技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃煤電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕監(jiān)控與防治技術(shù)，具體涉及一種燃煤鍋爐爐膛水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置，屬于電力及動(dòng)力工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，特別是火電廠NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，燃煤電廠均實(shí)施了NOx控制技術(shù)改造，采用的主流技術(shù)為低氮燃燒技術(shù)+SCR煙氣脫硝技術(shù)。鍋爐低氮燃燒技術(shù)組織形成的爐內(nèi)強(qiáng)還原區(qū)雖可降低NOx的排放，但加劇了鍋爐水冷壁高溫腐蝕。燃煤電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕是典型的硫化物腐蝕。水冷壁壁溫及其近壁區(qū)煙氣含氧量是影響高溫腐蝕的兩個(gè)關(guān)鍵因素。在壁溫設(shè)定的條件下，提高近壁區(qū)煙氣含氧量是緩解水冷壁高溫腐蝕的有效途徑。監(jiān)測(cè)水冷壁近壁區(qū)煙氣中O2、CO及腐蝕性氣體H2S的濃度，是提高近壁區(qū)氧量的前提，也是開(kāi)展高溫腐蝕監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。

目前，針對(duì)鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣組分的監(jiān)測(cè)，國(guó)內(nèi)外研究者已提出了相關(guān)技術(shù)方案。專(zhuān)利200810236550.8提出了一種在線監(jiān)測(cè)鍋爐水冷壁高溫腐蝕的裝置與方法，包括煙氣采樣管、煙氣分析儀、工控機(jī)、高溫?zé)犭娕?、顯示器。通過(guò)在鰭片管上開(kāi)孔布置煙氣采樣管，借助煙氣分析儀抽取并測(cè)量煙氣中CO、O2和SO2，結(jié)合高溫?zé)犭娕紲y(cè)得的水冷壁壁溫，經(jīng)工控機(jī)利用改進(jìn)的模糊層次分析法進(jìn)行處理，得到當(dāng)前高溫腐蝕影響因素的權(quán)重大小，并將排序結(jié)果顯示在顯示器畫(huà)面上。上述裝置煙氣采樣管直接伸入爐膛內(nèi)，存在燒損的風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)于水蒸氣對(duì)SO2測(cè)量的影響未給出明確的措施。

為了解決技術(shù)中涉及的取樣裝置堵塞問(wèn)題，專(zhuān)利2012100887830.3提出了一種鍋爐水冷壁高溫腐蝕氣氛監(jiān)測(cè)裝置。通過(guò)在煙氣取樣探頭內(nèi)部布置絞龍，在有效避免大顆粒未燃盡煤粉和渣塊進(jìn)入煙氣取樣探頭的同時(shí)，還可以將進(jìn)入鍋爐冷凝器的細(xì)顆粒通過(guò)絞龍的攪動(dòng)作用送回爐膛，顯著提高高溫腐蝕氣氛連續(xù)監(jiān)測(cè)的可靠性。但是，該裝置的煙氣取樣探頭穿過(guò)膜式水冷壁，露出部分的長(zhǎng)度約5～10mm，絞龍的一端伸出取樣探頭約0～5mm，進(jìn)去爐膛的取樣探頭和絞龍因沒(méi)有冷卻存在燒損的問(wèn)題。另外，絞龍為活動(dòng)部件極易受粉塵的影響而磨損泄露，運(yùn)行可靠性不高。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水冷壁近壁區(qū)煙氣組分對(duì)預(yù)防和治理水冷壁高溫腐蝕具有重要的意義和價(jià)值，但由于爐膛內(nèi)部煙氣溫度高、組分復(fù)雜、含塵量大、水冷壁鰭片寬度小、取樣困難等諸多原因，導(dǎo)致目前已有技術(shù)在應(yīng)用中尚存在以下問(wèn)題：

（1）煙氣取樣探頭（槍、裝置）易燒損

由于爐膛溫度高、輻射換熱強(qiáng)、煙氣取樣流量小、冷卻效果差等原因，安裝在水冷壁上的煙氣取樣探頭，特別是伸入爐膛內(nèi)部的探頭，極容易被燒損。煙氣取樣探頭一旦燒損，會(huì)導(dǎo)致密封不嚴(yán)，出現(xiàn)泄露，致使測(cè)量結(jié)果失真。另外，燒損的探頭前端發(fā)生熔融而變形，會(huì)導(dǎo)致前端取樣管道堵塞，而此類(lèi)堵塞采用常規(guī)的反吹等措施無(wú)法解決，致使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

