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(huì)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(cāng)?；以幕瘜W(xué)成分中含有硫，鈣等，運(yùn)行一段時(shí)間后往往會(huì)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(dòng)截面減小，灰漿流動(dòng)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(shí)甚至可導(dǎo)致灰渣無(wú)法排出須停機(jī)除垢，這對(duì)電廠正常生產(chǎn)會(huì)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(gè)重要環(huán)節(jié)。

機(jī)理研究是技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。目前，對(duì)水力輸灰管道內(nèi)結(jié)垢的化學(xué)過(guò)程，機(jī)理模型，灰漿流動(dòng)阻力特性等結(jié)垢機(jī)理的研究并不鮮見(jiàn)。結(jié)垢就要清洗，常見(jiàn)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(jī)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(dòng)除垢，須周期性的操作才能保證輸灰系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但除灰后，污垢會(huì)立刻開(kāi)始沉積生長(zhǎng)，管道有效流通截面積逐漸減小，沿程流動(dòng)損失逐漸加大，導(dǎo)致柱塞泵功耗逐漸增高。

中國(guó)專(zhuān)利200920143614.x公開(kāi)了一種使用高壓水射流除垢的管道機(jī)器人,它由兩個(gè)行走小車(chē)、往復(fù)旋轉(zhuǎn)噴槍、攝像頭和位置傳感器組成。行走小車(chē)包括行走輪、電機(jī)、減速器、小車(chē)本體、徑向調(diào)節(jié)裝置,兩行走小車(chē)之間通過(guò)球鉸相連;行走輪分驅(qū)動(dòng)輪和隨動(dòng)輪兩種,電機(jī)、減速器與驅(qū)動(dòng)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(jī)、減速器、不完全(半圓)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及噴頭組成,可實(shí)現(xiàn)噴槍繞噴槍轉(zhuǎn)軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)器人在管道內(nèi)的位置。該方案仍然屬于被動(dòng)清洗。

技術(shù)實(shí)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(jì)合理，用以延長(zhǎng)管道清洗周期，降低水力輸灰系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)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(wèn)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(jìn)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(kāi)設(shè)有多個(gè)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(gè)水膜孔，同一個(gè)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(kāi)有直徑為毫米級(jí)的水膜孔。開(kāi)設(shè)毫米級(jí)水膜孔的主要目的是在運(yùn)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(guò)程，并對(duì)已經(jīng)在內(nèi)壁面上形成的結(jié)垢進(jìn)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(shí)，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(dòng)結(jié)構(gòu)，提高了灰漿邊界層的流動(dòng)速度，進(jìn)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(dòng)損失，降低用于對(duì)灰漿進(jìn)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(kāi)關(guān)和水槽，水槽與水膜供水開(kāi)關(guān)相連，水膜供水開(kāi)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(gè)水膜孔環(huán)中相鄰的兩個(gè)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(gè)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(tái)形，水膜孔的軸線朝向灰漿的流動(dòng)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(duì)灰漿加壓，灰漿通過(guò)灰漿進(jìn)口流入水力輸灰管道本體，灰漿通過(guò)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(guò)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(shí)，水槽中的水通過(guò)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(kāi)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(jiǎn)單，可通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水力輸灰管道本體進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造來(lái)實(shí)現(xiàn)?？捎行p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(hù)成本，并降低灰漿流動(dòng)阻力以降低柱塞泵功耗。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例。

參見(jiàn)圖1至圖4。

本實(shí)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(kāi)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(jìn)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(jìn)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(kāi)設(shè)有多個(gè)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(shí)施例中相鄰的兩個(gè)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(gè)水膜孔3，同一個(gè)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(shí)施例中水膜孔3的孔徑為3mm-5mm。

