CN106644613B - 锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，该装置设有壳体，壳体的内腔为烟气通道，烟气通道两侧分别设置烟气进口和烟气出口，该装置安装在锅炉水冷壁背火侧的保温层中，并在锅炉水冷壁鳍片上开设有与烟气进口相适配的取样口，烟气进口经水冷壁背火侧安装在该取样口上，并经该取样口与锅炉连通。其产生的有益效果是，有效的解决了烟气取样探头（枪）烧损、堵塞和烟气取样管道堵塞问题。

Description

锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置

技术领域

本发明涉及一种燃煤电厂锅炉水冷壁高温腐蚀监控与防治技术，具体涉及一种燃煤锅炉炉膛水冷壁近壁区烟气取样装置，属于电力及动力工程技术领域。

背景技术

近年来，随着环保要求的日益严格，特别是火电厂NOx排放标准的不断提高，燃煤电厂均实施了NOx控制技术改造，采用的主流技术为低氮燃烧技术+SCR烟气脱硝技术。锅炉低氮燃烧技术组织形成的炉内强还原区虽可降低NOx的排放，但加剧了锅炉水冷壁高温腐蚀。燃煤电站锅炉水冷壁高温腐蚀是典型的硫化物腐蚀。水冷壁壁温及其近壁区烟气含氧量是影响高温腐蚀的两个关键因素。在壁温设定的条件下，提高近壁区烟气含氧量是缓解水冷壁高温腐蚀的有效途径。监测水冷壁近壁区烟气中O2、CO及腐蚀性气体H2S的浓度，是提高近壁区氧量的前提，也是开展高温腐蚀监测的基础。

目前，针对锅炉水冷壁近壁区烟气组分的监测，国内外研究者已提出了相关技术方案。专利200810236550.8提出了一种在线监测锅炉水冷壁高温腐蚀的装置与方法，包括烟气采样管、烟气分析仪、工控机、高温热电偶、显示器。通过在鳍片管上开孔布置烟气采样管，借助烟气分析仪抽取并测量烟气中CO、O2和SO2，结合高温热电偶测得的水冷壁壁温，经工控机利用改进的模糊层次分析法进行处理，得到当前高温腐蚀影响因素的权重大小，并将排序结果显示在显示器画面上。上述装置烟气采样管直接伸入炉膛内，存在烧损的风险，关于水蒸气对SO2测量的影响未给出明确的措施。

为了解决技术中涉及的取样装置堵塞问题，专利2012100887830.3提出了一种锅炉水冷壁高温腐蚀气氛监测装置。通过在烟气取样探头内部布置绞龙，在有效避免大颗粒未燃尽煤粉和渣块进入烟气取样探头的同时，还可以将进入锅炉冷凝器的细颗粒通过绞龙的搅动作用送回炉膛，显著提高高温腐蚀气氛连续监测的可靠性。但是，该装置的烟气取样探头穿过膜式水冷壁，露出部分的长度约5～10mm，绞龙的一端伸出取样探头约0～5mm，进去炉膛的取样探头和绞龙因没有冷却存在烧损的问题。另外，绞龙为活动部件极易受粉尘的影响而磨损泄露，运行可靠性不高。

实时监测水冷壁近壁区烟气组分对预防和治理水冷壁高温腐蚀具有重要的意义和价值，但由于炉膛内部烟气温度高、组分复杂、含尘量大、水冷壁鳍片宽度小、取样困难等诸多原因，导致目前已有技术在应用中尚存在以下问题：

（1）烟气取样探头（枪、装置）易烧损

由于炉膛温度高、辐射换热强、烟气取样流量小、冷却效果差等原因，安装在水冷壁上的烟气取样探头，特别是伸入炉膛内部的探头，极容易被烧损。烟气取样探头一旦烧损，会导致密封不严，出现泄露，致使测量结果失真。另外，烧损的探头前端发生熔融而变形，会导致前端取样管道堵塞，而此类堵塞采用常规的反吹等措施无法解决，致使系统无法正常工作。

（2）烟气取样口及烟气取样管路易堵塞

现有技术普遍采用鳍片开小孔抽取烟气的取样方式。由于水冷壁鳍片尺寸小（一般宽度<20mm），开得孔一般直径较小，极容易被炉膛中呈熔融态的未燃尽灰渣堵塞。另外，由于绝大多数技术过滤装置安装在距取样口一定距离的烟气取样管道内，虽然系统配备反吹装置，但烟气取样管道仍特别容易堵塞。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种可以有效防堵塞的锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，设有壳体，壳体的内腔为烟气通道，烟气通道两侧分别设置烟气进口和烟气出口，该装置安装在锅炉水冷壁背火侧的保温层中，并在锅炉水冷壁鳍片上开设有与烟气进口相适配的取样口，烟气进口经水冷壁背火侧安装在该取样口上，并经该取样口与锅炉连通。

