用于锅炉炉膛的热声声波除灰器 技术领域
本发明涉及一种用于锅炉炉膛的热声声波除灰器。
背景技术
锅炉受热面在轻度积灰的情况下，积灰层带来的附加热阻也会严重影响锅炉受热面内外的热量传递。另外，积灰还会进一步导致受热面使用寿命降低，锅炉管子爆漏现象频繁，严重危害锅炉及热交换器的安全经济运行。常规的吹灰方法包括蒸汽(或压缩空气)吹灰、振打及钢球洗刷等方法，实践证明，这些方法在实际运行中都不同程度地存在着一些问题。
声波除灰的机理不是依靠介质(蒸汽或空气)直接接触受热面吹扫灰尘，而是将声波吹灰器产生的声波送入积灰的空间区域，通过声能量作用，使空气分子与粉尘粒子产生振荡破坏，阻止粉尘粒子在受热面表面沉积，同时也阻止粒子之间结合，使之处于悬浮状态，以便使烟气将其带走或靠自身重力沉降，达到清灰的目的。声波具有全方向性，能均匀布满整个空间，进行全方位清灰防止灰结垢。与传统的吹灰方法比较，声波吹灰具有投资低，效果好，可以影响沉积物生成机理，防止和延缓沉积物形成，锅炉部件几乎不产生热应力地作用等优点。声波除灰器的常见形式有旋笛式和哨式等。然而这些声波除灰器的共同特点是需要一高压空气源来驱动发声结构，附加配备的空气压缩机需要外加能源，而且系统结构也比较复杂。而热声声波发生器则是利用热源驱动一合适热声驱动器结构就能实现声波输出，再经聚集放大到一定强度就能用于除灰。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于锅炉炉膛的热声声波除灰器。
它具有热声发声器和声波放大器，热声发声器依次具有谐振管、冷端换热器、热声板叠、高温端，在热声板叠外侧设有隔热层，声波放大器为指数型喇叭号角，热声发声器的高温端与指数型喇叭号角之间设有声波入口。
目前的声波除灰器有旋笛式和哨式等形式，它们由高压空气源来驱动一定的发声结构，而气源则由空气压缩机提供，因而需要外加能源并且增加了系统结构的复杂性。本发明采用的热声声波发生器则是利用热源(这在锅炉中是唾手可得的)作为驱动源，通过一定的结构(即由热声板叠和冷热端换热器构成的热声核)就能实现声波输出。在声波产生以后，为了得到更高的声压级，考虑把从谐振管中引出的声波通过指数型喇叭号角结构，进行聚集放大以达到能去除灰尘的水平。
附图说明
附图是用于锅炉炉膛的热声声波除灰器结构示意图。
具体实施方式
用于锅炉炉膛的热声声波除灰器具有热声发声器和声波放大器，热声发声器依次具有谐振管1冷端换热器2、热声板叠3、高温端4，在热声板叠3外侧设有隔热层5，声波放大器为指数型喇叭号角7，热声发声器的高温端4与指数型喇叭号角7之间设有声波入口6。
热声板叠3与高温端4连接处为锅炉炉膛壁。高温端的热源为锅炉烟气，即把高温端谐振管直接“浸没”在炉膛内的高温烟气中，于是省却了常规热声发声器中为输入外加热量而设置的热端换热器。热声板叠3为陶瓷多孔材料，具有耐高温且不被氧化的特点。指数型喇叭号角7为摺叠式指数型喇叭号角，缩小了其整体外形长度，号角也由高温陶瓷材料制成以耐炉膛内的高温。
冷端换热器(即水冷却器)设置在常温区，冷却水通过进水管8和出水管9，在此处形成一个相对较低的温度，进而在板叠的两端形成一个很大的温差(可高达1000℃)，设置合适长度的板叠将使其两端的温度梯度远高于热声振荡的临界温度梯度，因热声效应而发生热声振荡并输出大幅度的声波。
在谐振管中产生的声波通过高温端的出口引入到紧挨着高温端的指数型喇叭号角中去，声波因而得以聚集放大。这样，在号角的出口端就能输出具有一定频率的大振幅声波。根据声波除灰的特性，系统设计将保证声波的频率在比较低的频率，大约在200Hz左右时有比较好的除灰效果。此外，次声范围的声波对除灰也有很好的效果。鉴于热声系统作为一个谐振系统，其工作频率与结构尺寸直接相关联，低频就意味着需要比较大的结构尺寸，所以在大型的应用场合也可以采用，而对于中小型应用场合，则不宜采用次声结构。
把热声声波除灰器安装到锅炉炉膛上时，整个高温端侧(包括部分谐振管和指数型喇叭号角)被放置到锅炉炉膛内炉壁附近，利用炉膛内的高温烟气混合物为热声系统提供驱动源。而板叠段的全部或者部分则刚好处于炉壁的位置，可以直接利用炉壁的隔热作用，为减少热量的散失，对该局部炉壁可采取一定的加强隔热措施。安装完成后，在冷端换热器中通上冷却水，就能启动热声系统的工作。需要注意的是，在通冷却水之前，炉膛内的高温热能会通过管壁和板叠传导到常温端，使冷端换热器和谐振管都处于高温状态，因此不在炉膛内的部分也应采取隔热措施(在系统正常工作时，隔热层不起作用)。出于相同原因，在设计和制作冷端换热器时，工艺上要保证该换热器能承受高温。
根据锅炉的规模，在锅炉的不同部位设置多个结构相同的热声声波除灰器，在各个系统开始工作后，就能在炉膛内形成一个均匀声场，而实现在线除灰的功能。还应保证各个除灰器的输出声波频率相同或相近，这样有利于声波的叠加放大，提高声压强度。