（2）煙氣取樣口及煙氣取樣管路易堵塞

現(xiàn)有技術(shù)普遍采用鰭片開(kāi)小孔抽取煙氣的取樣方式。由于水冷壁鰭片尺寸?。ㄒ话銓挾?lt;20mm），開(kāi)得孔一般直徑較小，極容易被爐膛中呈熔融態(tài)的未燃盡灰渣堵塞。另外，由于絕大多數(shù)技術(shù)過(guò)濾裝置安裝在距取樣口一定距離的煙氣取樣管道內(nèi)，雖然系統(tǒng)配備反吹裝置，但煙氣取樣管道仍特別容易堵塞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述不足，提供一種可以有效防堵塞的鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置，設(shè)有殼體，殼體的內(nèi)腔為煙氣通道，煙氣通道兩側(cè)分別設(shè)置煙氣進(jìn)口和煙氣出口，該裝置安裝在鍋爐水冷壁背火側(cè)的保溫層中，并在鍋爐水冷壁鰭片上開(kāi)設(shè)有與煙氣進(jìn)口相適配的取樣口，煙氣進(jìn)口經(jīng)水冷壁背火側(cè)安裝在該取樣口上，并經(jīng)該取樣口與鍋爐連通。

本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：

煙氣通道內(nèi)還設(shè)有煙塵過(guò)濾片，煙塵過(guò)濾片設(shè)置在煙氣進(jìn)口與煙氣出口之間，煙塵過(guò)濾片為片狀多孔濾芯。

煙氣進(jìn)口設(shè)置在殼體下部，煙氣出口設(shè)置在與其相對(duì)側(cè)殼體上部，殼體底面采用沿著煙氣進(jìn)口向上傾斜的斜面結(jié)構(gòu)。

煙氣通道下部與煙氣進(jìn)口連接部分采用漸擴(kuò)式結(jié)構(gòu)。殼體對(duì)應(yīng)煙氣通道下部與煙氣進(jìn)口連接部除底部的斜面結(jié)構(gòu)外，其余部分采用弧形結(jié)構(gòu)，該弧形結(jié)構(gòu)與底部斜面共同形成煙氣通道下部的漸擴(kuò)式結(jié)構(gòu)。

為了保證大顆粒沉積物能從斜面滾落到爐腔中，殼體底面與水冷壁鰭片夾角a為135°~170°。

煙氣進(jìn)口采用矩形口。

為了定時(shí)對(duì)煙氣通道進(jìn)行清潔，在煙氣出口位置的上部設(shè)有壓縮空氣接口，對(duì)應(yīng)該壓縮空氣接口相應(yīng)在殼內(nèi)設(shè)置均氣結(jié)構(gòu)，該均氣結(jié)構(gòu)的空氣出口正對(duì)煙塵過(guò)濾片，用于接入壓縮空氣時(shí)對(duì)煙塵過(guò)濾片進(jìn)行吹掃。

殼體底部與煙氣進(jìn)口位置相對(duì)側(cè)設(shè)有反吹壓縮空氣接口。反吹縮空氣接口沿著殼體底面斜坡方向延伸并連通煙氣通道，用于接入壓縮空氣，對(duì)殼體底部斜坡面進(jìn)行吹掃。

為了檢修保養(yǎng)，所述殼體側(cè)面設(shè)有檢修口。

為了保證取樣精度，防止裝置在高溫下?lián)p毀，裝置整體設(shè)置在鍋爐保溫層中，并鍋爐水冷壁鰭片上開(kāi)設(shè)取樣口。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

本發(fā)明解決了煙氣取樣探頭易燒損、易堵塞的問(wèn)題，與現(xiàn)有技術(shù)相比煙氣取樣探頭使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠性高。

1、本發(fā)明有效的解決了煙氣取樣探頭（槍?zhuān)┮谉龘p、易堵塞的問(wèn)題，本發(fā)明中的水冷壁鰭片上煙氣取樣口設(shè)計(jì)為矩形而非圓孔，該設(shè)計(jì)方案一方面可減少取樣阻力（水冷壁鰭片為長(zhǎng)條形，寬度極?。ㄒ话銥?~12mm），取樣口設(shè)計(jì)為圓形，會(huì)出現(xiàn)取樣阻力大，易堵塞問(wèn)題），增大了煙氣抽取的量；另一方面也可以防止單個(gè)煤焦顆粒將取樣口堵塞，防止取樣時(shí)發(fā)生堵塞。

2、本發(fā)明設(shè)計(jì)了壓縮空氣接口和檢修口，可以定期通過(guò)高壓空氣對(duì)煙氣進(jìn)口進(jìn)行反吹，清除煙氣進(jìn)口周?chē)幕以?；也可以通過(guò)檢修口對(duì)煙氣入孔進(jìn)行檢查。

