一种具有可调式导流板的贴壁风喷口装置及其控制方法与流程

本发明涉及火力发电领域，具体涉及一种锅炉用贴壁风喷口装置及其控制方法。

背景技术：

近年来，随着燃煤锅炉容量和参数的提高，锅炉水冷壁温度也相应提高，导致水冷壁高温腐蚀现象频繁发生。此外，随着环保要求的提高，为了降低NOx的排放量，多数电厂锅炉采用分级配风等低氮燃烧方式，主燃烧器区域的欠氧燃烧进一步加剧了水冷壁的高温腐蚀。由水冷壁高温腐蚀引发的锅炉水冷壁爆管事故时有发生，严重影响发电机组安全经济运行。

水冷壁高温腐蚀的产生机理较为复杂，通常认为水冷壁贴壁处的还原性气氛是导致水冷壁高温腐蚀的关键因素，消除水冷壁贴壁处还原性气氛可有效避免高温腐蚀现象的发生。判断水冷壁贴壁气氛是否为还原性气氛，主要以烟气成分中的氧气、一氧化碳含量为依据。根据国内外研究，认为不容易发生水冷壁高温腐蚀的贴壁气氛应控制在烟气中氧气浓度≥2%、一氧化碳浓度≤0.5%。而目前发生水冷壁高温腐蚀的电站锅炉，其水冷壁腐蚀区域一般均处于还原性气氛中。

通过向水冷壁表面补充一定量的空气，能有效提高贴壁区域烟气中氧气浓度、降低一氧化碳浓度，改善贴壁还原性气氛，从而防止水冷壁的高温腐蚀。但是现有技术的贴壁风喷口一般不设置导流板或者采用的是固定角度的导流板，其喷口射流方向或导流板角度是在安装时根据冷态试验确定的，不能根据水冷壁表面还原性气氛分布进行精细化调整。由于锅炉冷态试验并不能确定锅炉水冷壁贴壁气氛中氧气、一氧化碳浓度情况，且贴壁气氛分布与机组负荷、锅炉配风、投运磨煤机组合等运行条件有关，因此固定方向或采用固定角度导流板的贴壁风喷口覆盖的水冷壁区域与实际运行中的强还原性气氛区域存在较大偏差，导致防高温腐蚀效果欠佳的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足,本发明提供一种具有可调式导流板的贴壁风喷口装置及其控制方法，通过向检测确定的还原性气氛区域输送空气来有效降低该区域一氧化碳浓度和增加氧气浓度，提高水冷壁表面防高温腐蚀效果。

本发明通过以下方式实现：一种具有可调式导流板的贴壁风喷口装置，包括在前墙水冷壁和后墙水冷壁上对称设置且开口朝向侧墙水冷壁的贴壁风喷口，所述喷口为若干组且高度错位设置，所述喷口内设有可调式导流板，所述侧墙水冷壁上设有呈矩阵布置的检测组件，通过检测组件测得侧墙水冷壁附近的还原性气氛区域，所述喷口在所述导流板引导下将气流输送至所述还原性气氛区域。在原有喷口结构上增设可调式导流板，并增设了检测组件，解决了原有喷口空气喷射角度不可调整的缺陷，在导流板的导向作用下，空气能被射向通过检测组件确定的还原性气氛区域，通过输入空气来改变该区域氧气浓度和一氧化碳浓度，进而减弱该区域还原性气氛，有效提高该区域水冷壁表面的防高温腐蚀效果，有效提高设备的使用寿命，通过延长使用和检修周期来降低使用成本。前墙水冷壁、后墙水冷壁以及侧墙水冷壁围合形成水冷壁整体。

作为优选，所述导流板通过设于其上的竖置转轴可摆动地安装在所述喷口内，所述转轴上端穿过喷口顶壁并固接一调节组件，所述导流板通过调节组件实现摆动。转轴竖向设置，使得气流通过喷口后能做水平向的转向调节，确保气流被吹送至预设的还原性气氛区域。驱动组件设置在喷口气流通道外，对导流板摆动起控制作用，确保驱动组件不会影响导流板对气流流向的控制。

