一种具有背压结构的声波助燃装置及其安装方式的制作方法

1.本发明涉及声能应用技术领域中的气声转换装置，特别是涉及一种具有背压结构的声波助燃装置及其安装方式。


背景技术：

2.锅炉在生产运行过程中，其受热面(水冷壁、过热器、省煤器、换热器、烟道等)与煤燃烧气体接触的表面存在积灰、结渣和结焦现象，使锅炉的传热效果严重削弱，热交换效率大大降低，造成煤燃烧热值的极大浪费，同时加重受热体管壁腐蚀和磨损，增加锅炉“爆管”事故发生的几率，影响安全生产。炉内结焦同样也对锅炉安全运行构成极大危害。
3.目前电站锅炉安装的吹灰设备主要是蒸汽吹灰器和声波吹灰器以及激波吹灰器。
4.蒸汽吹灰器为传统吹灰器，由于结构和介质的特点，加上高温环境的影响，吹灰枪管易发生卡涩、失灵、漏汽等现象，设备故障率相对较高，要求维护水平较高，长时间故障不处理会导致吹损管壁缺点：(1)吹灰耗费蒸汽，降低了烟气露点，增加了锅炉补给水。(2)吹灰只能清除所吹到的受热面，吹灰有死角。(3)长伸缩式吹灰器伸缩部分易变形卡涩，蒸汽吹伤受热面引起爆管，且维护量大，结构尺寸大，占用较大的空间位置。
5.声波吹灰器，目前膜片声波吹灰器声波能量小效果一般，吹灰效果不明显，基本上不能除掉已有的积灰。
6.激波吹灰器也是一种除灰技术，利用瞬间爆炸生产超冲击波的能量，清除锅炉积灰。但受乙炔、天然气等气源危险的影响，选用时都有所顾虑。缺点：(1)吹灰消耗燃气，需定期更换供气设备。(2)吹灰主要对垂直冲刷面作用大，吹灰有死角。(3)吹灰长期冲刷固定的受热面，燃气须注意安全。
7.对此，中国专利(cn106196117a)公开了一种动静环式低频大功率声波吹灰器，结构是由声波扩放器通过发声管与声波发生器主体一端连接在一起，声波发生器主体上部通过进气弯头与进气管连接，声波发生器主体一侧设置有前挡板，动环盘置于由前挡板与声波发生器主体密封连接后形成的腔体内，传动轴一端通过声波发生器主体与动环盘固定连接，另一端与变频调速电动机连接固定在声波发生器底座上；与现有技术相比，结构合理，能量转化效率高，吹灰效果好。
8.同时，中国专利(cn202382260u)也公开了一种声波发生器，它包括底座，在底座上固定气源稳压罐和电机，在底座上固定一个转盘基座，转盘基座的外侧有转盘腔和转盘密封盖，转盘腔内有环形均匀分布多个通气孔的转盘，转盘由内侧底座上固定的电机通过转轴驱动旋转；在与通气孔对应位置的转盘基座和转盘密封盖上分别设置进气孔和出气孔，转盘密封盖外侧出气孔的位置安装喇叭筒；气源稳压罐上设置有小进气管和大出气管，大出气管与进气孔之间通过一个弧形变径弯管连通。与现有技术相比，结构简单，气声转换效率高，声频调整范围宽，操作方便，适用于各种炉窑清灰除渣。
9.但是，无论是声波吹灰器还是声波发生器，其在实际的工作过程中，由于叶轮在进气管内切割压缩空气，其进气侧始终会受到压缩空气的流动压力，久而久之，由于叶轮在进
气管中长期受一个方向的空气压力，则会导致其结构变形，进而出现磨损或损坏，从而影响正常工作。而对于此，现有技术中并没能给出一个解决方案。
10.因此，为提高声波发生器中叶轮的使用寿命，保证声波发生器的正常工作，有必要对其结构设计进行改进。