3、本發(fā)明中取樣口開(kāi)在相鄰兩根水冷壁管鰭片上，設(shè)計(jì)非常巧妙，并將煙氣取樣裝置置于在水冷壁的背火側(cè)，該優(yōu)化的設(shè)計(jì)可以避免裝置被爐膛火焰直接輻射，有效解決取樣探頭燒損的問(wèn)題，避免高溫腐蝕。同時(shí)裝置設(shè)置在保溫層中，利于對(duì)采樣氣體進(jìn)行保溫，有效防止取樣煙氣中水蒸氣在進(jìn)入冷凝器前冷凝，使得取樣管堵塞。

4、本發(fā)明有效的解決了煙氣取樣管道堵塞問(wèn)題，煙氣取樣裝置內(nèi)的煙氣通道設(shè)計(jì)為漸擴(kuò)形式，在漸擴(kuò)形式的煙氣取樣通道內(nèi)煙氣流速降低，大粉塵顆粒會(huì)發(fā)生自然沉降，沉積在底部。煙氣取樣裝置下部殼體與水冷壁鰭片夾角設(shè)計(jì)大于135°，使得沉積在底部殼體上的大顆?？梢曰貭t膛內(nèi)。另外，也可以定期通過(guò)高壓空氣對(duì)沉積的飛灰進(jìn)行定期反吹。

5、煙氣取樣裝置內(nèi)設(shè)計(jì)了煙塵過(guò)濾片，取樣煙氣中未沉降的細(xì)小顆粒可被片狀多孔濾芯捕獲，在上部高壓空氣的作用下定期被反吹回爐膛。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置安裝示意圖（側(cè)視圖）；

圖3是爐水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置安裝示意圖（正視圖）；

圖4是鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置與水冷壁鰭片連接方式示意圖。

圖中：1、煙氣進(jìn)口；2、殼體；3、煙塵過(guò)濾片；4、壓縮空氣接口；5、煙氣出口；6、檢修口；7、反吹壓縮空氣接口；8、煙氣通道；9、膜式水冷壁；9a、水冷壁管；9b、鰭片；10、取樣口；11、鍋爐保溫層。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一：

如圖1所示，本發(fā)明的鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置，安裝在鍋爐水冷壁鰭片的背火側(cè)鍋爐保溫層中，主要設(shè)有殼體2，殼體2設(shè)有煙氣進(jìn)口1、煙氣通道8、壓縮空氣接口4和煙氣出口5，殼體內(nèi)腔為煙氣通道8，煙氣進(jìn)口1和煙氣出口5分別設(shè)于煙氣通道8兩端，其中煙氣進(jìn)口1為矩形口，設(shè)置在殼體2的下端部，煙氣出口5設(shè)置在殼體2的上端部，并位于煙氣進(jìn)口1位置相對(duì)側(cè)。該裝置設(shè)置在鍋爐水冷壁外側(cè)的保溫層中，并在鍋爐水冷壁鰭片上開(kāi)設(shè)有與煙氣進(jìn)口1相適配的取樣口10，煙氣進(jìn)口1經(jīng)由水冷壁背火側(cè)焊接在取樣口10上，并通過(guò)該取樣口10與鍋爐內(nèi)部連通。為減少取樣阻力，煙氣進(jìn)口采用矩形口。

在煙氣通道8內(nèi)的上端靠近煙氣出口4位置設(shè)有煙塵過(guò)濾片3，煙塵過(guò)濾片3固定在殼體內(nèi)壁上，且周?chē)B接處保持密封。該煙塵過(guò)濾片3為片狀多孔濾芯。

本裝置為了保證大顆粒沉積物能從斜面滾落到爐腔中，殼體底面采用沿著煙氣進(jìn)口向上傾斜的斜面結(jié)構(gòu)，通常設(shè)計(jì)殼體底面與水冷壁鰭片夾角a為135°~170°。

為了保證取樣通暢，煙氣通道下部與煙氣進(jìn)口連接部分采用漸擴(kuò)式結(jié)構(gòu)。（通常煙氣通道8垂直設(shè)置，煙氣進(jìn)口1與煙氣出口4水平設(shè)置并垂直于鰭片，殼體對(duì)應(yīng)煙氣通道與煙氣進(jìn)口之間設(shè)有一過(guò)渡段，該過(guò)渡段除底部的斜面結(jié)構(gòu)外，其余部分采用弧形結(jié)構(gòu)，該弧形結(jié)構(gòu)與底部斜面共同形成煙氣通道下部的漸擴(kuò)式結(jié)構(gòu)。）