本发明的进一步设计在于：

烟气通道内还设有烟尘过滤片，烟尘过滤片设置在烟气进口与烟气出口之间，烟尘过滤片为片状多孔滤芯。

烟气进口设置在壳体下部，烟气出口设置在与其相对侧壳体上部，壳体底面采用沿着烟气进口向上倾斜的斜面结构。

烟气通道下部与烟气进口连接部分采用渐扩式结构。壳体对应烟气通道下部与烟气进口连接部除底部的斜面结构外，其余部分采用弧形结构，该弧形结构与底部斜面共同形成烟气通道下部的渐扩式结构。

为了保证大颗粒沉积物能从斜面滚落到炉腔中，壳体底面与水冷壁鳍片夹角a为135°~170°。

烟气进口采用矩形口。

为了定时对烟气通道进行清洁，在烟气出口位置的上部设有压缩空气接口，对应该压缩空气接口相应在壳内设置均气结构，该均气结构的空气出口正对烟尘过滤片，用于接入压缩空气时对烟尘过滤片进行吹扫。

壳体底部与烟气进口位置相对侧设有反吹压缩空气接口。反吹缩空气接口沿着壳体底面斜坡方向延伸并连通烟气通道，用于接入压缩空气，对壳体底部斜坡面进行吹扫。

为了检修保养，所述壳体侧面设有检修口。

为了保证取样精度，防止装置在高温下损毁，装置整体设置在锅炉保温层中，并锅炉水冷壁鳍片上开设取样口。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

本发明解决了烟气取样探头易烧损、易堵塞的问题，与现有技术相比烟气取样探头使用寿命长，运行可靠性高。

1、本发明有效的解决了烟气取样探头（枪）易烧损、易堵塞的问题，本发明中的水冷壁鳍片上烟气取样口设计为矩形而非圆孔，该设计方案一方面可减少取样阻力（水冷壁鳍片为长条形，宽度极小（一般为7~12mm），取样口设计为圆形，会出现取样阻力大，易堵塞问题），增大了烟气抽取的量；另一方面也可以防止单个煤焦颗粒将取样口堵塞，防止取样时发生堵塞。

2、本发明设计了压缩空气接口和检修口，可以定期通过高压空气对烟气进口进行反吹，清除烟气进口周围的灰渣；也可以通过检修口对烟气入孔进行检查。

3、本发明中取样口开在相邻两根水冷壁管鳍片上，设计非常巧妙，并将烟气取样装置置于在水冷壁的背火侧，该优化的设计可以避免装置被炉膛火焰直接辐射，有效解决取样探头烧损的问题，避免高温腐蚀。同时装置设置在保温层中，利于对采样气体进行保温，有效防止取样烟气中水蒸气在进入冷凝器前冷凝，使得取样管堵塞。

4、本发明有效的解决了烟气取样管道堵塞问题，烟气取样装置内的烟气通道设计为渐扩形式，在渐扩形式的烟气取样通道内烟气流速降低，大粉尘颗粒会发生自然沉降，沉积在底部。烟气取样装置下部壳体与水冷壁鳍片夹角设计大于135°，使得沉积在底部壳体上的大颗粒可以滑回炉膛内。另外，也可以定期通过高压空气对沉积的飞灰进行定期反吹。

5、烟气取样装置内设计了烟尘过滤片，取样烟气中未沉降的细小颗粒可被片状多孔滤芯捕获，在上部高压空气的作用下定期被反吹回炉膛。

附图说明

图1是本发明的水冷壁近壁区烟气取样装置结构示意图；

图2是锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置安装示意图（侧视图）；

图3是炉水冷壁近壁区烟气取样装置安装示意图（正视图）；

图4是锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置与水冷壁鳍片连接方式示意图。

图中：1、烟气进口；2、壳体；3、烟尘过滤片；4、压缩空气接口；5、烟气出口；6、检修口；7、反吹压缩空气接口；8、烟气通道；9、膜式水冷壁；9a、水冷壁管；9b、鳍片；10、取样口；11、锅炉保温层。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一：

如图1所示，本发明的锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，安装在锅炉水冷壁鳍片的背火侧锅炉保温层中，主要设有壳体2，壳体2设有烟气进口1、烟气通道8、压缩空气接口4和烟气出口5，壳体内腔为烟气通道8，烟气进口1和烟气出口5分别设于烟气通道8两端，其中烟气进口1为矩形口，设置在壳体2的下端部，烟气出口5设置在壳体2的上端部，并位于烟气进口1位置相对侧。该装置设置在锅炉水冷壁外侧的保温层中，并在锅炉水冷壁鳍片上开设有与烟气进口1相适配的取样口10，烟气进口1经由水冷壁背火侧焊接在取样口10上，并通过该取样口10与锅炉内部连通。为减少取样阻力，烟气进口采用矩形口。

