一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置的制作方法

1.本技术涉及锅炉积灰技术领域，尤其涉及一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置。


背景技术：

2.当前燃煤电站机组仍然是我国的主力发电方式，提高燃煤电站机组的锅炉运行效率可以降低煤耗，这是燃煤电站锅炉减碳的有效途径之一。但水冷壁、过热器和再热器等高温受热面的积灰会降低传热系数，从而影响锅炉效率，因此研究高温受热面的积灰特性具有重要意义。相比与在实际运行锅炉机组上开展受热面的积灰特性，在实验室研究高温受热面积灰特性时由于实验参数可控性强，更加方便可行。
3.目前，现有的搭建实验台或基于工程实际的锅炉积灰结渣研究往往是在锅炉机组停机检查或受其影响被迫停炉之后，采取其灰样通过扫描电子显微镜(sem)、x射线衍射(xrd)等设置分析研究其中成分后再相应做出整改措施。随着电子信息技术的飞速发展及成熟应用，商用计算流体动力学cfd技术也得到了快速的发展，使得研究人员能够以较低的成本和较短的周期，基于不同的研究问题对锅炉的速度场、温度场及组分场开展全参数、变负荷的数据求解。目前，已有研究人员通过对一台660mw超临界锅炉机组的飞灰沉特性进行了数值模拟，并通过fluent-cfd扩展功能加载飞灰沉积源模型进行计算，得出在bmcr工况下，前墙和后墙墙面中心处沉积物较多的飞灰沉积规律具有一致性，且飞灰沉积速率与飞灰颗粒的大小成正相关。
4.但现有的搭建实验台或基于工程实际的锅炉积灰结渣研究往往将花费大量的时间，且改良后的措施还需通过实际运行来验证其有效性和稳定性。而基于fluent对所研究的机组开展数值模拟工作则需要结合工程实际已有结果来进行比对并验证fluent模型的正确性，从而进一步基于模拟指导工程实际。模拟的精度及准确性受到所选取数学模型的影响，且由于需要实际的机组参数作为印证，其模拟结果不具备广泛应用性。为此，本发明提出一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置，使得能够模拟实际电站锅炉的烟气气氛、烟气温度、受热面加热温度和飞灰浓度等参数，实现积灰过程的可视化精确测量。
6.有鉴于此，本技术提供了一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置，包括：框架、燃烧器、加热炉、热成像仪、吹灰组件和pid控制系统；
7.所述pid控制系统分别与所述燃烧器和所述吹灰组件电连接；
8.所述热成像仪和所述加热炉均设置在所述框架上；
9.所述加热炉顶部和底部对应开设有视窗口；
10.所述热成像仪位于所述加热炉顶部的所述视窗口的正上方；
11.所述燃烧器位于所述加热炉底部的所述视窗口的正下方；
12.所述燃烧器与所述加热炉之间设置有过热管截片；
13.所述吹灰组件包括风扇和直流调速电机；
14.所述风扇位于所述加热炉内；
15.所述直流调速电机通过联轴器连接有连接轴；
16.所述连接轴与所述风扇连接。
17.可选地，所述连接轴上设置有铝合金散热器；
18.所述铝合金散热器的两端分别设置有一个高温轴承。
19.可选地，所述加热炉上设置有置换气出口、水蒸气入口和用于输入co2以及灰的进气进料口。
20.可选地，所述加热炉内设置有风流挡板。
21.可选地，所述加热炉包括加热管和设置在所述加热管外部的保温层。
22.可选地，所述框架上设置有滑轨；
23.所述热成像仪通过滑块与所述滑轨滑动连接。
24.可选地，还包括：光学平台；
25.所述框架底部通过地脚固定在所述光学平台上。
26.可选地，所述燃烧器和所述过热管截片均固定在所述光学平台上。
27.可选地，所述视窗口为氟化钙窗口。
28.可选地，所述框架和所述联轴器的材质均为铝合金。
29.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：本实验装置包括框架、燃烧器、加热炉、热成像仪、吹灰组件和pid控制系统，并且在加热炉顶部和底部对应开设有视窗口，能够使热成像仪通过视窗口观测到待测高温过热管，吹灰组件通过直流调速电机改变加热炉内置风扇的运转速度，可以改变灰的流速，调整进气的流量，可以改变灰的浓度，实现模拟锅炉高温受热面内不同的工况，pid控制系统来控制加热炉的升温以及风扇的转速。本实验装置可以模拟出在实际电站锅炉的烟气气氛、烟气温度、受热面加热温度和飞灰浓度等参数，并可直观的观察不同参数下对热像仪采集到的热辐射及温度图像的影响，从而建立出过热管在不同工况下、不同积灰情况下，积灰厚度与热辐射及温度图像的关系，应用到工程实际中，解决“智能吹灰”的积灰可视化难题。
附图说明
30.图1为本技术实施例中用于研究高温受热面积灰特性的实验装置的结构示意图；
31.图2为本技术实施例中pid控制系统控制面板的示意图；
32.其中，附图标记为：
33.1-滑轨，2-框架，3-热成像仪，4-保温层，5-置换气出口，6-风流挡板，7-过热管截片，8-燃烧器，9-地脚，10-光学平台，11-视窗口，12-风扇，13-水蒸气入口，14-进气进料口，15-直流调速电机，16-联轴器，17-高温轴承，18-铝合金散热器，19-连接轴，20-加热管。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的