為了定時(shí)對(duì)煙氣通道進(jìn)行清潔，在煙氣出口1位置的上部設(shè)有壓縮空氣接口4，對(duì)應(yīng)該該壓縮空氣接口4位置的殼體內(nèi)設(shè)置均氣結(jié)構(gòu)，均氣結(jié)構(gòu)的空氣出口正對(duì)煙塵過(guò)濾片3，用于接入壓縮空氣時(shí)對(duì)煙塵過(guò)濾片3進(jìn)行吹掃，均氣結(jié)構(gòu)可采用多個(gè)氣孔的孔板結(jié)構(gòu)。

殼體底部與煙氣進(jìn)口1位置相對(duì)側(cè)設(shè)有反吹壓縮空氣接口7，反吹縮空氣接口7沿著殼體底面斜坡方向延伸并連通煙氣通道，用于接入壓縮空氣，對(duì)殼體底部斜坡面進(jìn)行吹掃。

同時(shí)在殼體側(cè)面還設(shè)置有一個(gè)用于保養(yǎng)檢修的檢修口6，檢修口6在裝置使用時(shí)保持密封。

實(shí)施例二：

本實(shí)例中，殼體底面采用平面結(jié)構(gòu)，殼體對(duì)應(yīng)煙氣通道與煙氣進(jìn)口之間設(shè)有一過(guò)渡段，該過(guò)渡段采該過(guò)渡段除底部的平面結(jié)構(gòu)外，其余部分采用弧形結(jié)構(gòu)，該弧形結(jié)構(gòu)與底部平面共同形成煙氣通道下部的漸擴(kuò)式結(jié)構(gòu)。其余部分同實(shí)施例一。

實(shí)施例三：本實(shí)例中，殼體底面采用平面結(jié)構(gòu)，煙氣進(jìn)口與煙氣出口水平設(shè)置，并直接設(shè)置在煙氣通道兩側(cè)，未形成煙氣通道下部的漸擴(kuò)式結(jié)構(gòu)。其余部分同實(shí)施例一。

應(yīng)用實(shí)例一：

如圖2，圖3所示，本發(fā)明的鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣取樣裝置，整體固定在鍋爐的保溫層11中，并在鍋爐相鄰兩水冷壁管之間的鰭片9b上開(kāi)與煙氣進(jìn)口1相適配的矩形的取樣口10，如圖3。取樣口10高50～200mm，寬度為鰭片寬度的50～80%，并將煙氣進(jìn)口1與取樣口10通過(guò)滿焊的方式連接，使煙氣進(jìn)口1和取樣口10之間保持密封，煙氣進(jìn)口1、取樣口10、壓縮空氣接口4、煙氣出口5、檢修口6和反吹壓縮空氣接口7均水平布置，它們垂直于鰭片設(shè)置。同時(shí)為了防止高溫?zé)龘p，將該裝置的煙氣進(jìn)口1焊接在上述取樣口10，如圖4所示。

在實(shí)際使用中，首先將煙氣取樣裝置的煙氣出口5通過(guò)煙氣取樣接頭與所需的煙氣取樣管連接，壓縮空氣接口的空氣進(jìn)口通過(guò)壓縮空氣接頭與壓縮空氣管連接，檢修口保持密封。

連接完成后，開(kāi)始取樣過(guò)程，取樣時(shí)，鍋爐水冷壁近壁區(qū)煙氣在取樣泵的作用下通過(guò)煙氣進(jìn)口1進(jìn)入煙氣通道8內(nèi)，由于煙氣通道8的漸擴(kuò)式設(shè)計(jì)，煙氣通道8的橫截面逐漸增大，煙氣在煙氣通道8內(nèi)的流速逐漸降低，煙氣中的大顆粒自然沉降到煙氣通道8的底部，由于殼體2底面傾斜且與水冷壁鰭片夾角設(shè)計(jì)采用138°，可以保證大顆?；覊m可以通過(guò)底面的斜坡下滑重新落入鍋爐爐腔中，剩余的細(xì)小粉塵則被煙氣取樣裝置內(nèi)的片狀多孔濾芯捕捉；經(jīng)除塵后的煙氣則通過(guò)煙氣出口5進(jìn)入煙氣取樣管。

在取樣完成后，分別通過(guò)設(shè)置在煙氣進(jìn)口和出口位置的空氣壓縮通道導(dǎo)入高壓空氣，對(duì)煙氣通道的斜坡面上和煙塵過(guò)濾片中沉積的灰塵進(jìn)行反吹清潔，使其落入爐腔中。如果存在壓縮空氣也無(wú)法清潔的灰塵，則可以打開(kāi)側(cè)面密封的檢修口，進(jìn)行手動(dòng)處理，隨時(shí)保持煙氣通道內(nèi)的清潔，可以有效的避免煙氣通道堵塞的問(wèn)題。