本發(fā)明涉及一種減少內(nèi)壁結(jié)垢的水力輸灰管道。

背景技術(shù)：

煤粉在爐膛中燃燒后會不可避免的產(chǎn)生灰渣，目前多數(shù)燃煤電廠都是采用水力輸灰系統(tǒng)將灰渣從鍋爐底部渣斗輸送至灰渣池或者脫水倉?；以幕瘜W(xué)成分中含有硫，鈣等，運行一段時間后往往會在管道內(nèi)壁上形成碳酸鈣結(jié)垢，厚度可達(dá)十幾甚至幾十毫米，導(dǎo)致輸灰管道流動截面減小，灰漿流動阻力增大。輕則影響輸灰系統(tǒng)效率，增加柱塞泵功耗。嚴(yán)重時甚至可導(dǎo)致灰渣無法排出須停機除垢，這對電廠正常生產(chǎn)會造成很大負(fù)面影響。因此定期清洗鏟除水力輸灰管道內(nèi)壁的污垢是火電廠日常生產(chǎn)工作的一個重要環(huán)節(jié)。

機理研究是技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。目前，對水力輸灰管道內(nèi)結(jié)垢的化學(xué)過程，機理模型，灰漿流動阻力特性等結(jié)垢機理的研究并不鮮見。結(jié)垢就要清洗，常見的有效方法主要有在線化學(xué)清洗，循環(huán)化學(xué)清洗，清管機器人清洗，高壓水射流清洗等。在結(jié)垢達(dá)到一定厚度后，上述任何一種方法都可以有效快速的將結(jié)垢去除。但綜上方法都是被動除垢，須周期性的操作才能保證輸灰系統(tǒng)的正常運行。但除灰后，污垢會立刻開始沉積生長，管道有效流通截面積逐漸減小，沿程流動損失逐漸加大，導(dǎo)致柱塞泵功耗逐漸增高。

中國專利200920143614.x公開了一種使用高壓水射流除垢的管道機器人,它由兩個行走小車、往復(fù)旋轉(zhuǎn)噴槍、攝像頭和位置傳感器組成。行走小車包括行走輪、電機、減速器、小車本體、徑向調(diào)節(jié)裝置,兩行走小車之間通過球鉸相連;行走輪分驅(qū)動輪和隨動輪兩種,電機、減速器與驅(qū)動輪相連;徑向調(diào)節(jié)裝置起徑向尺寸自適應(yīng)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)彎變徑作用;往復(fù)旋轉(zhuǎn)噴槍由電機、減速器、不完全(半圓)齒輪傳動機構(gòu)及噴頭組成,可實現(xiàn)噴槍繞噴槍轉(zhuǎn)軸往復(fù)轉(zhuǎn)動180°；攝像頭用于觀察管道結(jié)垢和垢層清理程度;位置傳感器用于記錄機器人在管道內(nèi)的位置。該方案仍然屬于被動清洗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，用以延長管道清洗周期，降低水力輸灰系統(tǒng)運行、維護成本的減少內(nèi)壁結(jié)垢的水力輸灰管道。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：一種減少內(nèi)壁結(jié)垢的水力輸灰管道,包括水力輸灰管道本體，水力輸灰管道本體為圓柱形，水力輸灰管道本體的前端為灰漿進口，水力輸灰管道本體的后端為灰漿出口，其特征在于：所述水力輸灰管道本體上開設(shè)有多個水膜孔環(huán)，水膜孔環(huán)沿水力輸灰管道本體的軸向分布，水膜孔環(huán)包括多個水膜孔，同一個水膜孔環(huán)中的水膜孔沿水力輸灰管道本體的周向分布，水力輸灰管道本體的外側(cè)設(shè)置有水膜供水環(huán)腔，水膜供水環(huán)腔沿水力輸灰管道本體的軸向分布，所有水膜供水環(huán)腔之間相互連通，水膜供水環(huán)腔與水膜孔環(huán)相通，水膜供水環(huán)腔用于向水膜孔環(huán)供水。本發(fā)明在現(xiàn)有水力輸灰管道本體的結(jié)構(gòu)（圓形截面）基礎(chǔ)上，在水力輸灰管道本體的壁面上開有直徑為毫米級的水膜孔。開設(shè)毫米級水膜孔的主要目的是在運行工況下，在水力輸灰管道本體的內(nèi)壁上形成一層薄的水膜。本發(fā)明形成灰漿與水力輸灰管道本體的內(nèi)壁面之間的物理隔離，阻斷碳酸鈣在內(nèi)壁面上的吸附、結(jié)垢的過程，并對已經(jīng)在內(nèi)壁面上形成的結(jié)垢進行有效的沖刷清洗，從而達(dá)到減少內(nèi)壁面結(jié)垢的目的。同時，水膜孔中形成的水膜射流的存在也重構(gòu)了水力輸灰管道本體內(nèi)灰漿的流動結(jié)構(gòu)，提高了灰漿邊界層的流動速度，進而降低沿著水力輸灰管道本體徑向的灰漿速度梯度，這將有利于降低灰漿在水力輸灰管道本體內(nèi)的流動損失，降低用于對灰漿進行加壓的柱塞泵功耗。