技术实现要素：

11.本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种具有背压结构的声波助燃装置及其安装方式，通过在声波助燃装置中设计背压结构，以提高声波发生器中叶轮的使用寿命，保证声波发生器的正常工作。
12.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：提供一种用于声波助燃装置的背压结构，包括与进气管连通的背压腔，背压腔位于叶轮的出气侧，叶轮顶部穿过进气管暴露在背压腔中。
13.作为优选地，背压腔与进气管通过一旁路连通，旁路的进口开设在靠近进气管的进口处。
14.还提供一种声波助燃装置，包括壳体，在壳体的不同端面上分别开设有进气管安装孔、声波导管安装孔和驱动装置安装孔；其中，进气管的进气口安装在进气管安装孔处，其出气口从壳体内部延伸至声波导管安装孔处；声波导管安装在声波导管安装孔处，并与进气管的出气口连通；驱动装置安装在驱动装置安装孔处，与传动装置连接；传动装置连接驱动装置和壳体内设置的叶轮；叶轮能够沿进气管横截面方向贯穿进气管，叶轮在转动时能够在进气管中切割流动的空气；还包括有上述的背压结构。
15.作为优选地，进气管安装孔所在端面与声波导管安装孔所在端面垂直；进气管为渐缩式弧形管。
16.作为优选地，声波导管为扩口式声波导管；通过法兰与进气管连接。
17.作为优选地，驱动装置安装孔所在端面与声波导管安装孔所在端面平行，驱动装置为变频电机。
18.作为优选地，驱动装置安装孔所在端面与声波导管安装孔所在端面平行，驱动装置为变频电机。
19.作为优选地，传动装置为传动轴，传动轴与变频电机和叶轮的中心轴重合；传动轴一端与变频电机的驱动轴连接，另一端与叶轮的转轴连接。
20.还提供一种声波助燃装置的安装方式，在锅炉炉膛的四面炉墙上分别安装有9个台声波助燃装置，声波助燃装置呈3
×
3布置，且每行声波助燃装置与锅炉炉膛每层的燃烧器位于同一平面。
21.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
22.本发明通过在声波助燃装置中设计背压结构，采用将与进气管连通的背压腔设置在叶轮的出气侧，叶轮顶部穿过进气管暴露在背压腔中的结构设计，使其利用进气管中相同的空气压力施加在叶轮的出气侧上，由此使叶轮的进气侧和出气侧的压力得以平衡，进而提高叶轮的工作寿命，从而保证声波发生器的正常工作。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明具有背压结构的声波助燃装置的结构示意图；
25.图2为本发明声波助燃装置安装后主视图；
26.图3为本发明声波助燃装置安装后俯视图。
27.其中，1
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声波助燃装置；2
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锅炉；3
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燃烧器；11
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壳体，12
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进气管，13
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声波导管，14
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变频电机，15
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叶轮，16
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背压腔，17
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旁路。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种具有背压结构的声波助燃装置及其安装方式，通过在声波助燃装置中设计背压结构，以提高声波发生器中叶轮的使用寿命，保证声波发生器的正常工作。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.如图1所示，本发明提供一种用于声波助燃装置的背压结构，包括背压腔16，背压腔16与进气管12相连通，背压腔16与进气管12的连通方式有多种，例如：在背压腔16与进气管12之间设置一个旁路17；或是在背压腔16整体为一盲孔，孔口开设在进气管12上。
32.背压腔16位于叶轮15的出气侧(图1中叶轮15的右侧)，其中，叶轮15的顶部在穿过进气管12后继续向上延伸，直至叶轮15的部分出气侧暴露在背压腔16中，此时，叶轮15的进气侧(图1中叶轮15的左侧)为壳体，出气侧为背压腔16；由于在工作时，叶轮15在进气管12内进气侧会受到压缩空气的流动压力，久而久之由于叶轮15在进气管12中长期受一个方向的空气压力会导致其结构变形，进而出现磨损或损坏，所以将叶轮15延伸穿过进气管后，在与其进气侧相对的出气侧一方设置与进气管12相连通背压腔16，利用进气管12中相同的空气压力施加在叶轮15的出气侧上，由此使叶轮15的进气侧和出气侧的压力得以平衡，进而提高叶轮15的工作寿命。
