回转式空气预热器吹灰蒸汽参数研究

2018-07-10薛燕辉刘朝成

通信电源技术 2018年4期

刘君，薛燕辉，刘朝成

（东方锅炉股份有限公司，四川成都 611731）

0 引言

电站锅炉系统中，回转式空气预热器是最容易发生堵塞的设备。从实际运用来看，利用吹灰器进行吹扫是缓解堵塞的一个有效方法。目前，电厂主要采用蒸汽吹灰、声波吹灰和燃气脉冲吹灰三种方式[1]。由于回转式空气预热器元件的特殊结构，声波吹灰和燃气脉冲吹灰收效甚微，而蒸汽吹灰是唯一行之有效的手段。

1 蒸汽吹灰的原理

蒸汽吹灰利用饱和水蒸气膨胀做功的原理对发生堵塞的地方进行“物理冲洗”，以达到减轻堵塞的效果[2]。吹灰器的喷嘴如图1所示，喷嘴结构为渐缩渐放形式，饱和蒸汽从母管中喷出经过自由膨胀，压力和温度从P0、t0降至P1、t1，其中P1为大气压力0.1 MPa。为了保证吹灰效果，防止蒸汽带水损坏蓄热元件，经过喷嘴后的蒸汽为饱和蒸汽温度在100 ℃以上，同时有20 ℃的过热度。因此出口蒸汽参数p=0.1 MPa、t≥120 ℃。此时，需要确定母管蒸汽参数，保证经过喷嘴的蒸汽为饱和蒸汽。

图1 吹灰喷嘴结构

2 蒸汽参数模型建立

绝热膨胀，即蒸汽管路由于覆盖保温层近似为与外界不发生热量交换，可看作是绝热[1]。水蒸气在膨胀前后的状态为，热量q=0，膨胀的技术功等于焓降Wt=h1-h2、膨胀功W=u1-u2。可以从图2的h-s图对h和s进行求解，已知蒸汽压力和h，s可反算温度t1，也可以通过蒸汽在任一截面的流速公式反推h1，然后查表求得温度。Cf1、Cf2为进出口截面上蒸汽流速，单位m/s；h1、h2为进出口截面的焓值，单位kJ/kg；s为熵。

图2 h-S曲线

下面通过上述两种方法分别推导需要的蒸汽压力和温度。

2.1 h-s曲线法

根据减压阀经验值，一般在喷嘴前母管中的蒸汽压力为1.2 MPa。

通过h-s曲线表，已知标准大气压的定压线和饱和线的交点为状态2（喷嘴出口状态）作定熵垂线（由于非完全理想状态，近似垂线）。因此，它与1.2 MPa的等压线求得交点，为状态1（喷嘴进口状态）。读得h1=3 050 kJ/kg，根据p=1.2 MPa，可查表查出t=302 ℃[3]。

为了保证经过喷嘴后为饱和蒸汽，蒸汽母管中温度需要大于302 ℃。考虑管路系统的散热，推荐母管中蒸汽温度在320～330 ℃。

2.2 蒸汽流动能量方程式法

由喷嘴进口状态p=1.2 MPa、t=320 ℃，可知h2=3 089 kJ/kg。

蒸汽在渐缩渐放喷管的流速曲线特性，如图3所示。

图3 喷嘴流速图

设计条件下，吹灰器喷嘴前参数为p1=1.2 MPa ，t1=320 ℃。假设流动过程为理想状况，熵增为0，p1=1.2 MPa，t1=320℃，p2=0.1 MPa，pcr=p1[2/(k+1)]k(k+1)=1.2×0.546=0.652 MPa（过热蒸汽绝对系数k取1.3）。

通过查蒸汽焓熵参数可知，h1=3 089 kJ/kg，hcr=2 923.72 kJ/kg[3]，h2=3 089 kJ/kg，cr=0.406 4 J/kg·K为喉部流速）；qm=Avr/cr=2×10-4×545.1/0.406 4=0.26 kg/s（qm为质量流量，A为喉部截面积）；V2=2(h1-h2)，A2=qmc2/V2=7.79×10-4m2（A2为出口截面积）。

计算结果表明，蒸汽进入湿蒸汽区域，理论出口截面积大于实际截面积（实际截面积为2.75×10-4m2），所以喷嘴实际上在“阻塞背压”的工况下工作。阻塞背压不能用热力公式直接求得，用牛顿中值法取喉部压力和出口压力为初值可以求得阻塞背压（0.2 MPa），具体参数为：p1=1.03 MPa，t=310 ℃，p2=0.2 MPa，h2=2 714.21kJ/kg ，c2=0.895 1 J/kg·K，V2=2(h1-h2)=846.3 m/s，A2=qmc2/V2=2.75×10-4m2。

根据经验，气流取速度系数k=0.92得到实际流速

由=2.716 kJ/kg，查表得t2=120 ℃[3]。该压力下的饱和蒸汽温度为100 ℃，因此还有20 ℃的过热度，满足吹灰要求，蒸汽不会带水。