在烟气通道8内的上端靠近烟气出口4位置设有烟尘过滤片3，烟尘过滤片3固定在壳体内壁上，且周围连接处保持密封。该烟尘过滤片3为片状多孔滤芯。

本装置为了保证大颗粒沉积物能从斜面滚落到炉腔中，壳体底面采用沿着烟气进口向上倾斜的斜面结构，通常设计壳体底面与水冷壁鳍片夹角a为135°~170°。

为了保证取样通畅，烟气通道下部与烟气进口连接部分采用渐扩式结构。（通常烟气通道8垂直设置，烟气进口1与烟气出口4水平设置并垂直于鳍片，壳体对应烟气通道与烟气进口之间设有一过渡段，该过渡段除底部的斜面结构外，其余部分采用弧形结构，该弧形结构与底部斜面共同形成烟气通道下部的渐扩式结构。）

为了定时对烟气通道进行清洁，在烟气出口1位置的上部设有压缩空气接口4，对应该该压缩空气接口4位置的壳体内设置均气结构，均气结构的空气出口正对烟尘过滤片3，用于接入压缩空气时对烟尘过滤片3进行吹扫，均气结构可采用多个气孔的孔板结构。

壳体底部与烟气进口1位置相对侧设有反吹压缩空气接口7，反吹缩空气接口7沿着壳体底面斜坡方向延伸并连通烟气通道，用于接入压缩空气，对壳体底部斜坡面进行吹扫。

同时在壳体侧面还设置有一个用于保养检修的检修口6，检修口6在装置使用时保持密封。

实施例二：

本实例中，壳体底面采用平面结构，壳体对应烟气通道与烟气进口之间设有一过渡段，该过渡段采该过渡段除底部的平面结构外，其余部分采用弧形结构，该弧形结构与底部平面共同形成烟气通道下部的渐扩式结构。其余部分同实施例一。

实施例三：本实例中，壳体底面采用平面结构，烟气进口与烟气出口水平设置，并直接设置在烟气通道两侧，未形成烟气通道下部的渐扩式结构。其余部分同实施例一。

应用实例一：

如图2，图3所示，本发明的锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，整体固定在锅炉的保温层11中，并在锅炉相邻两水冷壁管之间的鳍片9b上开与烟气进口1相适配的矩形的取样口10，如图3。取样口10高50～200mm，宽度为鳍片宽度的50～80%，并将烟气进口1与取样口10通过满焊的方式连接，使烟气进口1和取样口10之间保持密封，烟气进口1、取样口10、压缩空气接口4、烟气出口5、检修口6和反吹压缩空气接口7均水平布置，它们垂直于鳍片设置。同时为了防止高温烧损，将该装置的烟气进口1焊接在上述取样口10，如图4所示。

在实际使用中，首先将烟气取样装置的烟气出口5通过烟气取样接头与所需的烟气取样管连接，压缩空气接口的空气进口通过压缩空气接头与压缩空气管连接，检修口保持密封。

连接完成后，开始取样过程，取样时，锅炉水冷壁近壁区烟气在取样泵的作用下通过烟气进口1进入烟气通道8内，由于烟气通道8的渐扩式设计，烟气通道8的横截面逐渐增大，烟气在烟气通道8内的流速逐渐降低，烟气中的大颗粒自然沉降到烟气通道8的底部，由于壳体2底面倾斜且与水冷壁鳍片夹角设计采用138°，可以保证大颗粒灰尘可以通过底面的斜坡下滑重新落入锅炉炉腔中，剩余的细小粉尘则被烟气取样装置内的片状多孔滤芯捕捉；经除尘后的烟气则通过烟气出口5进入烟气取样管。

在取样完成后，分别通过设置在烟气进口和出口位置的空气压缩通道导入高压空气，对烟气通道的斜坡面上和烟尘过滤片中沉积的灰尘进行反吹清洁，使其落入炉腔中。如果存在压缩空气也无法清洁的灰尘，则可以打开侧面密封的检修口，进行手动处理，随时保持烟气通道内的清洁，可以有效的避免烟气通道堵塞的问题。

Claims (4)

1.一种锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，设有壳体，壳体的内腔为烟气通道，烟气通道两侧分别设置烟气进口和烟气出口，其特征是：该装置安装在锅炉水冷壁背火侧的保温层中，并在锅炉水冷壁鳍片上开设有与烟气进口相适配的取样口，烟气进口经水冷壁背火侧安装在该取样口上，并经该取样口与锅炉连通；烟气进口设置在壳体下部，烟气出口设置在与其相对侧壳体上部，壳体底面采用沿着烟气进口向上倾斜的斜面结构；烟气通道下部与烟气进口连接部分采用渐扩式结构；所述壳体底面与水冷壁鳍片夹角a为135°~170°；壳体底部与烟气进口位置相对侧设有反吹压缩空气接口；烟气通道内还设有烟尘过滤片，烟尘过滤片设置在烟气进口与烟气出口之间；所述壳体上还设有检修口。

2.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，其特征是：所述烟尘过滤片为片状多孔滤芯。

3.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，其特征是：烟气进口采用矩形口。

4.根据权利要求1-3任一所述的锅炉水冷壁近壁区烟气取样装置，其特征是：在烟气出口位置的上部设有压缩空气接口，对应该压缩空气接口相应在壳内设置均气结构，该均气结构的空气出口正对烟尘过滤片，用于接入压缩空气时对烟尘过滤片进行吹扫。