本發(fā)明所述減少內(nèi)壁結(jié)垢的水力輸灰管道還包括水膜供水管路、灰漿壓力表、水膜水壓表、高壓水泵、水膜供水開關(guān)和水槽，水槽與水膜供水開關(guān)相連，水膜供水開關(guān)與高壓水泵相連，高壓水泵與水膜水壓表相連，水膜水壓表與水膜供水管路相連，水膜供水管路與水膜供水環(huán)腔相通。水膜供水環(huán)腔、水膜供水管路、水槽、高壓水泵、灰漿壓力表和水膜水壓表構(gòu)成水膜供水系統(tǒng)。

本發(fā)明所述水膜孔的孔徑為3mm-5mm。

本發(fā)明同一個水膜孔環(huán)中相鄰的兩個水膜孔沿水力輸灰管道本體的周向方向間距為10mm-20mm。

本發(fā)明相鄰的兩個水膜孔環(huán)沿水力輸灰管道本體的軸向方向間距為100mm-200mm。

本發(fā)明所述水膜孔的形狀為圓柱形或者圓臺形，水膜孔的軸線朝向灰漿的流動方向，水膜孔的軸線與水力輸灰管道本體的壁面之間的夾角為10°到20°。水膜孔自身的軸向并非垂直于輸灰管，即水膜孔自身的軸向與水力輸灰管道本體的軸向不垂直。

本發(fā)明所述水膜供水環(huán)腔的水力直徑為50mm到100mm。

本發(fā)明對灰漿加壓，灰漿通過灰漿進口流入水力輸灰管道本體，灰漿通過灰漿出口流出水力輸灰管道本體；水槽中盛放有水，水槽中的水經(jīng)過高壓水泵加壓，且水膜水壓表的壓力讀數(shù)高于灰漿壓力表的壓力讀數(shù)時，水槽中的水通過水膜供水管路流入水膜供水環(huán)腔，然后水槽中的水流入水膜孔在水力輸灰管道本體的內(nèi)壁形成水膜，最后與灰漿一起離開水力輸灰管道本體。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可通過對現(xiàn)有水力輸灰管道本體進行結(jié)構(gòu)改造來實現(xiàn)。可有效減少灰漿在水力輸灰管道本體內(nèi)壁面上的結(jié)垢以減少水力輸灰管道本體清洗維護成本，并降低灰漿流動阻力以降低柱塞泵功耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例的俯視半剖結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖2的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。

實施例。

參見圖1至圖4。

本實施例為一種減少內(nèi)壁結(jié)垢的水力輸灰管道,包括水力輸灰管道本體1、水膜供水管路2、壓力表、高壓水泵7、水膜供水開關(guān)8和水槽9。

作為優(yōu)選，壓力表包括灰漿壓力表4和水膜水壓表6。

水力輸灰管道本體1為圓柱形，水力輸灰管道本體1的前端為灰漿進口10，水力輸灰管道本體1的后端為灰漿出口11?；覞{在柱塞泵的加壓作用下從灰漿進口10流入水力輸灰管道本體1，灰漿在柱塞泵的加壓作用下從灰漿出口11流出水力輸灰管道本體1。

