情况下,只有当灰粒与受热面之间的范德华力比其重力大或相等,才有可能粘附在受热面上。一般亚微尺寸的灰粒由于范德华力而容易沉积在受热面上。b.静电力具有偶极矩的灰粒沉积到受热面后,在电场力的作用下定向排列,形成凝聚的灰层。同时,沉积物分子均为极性分子,在电场中会极化。由于火焰电离和灰粒之间磨擦等,使灰粒获得静电荷,从而在锅炉内受热面上形成电场力:Fn=qE=neE (3.2)式中:q 一灰粒的静电荷;E 一电场强度;n 一电荷数目;e 一单位电荷。静电收集的灰沉积物粘接强度比沉积作用收集的沉积物粘接强度高 5-40 倍,但锅炉沉积物中由于分子热运动的影响,形成的电场强度不大,静电力不会成为粘附的主导力c.表面张力表面张力也称为单位表面自由能。它表示各相表面分子具有的活性。当两相接触形成界面时,界面处的两表面分子相互吸引,吸引程度可用界面张力表示。界面张力越小,说明形成的界面越稳定,界面处两相分子的吸引力与各自本体中分子间的吸引力相近。界面张力为零时,界面上分子与各自本体中分子的受力情况一样,界面实际就不存在,因而界面张力的大小可反映粘附能力的大小。界面张力的大小与很多因素有关。对固液相界面、液面相,对固相的润湿性起着很大作用。当两固相接触,只要润湿则会由表面张力引起较强的粘附。对熔融的灰粒和壁面之间,假设两者的接触为 a 湿润角(决定于煤灰组成成分)为。则可导出表面张力公式:F sin sin( + ) (3.3)rdp第 12 页 共 56 页式中,Q 为表面张力系数,对熔融状态的煤灰,其值 0.3-0.4N/m。d.化学力化学力的本质是静电力。当界面发生电子转移,原子重排,化学键的破坏与形成时,粘附力为化学力。化学力比范德华力大得多,而与化学键力相似。因此,当粘附力以化学力为主时,要想分开时十分困难的。在锅炉结渣过程中,基本上存在的是固液界面和液界面,这就使得结渣强度比固体颗粒沉积的强度大得多。湿润性良好的固体界面凝固后,或者固相灰粒经长时间的烧结作用,灰粒之间就会形成化学力吸附:F A (3.4)et式中, 为灰粒拉伸极限,约 1.2106N。A 为灰粒的接触面积。极限情况 A=4a(a 为半径)。3.1.2 粘接强度沉积物与受热面之间以及沉积物彼此之间连接的强弱(即粘接强度),对不同的煤种,不同的受热面,沉积方式是不同的。有酥松的易于清除,有牢固的即使用人工方法也难以除尽。沉积物的粘接强度取决于粘附力,影响粘附力大小的因素综合起来主要有以下几个方面。a.沉积物的状态成份.沉积物状态主要影响界面张力的大小。当沉积物为气态或熔融态及半熔融态时,表面张力要比固态沉积物大的多。同时,这几种状态的沉积物能与沉积物表面更为紧密的接触,固范德华力也比固态沉积物大得多。沉积物的成分也会影响沉积物对受热面的润湿性。加入 NaCl 或 FeS 均使润湿性2增加而难以除去。b.受热面状态热面的状态包括受热面结构,表面温度和表面组成。热面的表面越粗糙,粘接强度就越大;受热面温度影响溶灰润湿程度,当受热面基底温度低于一定值后,熔融灰粒不再粘附在其上,这一温度称初始粘附温度,在这个温度以下,熔灰沉积后会发生固化,从而影响到灰在受热面的铺展程度,进而影响粘附强度;另外,金属氧化膜存在与否及厚度均影响粘附强度。c.沉积物与受热面的热不相容性热不相容性是指沉积物和受热面的膨胀性。当温度改变时,沉积物与受热面之间不能同时、同大小、同速度地膨胀或收缩,将在界面产生不平衡应力,不平衡应力超过界面的粘接强度时发生断裂。影响热不相容性的主要因素是两者的膨胀系数,膨胀系数相差越大,热不相容性越大。运行锅炉采取突然降负荷甩渣就是应用这个道理。第 13 页 共 56 页表 3-1 锅炉钢管、氧化物与沉积物膨胀系数管 材 沉 积 物物质 膨胀系数 1-K物质 膨胀系数 1-K低碳钢 1112 60玻璃物质 69 60奥氏体钢 16181石英(大结晶) 581管金属氧化物 810 6硅酸盐 78 6如果温度改变 100,例如从 813K 突然降到 713K,对于 20 号钢管,石英性质灰渣与管之间的收缩误差为:( K K )10 0.4mm/m,可见灰渣与1226-管壁之间必定出现较大的热应力,热应力大于粘接强度时就会出现断裂现象,造成灰渣脱落。而奥氏体钢管与石英灰之间的收缩误差为: K K )12210 0.9mm/m 可见,屏式过热器处焦渣,在蒸汽温度下降 100情况下,焦渣与管6-壁之间收缩误差可达 9mm/m,必定造成焦渣脱落现象。d.炉内气氛炉内气氛的影响主要通过两方面来实现;沉积物的熔点和组成,沉积表面结构。煤灰在还原性气氛的熔点比在氧化气氛中要低,由于煤灰中含铁,当 Fe O 被还原成23Fe0 时,熔点要降低润湿性要增加,粘附力要加大。另外,钢在还原气氛中处理表面粗糙度大,使沉积物的粘接强度增大。因此,使用空气清灰时容易造成炉内氧化气氛,可提高灰熔点,降低沉积物的粘接强度。e.烧结沉积物与受热面之间以及沉积物之间要获得强烈连接,必须有化学力存在。由于烧结是伴随着界面处物质的传递而产生的,因此只要发生烧结就存在着化学力。烧结的程度代表了由此产生的化学力的大小,也即决定了粘接强度。烧结程度可用界面增长率 X/r 表示)( rt25.1rX(3.5)式中:x-假定为圆形界面的半径;r-球形颗粒半径;Y-表面张力;t-时间;-粘度。第 14 页 共 56 页从式中可见,X/r 与灰粒半径、粘度等成反比,表面张力、烧结时间成正比。随着时间增加,烧结强度也增加,从而粘接强度也增加。表 3-2:绘制出 Xr 与建立粘接强度的关系从表 3-2 中可以简单了解到声波用于锅炉清灰是有条件的,当 X/r 小于 0.1 时,声压方可飞灰的粘附力而起清除作用,当 X/r 大于 0.1 时,考虑声致疲劳。表 3-2 基于 X/r 与粘接强度之间的关系Xr 烧结强度 说 明0.001
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