作为优选，所述调节组件包括一套装在转轴上端部的齿轮以及一驱动齿轮转动的驱动杆，所述齿轮与转轴同轴联动，所述驱动杆内端侧壁设有与所述齿轮啮合的齿条，另一端外延形成驱动着力部，通过驱动着力部控制齿条移动进而带动齿轮转动。转轴上端穿过喷口上壁后与齿轮固接，齿轮与转轴周向同步旋转，驱动杆既起到控制齿轮带动导流板摆动的作用，还能有效延长驱动着力部与齿轮间的距离，便于使用者在操控时远离喷口附近的高温环境。

作为优选，外露于喷口的驱动着力部为把手或者动力源。驱动着力部可以使用多种动力驱动方式，包括为把手时的手动驱动方式、为动力源时的机械驱动方式，动力源可以为压力伸缩杆。

作为优选，所述前墙水冷壁和后墙水冷壁均设有若干高度错位布置的二次风箱，各所述二次风箱中部设有若干等高排布的燃烧器，两侧分别设有所述喷口，所述喷口为管状且与所述二次风箱通连。二次风箱既为燃烧器提供燃烧用空气，还为喷口提供贴壁风风源，喷口设于二次风箱的两侧，且在前后墙水冷壁上对称布置，便于形成贴合侧墙水冷壁的贴壁风。由于二次风箱高度错位设置，使得喷口在高度方向上覆盖了侧墙水冷壁，只需导流板在水平向内调节，有效简化喷口间协调配合的动作。

作为优选，所述转轴在导流板上偏向所述二次风箱中部设置，并将导流板划分形成靠近喷口出风处的大面部以及靠近喷口进风处的小面部，所述导流板大面部可背向所述燃烧器摆动，所述大面部与所述喷口轴线间摆动夹角为R，90°≥R≥0°。在导流板摆动时，大面部会向喷口的出风口摆动，气流在导流板引导下越过前墙水冷壁或后墙水冷壁，并被输送至侧墙水冷壁上。当R为90°时，导流板与喷口轴线垂直，导流板边缘与喷口侧壁间仍旧留有间隙，保证仍有一定的风量通过喷口射出，起到冷却贴壁风喷口的作用；当R为0°时，导流板与喷口轴线重合，气流沿喷口轴线方向射出；当90°＞R＞0°时，导流板引导气流斜向外射出，即气流喷射方向的延长线会逐渐远离二次风箱的中心线。

作为优选，所述检测组件呈矩阵布置，包括若干高度错位且水平等距间隔的检测单元，侧墙水冷壁根据所述检测单元位置划分形成矩阵布置的单元检测区域。通过矩阵布置的检测单元来将侧墙水冷壁划分形成多个单元检测区域，通过分别测量各单元检测区域内烟气参数来确定还原性气氛区域，进而通过调整喷口的气流喷射方向来减弱目标区域的还原性气氛。

作为优选，所述检测单元包括一与水冷壁鳍片焊接的烟气采集管以及串联在所述烟气采集管上的球阀，所述烟气采集管通过球阀控制与烟气分析仪通连。烟气采集管用于目标区域烟气外导并形成样气，便于样气收集，球阀用于控制烟气采集管与烟气分析仪通连，在不进行检测工作时，确保目标区域与外界不通连，防止目标区域空间因与外界空间通连而对目标区域烟气成分产生影响。

根据上述装置获得的一种控制方法，包括以下步骤：

第一步，通过烟气分析仪检测从各检测单元中采集的样气；样气采集应该在锅炉稳定运转时进行，以此获得侧墙水冷壁在工作时其附近还原性气氛区域分布状态。

第二步，根据检测数据从各样气对应的单元检测区域中确定还原性气氛区域。确定的还原性气氛区域设置气流输送的目标区域。

第三步，通过调节组件带动导流板摆动，使得二次风箱内的空气在导流板引导下喷射至所述还原性气氛区域；通过调节与第二步中确定的还原性气氛区域高度对应的喷口导流板，实现喷口将二次风箱内的空气输送至目标区域。

第四步，重复第一、二、三步，对导流板角度参数进行修正。由于导流板调整后，会对目标区域以及其周边区域的烟气成分产生影响，所以需要对导流板调节后形成气氛状态进行重新测定，既能获知导流板调节对目标区域减弱还原性气氛的效果，还能根据测得的还原性气氛区域分布状态进行再次修正。

