一种防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置及方法与流程

本发明涉及一种防止氧化皮堵塞的装置及方法，具体涉及一种防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置及方法。

背景技术：

超临界机组及超超临界机组中锅炉高温炉管内壁氧化皮剥落后在弯头底部沉积而引起的超温乃至过热爆管问题是近几年来困扰其安全与经济运行的主要问题之一。高温过热器和再热器管内壁的氧化皮层脱落，聚积在u型弯底部，减小了管道的通流截面，增加了蒸汽的流通阻力，管子内蒸汽流量相对减小，严重减弱了对管子的冷却效果，造成了高温过热器和再热器管短期过热爆管。全国在运的超临界锅炉多次发生由于氧化皮层脱落造成锅炉受热面堵塞而短期过热爆管。

高温蒸汽管内壁生成氧化膜是个自然的过程，开始时氧化膜形成很快，一旦膜形成后氧化速度便减慢了。在超温或温度、压力剧烈波动等情况下，由于管子母材和氧化膜不同的热膨胀能力，金属表面的氧化膜会产生裂纹，裂纹的存在使得基体金属直接暴露于氧化环境之中，加速了氧化的进程，氧化层也开始向双层、多层发展。随着机组运行时间的延长，氧化膜的厚度增加，在锅炉的频繁启动、停炉或升降负荷过程中，管子温度变化幅度很大，由于母材和氧化膜的热膨胀能力不同，基体会对表面的氧化膜产生拉或压的作用，这些作用都会导致氧化膜开裂。剥离的氧化皮在u型弯的底部停滞。由于机组启动时的蒸汽流量较小，无法将其带走，脱落的氧化皮不断的积聚，数量较多时，即便机组启动后有了较大的蒸汽流量，也很难对其产生扰动并带走，被堵塞的管子壁温会异常升高，严重时会造成短期超温爆管。

在锅炉的启动初期，由于受热面温变速率大，氧化皮脱落量大，同时蒸汽的流速低，氧化皮就会在受热面的弯头处沉积。t91和t23等铁素体钢蒸汽侧氧化皮以片状结构为主，tp347和tp347h等奥氏体钢蒸汽侧氧化皮以细小疏松的颗粒状为主，过热器管内氧化皮主要是碎片状结构，而再热器管内氧化皮主要是狭长的薄片结构。铁素体材质和再热器的工作压力低等情况导致氧化皮尺寸更大，更加剧了u型弯底部氧化皮的沉积和堵管。

目前高温过热器和再热器u型弯底部氧化皮聚积较多，且个别管子内氧化皮结成核状，无法用高压空气或蒸汽吹管的方法处理，而用化学方法处理会造成锅炉管子的损坏，如申请号为cn201710301175.x的中国专利。因此，只能使用割管机械清理的方法。割下u型弯后，用铜棒敲击垂直管子，使已经松动的氧化皮倒出。u型弯内部清理后，用通球法100%通球检查，全部清理后重新对口焊接。这种方法工作量大、检修耗时多，存在重新焊接质量等问题。

如何解决氧化皮剥落后在弯头底部沉积而引起的超温乃至过热爆管问题已经受到了很多人的重视和思考。

为了解决这个问题，目前传统的技术主要有两种方式：一是升级高温过热器和再热器的材质，选用耐高温氧化的材料，但是升级材质带来昂贵的成本；二是优化机组正常运行调整，严格控制升降负荷速率，避免减温水过早投入等，减少氧化皮的生成速率和脱落的速度，但是机组的频繁启停和响应电网调峰导致的负荷快速波动等情况会加剧氧化皮的生成速率和脱落的速度，并对运行人员的精细操作带来了更大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理的防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置及方法，用于防止氧化皮堵塞过热器和再热器。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置，包括进口集箱、过热器或再热器管道、出口集箱和氧化皮防堵装置；所述进口集箱和出口集箱分别连接在过热器或再热器管道的两端，所述过热器或再热器管道包括进口段、弯头部分和出口段，所述氧化皮防堵装置位于所述过热器或再热器管道的进口段；其特征在于，所述氧化皮防堵装置包括中部细管、矩形纽带和固定端头；所述中部细管为中空结构，所述矩形纽带由中部细管的一端呈螺旋状延伸至中部细管的另一端，所述固定端头连接在中部细管一端的矩形纽带处，所述氧化皮防堵装置通过固定端头卡在进口集箱与进口段的连接处，所述矩形纽带位于进口段内。防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置的结构简单，设计合理，成本较低，可有效避免过热器或再热器管道内壁剥落的氧化皮在弯头底部的沉积。