水力輸灰管道本體1上開設(shè)有多個水膜孔環(huán)，水膜孔環(huán)沿水力輸灰管道本體1的軸向分布。

作為優(yōu)選，本實施例中相鄰的兩個水膜孔環(huán)沿水力輸灰管道本體1的軸向方向間距為100mm-200mm。

水膜孔環(huán)包括多個水膜孔3，同一個水膜孔環(huán)中的水膜孔3沿水力輸灰管道本體1的周向分布。

作為優(yōu)選，本實施例中水膜孔3的孔徑為3mm-5mm。

更進一步，本實施例中同一個水膜孔環(huán)中相鄰的兩個水膜孔3沿水力輸灰管道本體1的周向方向間距為10mm-20mm。

在上述優(yōu)選方案下，本實施中水膜孔3均勻地分布在水力輸灰管道本體1上，沿著水力輸灰管道本體1的周向方向，任意相鄰的兩個水膜孔3之間的距離恒定；沿著水力輸灰管道本體1的軸向方向，任意相鄰的兩個水膜孔3之間的距離恒定。

水膜孔3直徑越小且分布越致密均勻，在給定的供水壓力和水流量下，就越容易形成高速射流水膜。水膜供水壓力越高，所能形成的軸向水膜覆蓋就越長，在此條件下軸向相鄰的兩個水膜孔環(huán)之間的間距可適當(dāng)提高。

水力輸灰管道本體1的外側(cè)設(shè)置有水膜供水環(huán)腔5，水膜供水環(huán)腔5沿水力輸灰管道本體1的軸向分布，所有水膜供水環(huán)腔5之間相互連通，水膜供水環(huán)腔5與水膜孔環(huán)相通，水膜供水環(huán)腔5用于向水膜孔環(huán)供水。

作為優(yōu)選，本實施例中水膜供水環(huán)腔5的水力直徑為50mm到100mm。

在現(xiàn)有水力輸灰管道本體1的結(jié)構(gòu)（圓形截面）基礎(chǔ)上，在水力輸灰管道本體1的壁面上開設(shè)直徑為毫米級的水膜孔3。開設(shè)毫米級水膜孔3的主要目的是在運行工況下，在水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁上形成一層薄的水膜，水膜對灰漿與水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面之間形成物理隔離，阻斷碳酸鈣在水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面上的吸附、結(jié)垢的過程，并對已經(jīng)在內(nèi)壁面上形成的結(jié)垢進行有效的沖刷清洗，從而達(dá)到減少內(nèi)壁面結(jié)垢的目的。同時，水膜孔3中形成的水膜射流的存在也重構(gòu)了水力輸灰管道本體1內(nèi)灰漿的流動結(jié)構(gòu)，提高了灰漿邊界層的流動速度，進而降低沿著水力輸灰管道本體1徑向的灰漿速度梯度，這將有利于降低灰漿在水力輸灰管道本體1內(nèi)的流動損失，降低用于對灰漿進行加壓的柱塞泵功耗。

水槽9與水膜供水開關(guān)8相連，水膜供水開關(guān)8與高壓水泵7相連，高壓水泵7與水膜水壓表6相連，水膜水壓表6與水膜供水管路2相連，水膜供水管路2與水膜供水環(huán)腔5相通。水膜供水環(huán)腔5、水膜供水管路2、水槽9、高壓水泵7、灰漿壓力表4和水膜水壓表6構(gòu)成水膜供水系統(tǒng)。

水膜供水系統(tǒng)的供水質(zhì)量無特殊要求，一般工業(yè)用水即可。對水膜供水管路2的制造公差要求不高，水膜孔3孔徑、位置度、進水管路形位公差等均可設(shè)定在較低水平。因此對管理系統(tǒng)功能不會造成大的影響。

水膜孔3的形狀為圓柱形或者圓臺形，水膜孔3的軸線朝向灰漿的流動方向，水膜孔3的軸線與水力輸灰管道本體1的壁面之間的夾角為10°到20°。水膜孔3自身的軸向并非垂直于輸灰管的中心軸線，即水膜孔3自身的軸向與水力輸灰管道本體1的軸向不垂直。

水槽9中盛放有水膜供水系統(tǒng)的供水，水槽9中的供水經(jīng)過高壓水泵7加壓，且水膜水壓表6的壓力讀數(shù)高于灰漿壓力表4的壓力讀數(shù)時，水槽9中的水通過水膜供水管路2流入水膜供水環(huán)腔5，然后水槽9中的水流入水膜孔3在水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁形成水膜，最后與灰漿一起離開水力輸灰管道本體1。離開水力輸灰管道本體1的灰漿進入渣池或者脫水倉。