作为优选，所述样气通过烟气分析仪获得的参数同时满足一氧化碳浓度大于0.5%且氧气浓度小于2%时，所述样气对应的单元检测区域确定为还原性气氛区域。

本发明的突出有益效果：通过检测组件监控水冷壁表面还原性气氛的分布状态，并利用可调式导流板对喷口气流射向进行精确控制，通过向还原性气氛区域输送空气来改变该区域氧气浓度和一氧化碳浓度，进而减弱该区域还原性气氛，有效提高该区域水冷壁表面的防高温腐蚀效果，有效提高设备的使用寿命，通过延长使用和检修周期来降低使用成本。

附图说明

图1 为本发明剖视结构示意图；

图2 为导流板处于斜向状态时的剖视结构示意图；

图3 为导流板处于90°时的剖视结构示意图；

图4 为导流板处于0°时的剖视结构示意图；

图5 为带调节组件的A-A’截面剖视结构示意图；

图6 为检测单元以及喷口侧视结构示意图；

图7 为检测单元结构示意图；

图中：1、前墙水冷壁，2、后墙水冷壁，3、喷口，4、侧墙水冷壁，5、导流板，6、转轴，7、齿轮，8、驱动杆，9、齿条，10、驱动着力部，11、二次风箱，12、燃烧器，13、烟气采集管，14、检测单元，15、球阀， 16、烟气分析仪。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明的实质性特点作进一步的说明。

如图1所示的一种具有可调式导流板的贴壁风喷口装置，由在前墙水冷壁1和后墙水冷壁2上对称设置且开口朝向侧墙水冷壁4的贴壁风喷口3组成，所述喷口3为若干组且高度错位设置，所述喷口3内设有可调式导流板5，所述侧墙水冷壁4上设有呈矩阵布置的检测组件，通过检测组件测得侧墙水冷壁4附近的还原性气氛区域，所述喷口3在所述导流板5引导下将气流输送至所述还原性气氛区域。

检测组件分别安装在位于侧墙水冷壁4两外侧的支架上，侧墙水冷壁4的内表面形成贴壁风的吹送区域，喷口3通过调节组件控制导流板5，控制气流向上述吹送区域中任意局部输送。

在实际操作中，所述装置通过以下步骤实施：

第一步，通过烟气分析仪16检测从各检测单元14中采集的样气；

第二步，根据检测数据从各样气对应的单元检测区域中确定还原性气氛区域；

第三步，通过调节组件带动导流板5摆动，使得二次风箱11内的空气在导流板5引导下喷射至所述还原性气氛区域；

第四步，重复第一、二、三步，对导流板5角度参数进行修正。

在实际操作中，所述检测单元14包括一与侧墙水冷壁4鳍片焊接的烟气采集管13以及串联在所述烟气采集管13上的球阀15，所述烟气采集管13通过球阀15控制与烟气分析仪16通连（如图7所示）。在实施上述第一步和第二步时，样气采集和分析可以为多种方式，包括：

方式一，采用利用样气收集瓶对各单元检测区域的样气进行收集，并统一检测分析，具有设备改造成本低的特点；

方式二，将样气收集管直接与烟气分析仪16连接，实现各单元检测区域的样气实时检测，具有效率高，数据实时反映侧墙水冷壁4近壁处还原性气氛分布状态的优点。

上述方式均应视为本发明的具体实施例。

在进行上述第二步操作中，所述样气通过烟气分析仪16获得的一氧化碳浓度大于0.5%且氧气浓度小于2%时，所述样气对应的单元检测区域确定为还原性气氛区域。判定为还原性气氛区域的烟气成分种类以及数值标准可以根据实际情况进行调整，以满足侧墙水冷壁4防高温腐蚀的要求，均应视为本发明的具体实施例。

在实际操作中，所述检测组件呈矩阵布置，包括若干高度错位且水平等距间隔的检测单元14，侧墙水冷壁4近壁处根据所述检测单元14划分形成矩阵布置的单元检测区域。所述检测单元14的设置数量以及安装位置应根据侧墙水冷壁4尺寸以及对还原性气氛分布的精度要求进行确定。当侧墙水冷壁4面积较大时，需要设置数量较多的检测单元14，使得单个检测单元14对应的单元检测区域面积维持在较小值内，有效确保对还原性气氛区域检测的精度。例如在侧墙水冷壁4表面上设置三横排、五竖列的检测单元14矩阵（如图6所示），将单侧的侧墙水冷壁4划分成十五个单元检测区域，亦或是在单侧的侧墙水冷壁4上形成五横排、五竖列的检测单元14矩阵，将单侧的侧墙水冷壁4划分成二十五个单元检测区域，通过增加检测单元14布置密度来提高检测精度以及准确性，均应视为本发明的具体实施例。