作为优选，所述螺旋状的矩形纽带在中部细管的径向上具有纽带外沿形成的圆，所述固定端头与矩形纽带的连接点位于所述纽带外沿形成的圆上。固定端头用于将氧化皮防堵装置固定在过热器或再热器管道的进口段，氧化皮防堵装置在进口段内自由下垂。

作为优选，所述氧化皮防堵装置为一体式结构，所述氧化皮防堵装置的材质为耐磨损的陶瓷泡沫。氧化皮防堵装置一体成型，不易损坏；耐磨损的陶瓷泡沫是一种新型多孔材料，蒸汽通过氧化皮防堵装置时可降低阻力。

作为优选，所述矩形纽带设置有3条，所述矩形纽带包括一号纽带、二号纽带和三号纽带，所述一号纽带、二号纽带和三号纽带沿中部细管的横截面呈120°分布。3条矩形纽带呈120°螺旋分布可以有效地形成对流，对大尺寸的氧化皮破碎效果好。

作为优选，所述固定端头包括3个固定块，所述3个固定块为一号固定块、二号固定块和三号固定块，所述一号固定块、二号固定块和三号固定块分别与一号纽带、二号纽带和三号纽带连接。使用时，固定块卡在进口集箱与进口段的连接处。

作为优选，所述矩形纽带的扭率为3～5。扭率的定义为纽带一个周期的长度与纽带外沿形成的圆的直径之比。

作为优选，所述纽带外沿形成的圆与过热器或再热器管道的内壁之间距离为2.5～4mm。纽带外沿形成的圆与过热器或再热器管道的内壁之间具有较小的空隙。

作为优选，所述氧化皮防堵装置的长度为过热器或再热器管道高度的1/5～1/3。设置合理。

一种防止过热器和再热器氧化皮堵塞的方法，其特征在于，使用如上所述的防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置；所述方法如下：蒸汽进入过热器或再热器管道时，在进口段，蒸汽通过氧化皮防堵装置，一部分蒸汽通过中部细管进入过热器或再热器管道，另一部分蒸汽通过螺旋状的矩形纽带进入过热器或再热器管道；通过中部细管的蒸汽不受扰动，减小了整体蒸汽的流动阻力；通过螺旋状的矩形纽带的蒸汽受到强烈扰动，对过热器或再热器管道中大片的氧化皮进行破碎，并携带破碎的氧化皮通过弯头部分到达出口段，最后从过热器或再热器管道中离开。

防止过热器和再热器氧化皮堵塞的方法可以有效地增加过热器或再热器管道入口高温蒸汽的扰动，形成旋流对大尺寸的氧化皮进行破碎，并增强了蒸汽携带氧化皮的能力，避免氧化皮在过热器或再热器管道的弯头底部沉积。尤其是增强了锅炉的启动初期蒸汽的旋流和扰动，避免蒸汽流速低导致氧化皮在弯头底部沉积导致爆管，可以大大减少超临界锅炉及超超临界锅炉因高温过热器或再热器爆管引起机组非停的情况。