水力輸灰管道本體1內(nèi)的灰漿流動是典型的固-液兩相流?；覞{在其濃度較低時仍為牛頓流體。本實施例旨在管道內(nèi)壁上形成隔離的水膜，之所以沒有采用高壓空氣形成氣膜，主要考慮是氣膜中空氣與灰漿的摻混會形成更復(fù)雜氣-液-固三相流，不利于最佳灰漿濃度的計算和管道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁上結(jié)垢的化學(xué)過程為：灰漿中含有的氧化鈣與水反應(yīng)形成氫氧化鈣；而后氫氧化鈣與沖灰水中的碳酸氫鈣反應(yīng)形成碳酸鈣；當(dāng)灰漿的ph值大于8.5時碳酸鈣在水中的溶解度降低進而析出、結(jié)晶，在靜電吸附作用下附著在水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面上形成結(jié)垢。本實施例針對結(jié)垢形成的最后一個環(huán)節(jié)—附著過程，在水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面上形成一層薄層水膜以實現(xiàn)灰漿和水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面的物理隔離?；覞{與水力輸灰管道本體1內(nèi)壁面無物理接觸，碳酸鈣就無法在壁面上累積生長。理想情況下，析出的碳酸鈣結(jié)晶會被壓力更高的水膜水流沖擊后再次匯入灰漿流中，完全無法再壁面上附著。而且水膜水流也會持續(xù)對水力輸灰管道本體1內(nèi)壁形成沖刷作用，對已經(jīng)少量附著的碳酸鈣結(jié)垢也會起到清洗祛除的作用。此外，水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面上水膜的存在也會改變灰漿在管道內(nèi)的流動特性，原有的邊界層假設(shè)將不在適用。當(dāng)不存在水膜時，壁面上的灰漿流動速度一般視為零，水力輸灰管道本體1中心軸線處的灰漿流速最高。水膜的存在大大降低了水力輸灰管道本體1內(nèi)壁面-軸線的灰漿流動速度梯度，水膜將破壞主灰漿流原有的邊界層，這將明顯改變水力輸灰管道本體1內(nèi)壁面-水力輸灰管道本體1的中心軸線的灰漿流動速度分布，進而降低水力輸灰管道本體1內(nèi)壁面對流動灰漿施加的摩擦阻力。而且隨著水膜中高壓高速水流向主灰漿流的匯入和摻混，相當(dāng)于沿程不斷向灰漿流注入推動功，也將使得主灰漿流沿管道徑向的速度分布趨于均勻，并降低這種液-固兩相流的臨界流速。這都將有利于降低灰漿的流動阻力，減少柱塞泵的功耗。管道結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終目的是為了實現(xiàn)這層水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面的水膜，水膜的作用機理可以概括為：

1、形成灰漿和水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面的物理隔離，阻斷碳酸鈣結(jié)晶在壁面上的附著和生長；

2、形成對水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面的持續(xù)沖刷作用，起到對水力輸灰管道本體1內(nèi)壁面的持續(xù)性清洗作用；

3、降低灰漿流在水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面處的摩擦阻力，減少柱塞泵功率損耗。

一般，水力輸灰用水占燃煤電廠耗水量的50%左右，輸灰系統(tǒng)節(jié)水非常重要。本實施例需要用于形成水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面的水膜的額外供水，在計算灰漿的最佳節(jié)能濃度時，需將沿程供給的水膜進水量考慮進去，以達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的。水膜的水壓要高于灰漿壓力，因為灰漿中灰粒直徑一般小于1.0mm，要防止灰漿倒灌流入水膜供水系統(tǒng)內(nèi)。在調(diào)節(jié)水膜供水系統(tǒng)壓力時，可參考對比灰漿管道上和水膜供水管道上的水壓表讀數(shù)。在運行一段時間后，可適當(dāng)提高水壓運行一段時間，以高壓沖擊防止水膜孔3堵塞。

本實施例所描述的輸灰管道結(jié)構(gòu)設(shè)計與現(xiàn)有的管道結(jié)垢清洗技術(shù)不沖突，現(xiàn)行的所有形式的管道清洗技術(shù)都仍將適用。

此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說明。凡依據(jù)本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或者簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。