附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.本技术提供了一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置的一个实施例，具体请参阅图1。
38.本实施例中的用于研究高温受热面积灰特性的实验装置包括：框架2、燃烧器8、加热炉、热成像仪3、吹灰组件和pid控制系统，pid控制系统分别与燃烧器8和吹灰组件电连接，热成像仪3和加热炉均设置在框架2上，加热炉顶部和底部对应开设有视窗口11，热成像仪3位于加热炉顶部的视窗口11的正上方，燃烧器8位于加热炉底部的视窗口11的正下方，燃烧器8与加热炉之间设置有过热管截片7，吹灰组件包括风扇12和直流调速电机15，风扇12位于加热炉内，直流调速电机15通过联轴器16连接有连接轴19，连接轴19与风扇12连接。
39.需要说明的是：本实验装置包括框架2、燃烧器8、加热炉、热成像仪3、吹灰组件和pid控制系统，并且在加热炉顶部和底部对应开设有视窗口11，能够使热成像仪3通过视窗口11观测到待测高温过热管，吹灰组件通过直流调速电机15改变加热炉内置风扇12的运转速度，可以改变灰的流速，调整进气的流量，可以改变灰的浓度，实现模拟锅炉高温受热面内不同的工况，pid控制系统来控制加热炉的升温以及风扇12的转速。本实验装置可以模拟出在实际电站锅炉的烟气气氛、烟气温度、受热面加热温度和飞灰浓度等参数，并可直观的观察不同参数下对热像仪采集到的热辐射及温度图像的影响，从而建立出过热管在不同工况下、不同积灰情况下，积灰厚度与热辐射及温度图像的关系，应用到工程实际中，解决“智能吹灰”的积灰可视化难题。
40.以上为本技术实施例提供的一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置的实施例一，以下为本技术实施例提供的一种用于研究高温受热面积灰特性的实验装置的实施例二，具体请参阅图1和图2。
41.本实施例中的用于研究高温受热面积灰特性的实验装置包括：框架2、燃烧器8、加热炉、热成像仪3、吹灰组件和pid控制系统，pid控制系统分别与燃烧器8和吹灰组件电连接，热成像仪3和加热炉均设置在框架2上，加热炉顶部和底部对应开设有视窗口11，热成像仪3位于加热炉顶部的视窗口11的正上方，燃烧器8位于加热炉底部的视窗口11的正下方，燃烧器8与加热炉之间设置有过热管截片7，能够使热像仪通过视窗口11观测到待测高温过热管；吹灰组件包括风扇12和直流调速电机15，风扇12位于加热炉内，直流调速电机15通过联轴器16连接有连接轴19，连接轴19与风扇12连接。
42.需要说明的是：由于模拟锅炉受热面工况的加热炉被固定在热成像仪3与过热管截片7之间，透过视窗口11，热成像仪3可拍摄到待测过热管热辐射及温度图像。
43.连接轴19上设置有铝合金散热器18，铝合金散热器18的两端分别设置有一个高温轴承17。
44.加热炉上设置有置换气出口5、水蒸气入口13和用于输入co2以及灰的进气进料口14。
45.加热炉内设置有风流挡板6，使飞灰能够在炉腔内循环流通，达到飞灰均匀分布炉体的效果。
46.加热炉包括加热管20和设置在加热管20外部的保温层4，保温层4外包裹有铝合金外壳，加热温度高达1000℃，可以满足模拟锅炉内部高温条件的需要。水蒸气通过水蒸气入口13进入加热炉内，co2以及灰通过进气进料口14进入加热管20内。
47.框架2上设置有滑轨1，热成像仪3通过滑块与滑轨1滑动连接，热成像仪3可通过滑轨1调整位置，以获得更好的拍摄效果。
48.还包括：光学平台10，框架2底部通过地脚9固定在光学平台10上。
49.燃烧器8和过热管截片7均固定在光学平台10上。
50.视窗口11可以为氟化钙窗口，即可以选用氟化钙窗片。
51.框架2和联轴器16的材质均可以为铝合金。
52.pid控制系统的控制面板图如图2所示，接通电源后打开电源锁，电源指示灯亮，调整预设温度，打开旋钮加热开关加热指示灯亮，加热管20开始加热。调节转速调速器可以改变风扇12转速。预设报警温度为1100℃，≥1100℃时报警指示灯亮，加热炉停止加热。电流表显示工作电流，正常工况下，电流表视数为12a左右，如果偏差范围较大，即需断电。
53.具体实施时，接通电源后打开电源锁，电源指示灯亮，调整预设温度，打开旋钮加热开关加热指示灯亮，加热管20开始加热。调整热成像仪3与过热管截片7的位置，使热成像仪3可以透过视窗口11观察加热的过热管截片7状态。到达预设温度后开始进气进料，水蒸气通过水蒸气入口13通入到加热炉内部，co2和灰通过进气进料口14通入到加热炉内部。调节转速调速器控制直流调速电机15改变风扇12的运转速度从而模拟不同的飞灰状态，实现模拟实际电站锅炉的烟气气氛、烟气温度、受热面加热温度和飞灰浓度等参数。
54.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。