在布置检测单元14时，优选方案，各横排检测单元14的设置高度应与喷口3高度对应，检测单元14的相邻横排间等距设置，且横排数量不少于喷口3以高度划分的横排数量；检测单元14的竖列数量应根据侧墙水冷壁4宽度来确定，检测单元14的相邻竖列间等距排列。通过上述设置确保样气检测数据能真实反映水冷壁4表面的还原性气氛分布状态。

此外，当侧壁因结构原因而致使个别检测单元14无法按预设位置进行安装时，可以对所述检测单元14进行偏移调整，一般偏移尺寸不超过100mm。

在实际操作中，所述导流板5通过设于其上的竖置转轴6可摆动地安装在所述喷口3内，所述转轴6上端穿过喷口3顶壁并固接一调节组件（如图5所示），所述导流板5通过调节组件实现摆动。所述调节组件包括一套装在转轴6上端部的齿轮7以及一驱动齿轮7转动的驱动杆8，所述齿轮7与转轴6同轴联动，所述驱动杆8内端侧壁设有与所述齿轮7啮合的齿条9，另一端外延形成驱动着力部10，通过驱动着力部10控制齿条9移动进而带动齿轮7转动。外露于喷口3的驱动着力部10为把手或者动力源。所述转轴6还能被电机直接驱动，实现导流板5实时控制，也应视为本发明的具体实施例。

在实际操作中，所述前墙水冷壁1和后墙水冷壁2均设有若干高度错位布置的二次风箱11，各所述二次风箱11中部设有若干等高排布的燃烧器12，两侧分别设有所述喷口3，所述喷口3为管状且与所述二次风箱11通连。每个二次风箱11的两侧均设有喷口3，两个喷口3分别对应两侧的侧墙水冷壁4，能根据各侧墙水冷壁4上对应高度检测组件确定的还原性气氛区域情况进行调节引导气流。

在实际操作中，以单侧侧墙水冷壁4上等高横向排布的检测单元14为例，该组检测单元14分别与设置在与前墙水冷壁1或后墙水冷壁2对应的二次风箱11上同高、同侧设置的两个喷口3对应，在使用时，具有两种方式：

方式一，该组中各检测单元14以与前墙水冷壁1对应喷口3或后墙水冷壁2对应喷口3间距为依据进行划分，与前墙水冷壁1对应喷口3负责向靠近其的检测单元14对应单元检测区域输送气流，与后墙水冷壁2对应喷口3负责向靠近其的检测单元14对应单元检测区域输送气流。使得各单元检测区域对应唯一的喷口3。

方式二，与前墙水冷壁1对应的喷口3以及与后墙水冷壁2对应的喷口3共同负责各单元检测区域，既各单元检测区域均对应两个喷口3。

上述方式均应视为本发明的具体实施例。

在实际操作中，所述转轴6在导流板5上偏向所述二次风箱11中部设置，并将导流板5划分形成靠近喷口3出风处的大面部以及靠近喷口3进风处的小面部，所述导流板大面部可背向所述燃烧器12摆动，所述大面部与所述喷口3轴线间摆动夹角为R，90°≥R≥0°。从喷口3射出的气流被直接输送至确定的还原性气氛区域。控制导流板5摆动角度时，具有以下情况：

当R为90°时，导流板5与喷口3轴线垂直（如图3所示），导流板5起到阻挡气流喷射的作用，适用于对应高度检测单元14均不构成还原性气氛区域的情况；

当R为0°时，导流板5与喷口3轴线重合（如图4所示），导流板5引导气流沿喷口3轴线方向射出，适用于对应高度检测单元14形成多个还原性气氛区域，且不能通过调节导流板5摆动角度进行全部覆盖的情况；

当90°＞R＞0°时，导流板5处于斜向状态，导流板5引导气流斜向外射出（如图2所示），即气流喷射方向的延长线会逐渐远离二次风箱11的中心线，适用于对应高度检测单元14形成至少一个还原性气氛区域，且能通过调节导流板5摆动角度进行全部覆盖的情况。