更進(jìn)一步，本實(shí)施例中同一個(gè)水膜孔環(huán)中相鄰的兩個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(zhǎng)，在此條件下軸向相鄰的兩個(gè)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(shí)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(kāi)設(shè)直徑為毫米級(jí)的水膜孔3。開(kāi)設(shè)毫米級(jí)水膜孔3的主要目的是在運(yùn)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(duì)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(guò)程，并對(duì)已經(jīng)在內(nèi)壁面上形成的結(jié)垢進(jìn)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(shí)，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(dòng)結(jié)構(gòu)，提高了灰漿邊界層的流動(dòng)速度，進(jìn)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(dòng)損失，降低用于對(duì)灰漿進(jìn)行加壓的柱塞泵功耗。

水槽9與水膜供水開(kāi)關(guān)8相連，水膜供水開(kāi)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(wú)特殊要求，一般工業(yè)用水即可。對(duì)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(jìn)水管路形位公差等均可設(shè)定在較低水平。因此對(duì)管理系統(tǒng)功能不會(huì)造成大的影響。

水膜孔3的形狀為圓柱形或者圓臺(tái)形，水膜孔3的軸線朝向灰漿的流動(dòng)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(guò)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(shí)，水槽9中的水通過(guò)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(kāi)水力輸灰管道本體1。離開(kāi)水力輸灰管道本體1的灰漿進(jìn)入渣池或者脫水倉(cāng)。

水力輸灰管道本體1內(nèi)的灰漿流動(dòng)是典型的固-液兩相流?；覞{在其濃度較低時(shí)仍為牛頓流體。本實(shí)施例旨在管道內(nèi)壁上形成隔離的水膜，之所以沒(méi)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(huì)形成更復(fù)雜氣-液-固三相流，不利于最佳灰漿濃度的計(jì)算和管道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁上結(jié)垢的化學(xué)過(guò)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(shí)碳酸鈣在水中的溶解度降低進(jìn)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(shí)施例針對(duì)結(jié)垢形成的最后一個(gè)環(huán)節(jié)—附著過(guò)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(shí)現(xiàn)灰漿和水力輸灰管道本體1的內(nèi)壁面的物理隔離。灰漿與水力輸灰管道本體1內(nèi)壁面無(wú)物理接觸，碳酸鈣就無(wú)法在壁面上累積生長(zhǎng)。理想情況下，析出的碳酸鈣結(jié)晶會(huì)被壓力更高的水膜水流沖擊后再次匯入灰漿流中，完全無(wú)法再壁面上附著。而且水膜水流也會(huì)持續(xù)對(duì)水力輸灰管道本體1內(nèi)壁形成沖刷作用，對(duì)已經(jīng)少量附著的碳酸鈣結(jié)垢也會(huì)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(huì)改變灰漿在管道內(nèi)的流動(dòng)特性，原有的邊界層假設(shè)將不在適用。當(dāng)不存在水膜時(shí)，壁面上的灰漿流動(dòng)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(dòng)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(dòng)速度分布，進(jìn)而降低水力輸灰管道本體1內(nèi)壁面對(duì)流動(dòng)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(dòng)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(dòng)阻力，減少柱塞泵的功耗。管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目的是為了實(shí)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(jī)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(zhǎng)；

2、形成對(duì)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(duì)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(shí)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(jì)算灰漿的最佳節(jié)能濃度時(shí)，需將沿程供給的水膜進(jìn)水量考慮進(jìn)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?yàn)榛覞{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(shí)，可參考對(duì)比灰漿管道上和水膜供水管道上的水壓表讀數(shù)。在運(yùn)行一段時(shí)間后，可適當(dāng)提高水壓運(yùn)行一段時(shí)間，以高壓沖擊防止水膜孔3堵塞。

本實(shí)施例所描述的輸灰管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shuō)明的是，本說(shuō)明書(shū)中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱(chēng)等可以不同，本說(shuō)明書(shū)中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例說(shuō)明。凡依據(jù)本發(fā)明專(zhuān)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(jiǎn)單變化，均包括于本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)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(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)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(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。