作为优选，所述出口集箱与出口段的连接处设置有氧化皮收集装置。将排出的氧化皮收集起来，避免对汽轮机的叶片造成冲蚀。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1）该氧化皮防堵装置采用异形纽带扰流原理，有效地增加了过热器或再热器管道入口高温蒸汽的扰动，尤其是改善了锅炉启动初期蒸汽流速低的情况，形成旋流对大尺寸的氧化皮进行破碎，并增强了蒸汽携带氧化皮的能力，避免氧化皮在过热器或再热器管道中弯头部分的底部沉积。

2）该氧化皮防堵装置的材质为耐高温耐磨损的陶瓷泡沫，为新型多孔材料，降低了蒸汽的流动阻力，且氧化皮防堵器的中间细管不改变高温蒸汽的流动方向，进一步降低了流动阻力，三条矩形纽带呈120°螺旋而成，可以有效地形成旋流，对大尺寸氧化皮进行扰动破碎，也避免了弯头部分因离心力导致的氧化皮大量沉积。

3）该氧化皮防堵方法成本较低，结构简单，安装方便，不仅可以避免高温过热器和再热器升级材质带来昂贵的成本，也可以适应电网调峰导致的负荷快速波动的情况，降低运行人员的负担，并且有效降低因氧化皮阻塞爆管造成的非停次数。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是图1中a-a面的剖视结构示意图。

图3是本发明实施例中氧化皮防堵装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图3，一种防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置，包括进口集箱1、过热器或再热器管道3、出口集箱4和氧化皮防堵装置2；进口集箱1和出口集箱4分别连接在过热器或再热器管道3的两端，过热器或再热器管道3包括进口段31、弯头部分32和出口段33，氧化皮防堵装置2位于过热器或再热器管道3的进口段31。

氧化皮防堵装置2为一体式结构，氧化皮防堵装置2的材质为耐磨损的陶瓷泡沫；氧化皮防堵装置2包括中部细管21、矩形纽带22和固定端头23；中部细管21为中空结构，矩形纽带22由中部细管21的一端呈螺旋状延伸至中部细管21的另一端，矩形纽带22的扭率为3～5，螺旋状的矩形纽带22在中部细管21的径向上具有纽带外沿形成的圆5，固定端头23连接在中部细管21一端的矩形纽带22处，固定端头23与矩形纽带22的连接点位于纽带外沿形成的圆5上，氧化皮防堵装置2通过固定端头23卡在进口集箱1与进口段31的连接处，所述矩形纽带22位于进口段31内；纽带外沿形成的圆5与过热器或再热器管道3的内壁之间距离为2.5～4mm；氧化皮防堵装置2的长度为过热器或再热器管道3高度的1/5～1/3。

矩形纽带22设置有3条，矩形纽带22包括一号纽带221、二号纽带222和三号纽带223，一号纽带221、二号纽带222和三号纽带223沿中部细管21的横截面呈120°分布。固定端头23包括3个固定块，3个固定块为一号固定块231、二号固定块232和三号固定块233，一号固定块231、二号固定块232和三号固定块233分别与一号纽带221、二号纽带222和三号纽带223连接。

一种防止过热器和再热器氧化皮堵塞的方法，使用如上所述的防止过热器和再热器氧化皮堵塞的装置；方法如下：蒸汽进入过热器或再热器管道3时，在进口段31，蒸汽通过氧化皮防堵装置2，一部分蒸汽通过中部细管21进入过热器或再热器管道3，另一部分蒸汽通过螺旋状的矩形纽带22进入过热器或再热器管道3；通过中部细管21的蒸汽不受扰动，减小了整体蒸汽的流动阻力；通过螺旋状的矩形纽带22的蒸汽受到强烈扰动，对过热器或再热器管道3中大片的氧化皮进行破碎，并携带破碎的氧化皮通过弯头部分32到达出口段33，最后从过热器或再热器管道3中离开，所述出口集箱4与出口段33的连接处可以考虑设置氧化皮收集装置，将排出的氧化皮收集起来，避免对汽轮机的叶片造成冲蚀。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。