33.如图1所示，还提供了一种声波助燃装置，包括壳体11、进气管12、声波导管13、叶轮15和驱动装置；其中，在壳体11的不同端面上分别开设有进气管安装孔、声波导管安装孔和驱动装置安装孔，进气管11的进气口安装在进气管安装孔处，其出气口从壳体11内部延伸至声波导管安装孔处；声波导管13安装在声波导管安装孔处，并与进气管12的出气口连通；驱动装置安装在驱动装置安装孔处，与传动装置连接；传动装置连接驱动装置和壳体11内设置的叶轮15；叶轮15能够沿进气管12横截面方向贯穿进气管12，叶轮15在转动时能够在进气管12中切割流动的空气；还包括有上述的背压结构。
34.进一步的，进气管安装孔所在端面与声波导管安装孔所在端面可以相互垂直，也可以相互平行，亦可以进气管安装孔与声波导管安装孔开设在同一平面；对应的只需将进气管12设计为适配的弧形管、直管、u形管等即可；在此，为了壳体11中叶轮15和传动装置的方便布置以及压缩空气的流动效果，进气管12选取渐缩式弧形管，一方面可以使驱动装置、传动装置和叶轮15的轴线重合，简化传动装置的结构设计，提高传动效率；另一方面渐缩式弧形管不仅能够相对其他异形管结构较为平顺的输送压缩空气，减少结构对于压缩空气流动的干预，还能够有效将压缩空气汇聚，提高后续声波的发生质量。
35.进一步的，声波导管13采用扩口式声波导管，其扩口可以为圆形，也可以为方形，亦可以根据实际需求设计成任意形状；声波导管13通过法兰与进气管12连接，需要注意的是，通过法兰将进气管12与声波导管13连接是目前较为普遍的连接方式，但本技术并不仅局限于通过法兰连接，也可以采用焊接、螺纹连接等连接方式。
36.进一步的，驱动装置安装孔所在端面与声波导管安装孔所在端面可以平行，也可以相互垂直；两个安装孔所在端面的平行和垂直意味着驱动装置与叶轮15间传动装置的结构设计不同，即两个安装孔所在端面的平行时，驱动装置、传动装置和叶轮15的轴线可以重合，传动装置只需采用传动轴将驱动装置与叶轮15连接即可，其中，传动轴一端与驱动装置的驱动轴连接，另一端与叶轮15的转轴连接；而两个安装孔所在端面相互垂直时，则驱动装置、传动装置和叶轮15的轴线无法重合，此时则需要在传动装置中设置锥形齿轮以改变传动方向；在这里为满足声波发生频率的变化控制，驱动装置选取变频电机14，即采用变频电机来改变叶轮15切割压缩空气的频率，从而达到调控发声频率的目的。
37.进一步的，在叶轮15上以叶轮15转轴为中心在叶轮15上环向上开设有若干个开孔，叶轮15转动时，各个开孔在进气管12交替轮换，其中开口之间的间距大于叶轮15所在进气管12处的直径，由此在实际的工作过程中，当叶轮15上的开孔与进气管12对齐时，压缩空气正常流动，而当开孔与进气管12错位时，压缩空气则被叶轮15所阻碍，通过叶轮15转动过程中不断的切割压缩空气从而产生震荡声波；同时，声波的强弱则直接与气流流量有有关，所以只需通过调节叶轮15的转速，进而气流流量，从而调控声波的强弱。
38.更进一步的，由于声波是一种机械弹性波，当物体发生运动时，和它相连的媒质就随之引起压力、质点速度等参量的变化，空气是传播声波的基本媒质，对于空气这种弹性媒质，遇有物体的运动时，相邻的空气就出现压缩膨胀、稀疏稠密的周期变化，并由近到远交替地向空间扩展。高频高声强声波在传播过程中可以使媒质产生位移、速度、加速度，其作用强度与声功率的大小有关。所以，基于此，可以在电站锅炉中是用强声波来促进炉内煤粉燃烧、强化换热器传热是提高锅炉综合效率、降低煤耗、减少污染物排放；
39.进一步的，在炉膛上安装声波发生器产生强声波，通过声波发生器所产生的高频高声强声场，加速了新鲜氧气的扩散速度，也加速了解吸附与燃烧产物扩散到烟气中的速度。由于声波可引起分子及粒子的强烈振动，因此加速了煤粉的粒子与粒子之间、烟气的分子与分子之间、煤粉粒子与烟气分子之间的强烈的质量交换、动量交换和热量交换，这种交换的结果将导致煤粉的燃尽时间缩短，从而将使飞灰及渣的可燃物大大地降低，达到节能降耗的目的。利用强迫振荡的方法，将鼓风机气流转变为低频振荡声波，低频强声波可以提高燃煤燃烧效率5％以上。
40.由此，如图2和3所示，本发明还提供了一种声波助燃装置的安装方式，在锅炉1的
炉膛四面炉墙上分别安装有9个台声波助燃装置1，在每面炉墙上声波助燃装置1呈3
×
3布置，并且且每行声波助燃装置与锅炉1炉膛每层的燃烧器3位于同一平面。
41.进一步的，声波助燃装置1的控制系统可就地布置，声波助燃装置1的控制柜放在炉膛燃烧器附近，需要注意的是，控制柜需放置在避雨遮阳的地方；也可以把控制柜放入电子间，由plc进行控制，设置好运行参数即可；本发明的声波助燃控制系统可接入dcs系统，进行启、停操作，并可以通过画面查看声波助燃运行情况，并进行异常报警。
42.通过采用上述安装方式，使其第一、消烟助燃，声波引起的振荡流使烟气与煤颗粒产生相对运动，可将包围在煤颗粒外层的燃料生成物(如灰壳)同内部未燃颗粒分开，使氧气能更好地与燃料颗粒接触，从而加快了燃料燃烧速度；第二、增强传热，声波能消除煤颗粒和换热器传热面附近存在的温度边界层，从而促进传热，声波助燃及增强传热的作用，可有效地提高锅炉的热效率，降低排烟含尘浓度及黑度；第三、除尘，烟气中含有小颗粒及较大颗粒的飞灰。利用声波的团聚作用，使烟气中小颗粒飞灰互相碰撞，聚合成较大颗粒，较大颗粒飞灰相互碰撞，在重力作用下下沉，导致排烟含尘量下降，此外，声波还能使烟气中的可燃物更好地燃烧，可燃物燃烧后比重增大，在烟气流动中依靠重力下沉也导致排烟含尘量下降。
43.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。