火力发电用锅炉清理器的研究

摘要：在火力发电系统中，锅炉作为核心设备，其内部的清洁程度直接影响发电效率与设备寿命。传统的锅炉清理方式存在诸多不足，如清理不彻底、易损伤锅炉内壁等。本文介绍了一种专为火力发电锅炉设计的新型清理器，阐述其设计背景、原理、结构创新、实验验证及应用前景，旨在解决传统锅炉清理难题，提高发电效率与设备寿命。

关键词：火力发电；锅炉；设计方案；高效清理；性能验证

1  引言

1.1  火力发电行业态势

火力发电在全球能源供给格局中占据关键位置，是众多国家维持稳定电力供应的重要支柱。就我国而言，长期以来，火力发电凭借其稳定的电力输出，为经济的蓬勃发展夯实了能源基础。锅炉作为火力发电的核心装置，其运行的优劣直接关系到发电效率和整个系统的安全性。在实际运行过程中，受燃料燃烧特性、水质变化等因素影响，锅炉内部极易出现结垢、积灰等状况。这些污垢不仅会降低热量传递效率，造成能源浪费，还存在严重的安全隐患。

1.2  传统清理手段的困境解析

传统锅炉清理主要依靠人工操作和常规机械设备。人工清理通常是工人手持铲子、刷子等简单工具，对锅炉内部污垢进行手动铲除。这种方式虽然操作简单，但效率极为低下，且工人劳动强度极大。同时，人工清理很难做到全面彻底，残留的污垢会持续影响锅炉的运行效率。常规机械清理借助刮刀、吸尘器等设备开展工作，相较于人工清理，在效率上虽有所提高，但仍存在诸多问题。这些设备大多只能清理锅炉表面容易触及区域的污垢，面对复杂的管屏结构以及拐角等特殊部位，清理效果不佳。而且在清理过程中，如果操作不当，很容易对锅炉管壁造成损伤，从而缩短设备的使用寿命。

鉴于传统清理方式的种种弊端，研发新型清理设备已刻不容缓。这不仅是提升锅炉清理质量和效率的关键，更是推动火力发电行业可持续发展的重要举措。本研究将深度探究一款新型火力发电用锅炉清理设备的结构原理及应用，力求为行业提供一套高效、安全、可靠的清理解决方案。

2  清理器工作原理

2.1 物理清理基础

（1）冲击剥离污垢原理：基于牛顿第二定律F = ma，通过让清理设备的刷头高速运转，使刷头在撞击污垢的瞬间产生强大的冲击力，使污垢从锅炉壁上脱落。

（2）振动污垢原理：利用振动装置产生特定频率的振动，当该振动频率与污垢的固有频率相匹配时，会引发共振现象，使污垢内部结构松动，减弱污垢与锅炉壁的附着程度。

（3） 摩擦去除污垢原理：在清理过程中，刷头与污垢之间的摩擦起到了关键作用。选用高硬度且表面粗糙的刷头材料，可以增大摩擦系数。根据摩擦力公式F =μN，在一定的压力条件下，摩擦系数越大，产生的摩擦力就越强，从而能够有效刮擦并去除污垢，同时对锅炉壁的损伤较小。

2.2  智能自适应动态调节系统

（1） 多传感器全方位实时监测网络：清理设备内部巧妙布局了多种功能各异的传感器，如压力传感器、超声波传感器等。这些传感器如同设备的“敏锐触角”，分布在各个关键位置，24小时不间断地对锅炉内不同区域的污垢进行实时监测。压力传感器能够精准感知污垢的附着力，超声波传感器则可以精确测量污垢的厚度和硬度。将采集到的关键数据通过高速数据传输线路，迅速反馈给设备的控制系统，为后续的清理决策提供精确依据。

（2）智能数据分析与策略决策核心：控制系统在接收到传感器传来的海量数据后，就如同开启了一台超级智能大脑。对数据进行深度挖掘和分析。根据污垢的厚度、硬度、附着力等具体特性，系统能够智能地制定出最为适配的清理策略。当检测到污垢较厚时，系统会自动提升清理头的旋转速度，加大冲击力度，实现清理过程的自动化、智能化。

（3）反馈式动态优化调整机制：在清理作业进行的过程中，控制系统始终保持对清理效果的密切关注，形成了一套高效的反馈式动态调整机制。及时调整清理头的角度，确保能以最佳角度接触污垢；同时，精准调整清理头的位置，保证清理范围覆盖全面。通过不断地动态调整这些参数，清理流程得到持续优化，清理效率和质量也在这个过程中不断提升，直至达到理想的清理效果。

3  火力发电用锅炉清理器的设计方案

结合下图1至图3说明本设计方案：一种火力发电用锅炉的清理器，包括移动机构、连接机构、药箱机构、喷水机构和清洗机构，所述的清洗机构通过连接机构与移动机构连接，药箱机构固定安装在清洗机构上，喷水机构固定安装在连接机构上；

所述的移动机构包括主箱体1、液压缸7和两个行走轮，两个行走轮分别通过缓冲垫2固定安装在主箱体1的箱底外壁上，液压缸7位于主箱体1内并固定安装在箱底内壁上，液压缸7输出端的液压杆8穿过主箱体1的箱顶与连接机构固定连接；

所述的连接机构包括支撑板9、连接块10、固定杆11、连接杆12和固定柱13，所述的支撑板9的下表面固定安装在液压杆8上，支撑板9的上表面固定安装有连接块10，连接块10的侧壁上固定安装有固定杆11；固定杆11的两端下方分别通过两个连接杆12与固定柱13固定连接，并且固定杆11的轴线与固定柱13的轴线平行；所述的固定柱13的中部固定安装有喷水机构，固定杆13的两端分别与两个清洗机构连接；

所述的喷水机构包括蓄水箱27、水泵29和高压水枪31，所述的蓄水箱27固定安装在固定柱13的中部，蓄水箱27的顶部开有通孔，并且进水管28插装在该通孔内；所述的水泵29固定安装在蓄水箱27的内部，水泵29的出水口与输水管30的一端固定连接，输水管30的另一端穿过蓄水箱27的箱壁与高压水枪31连接；

所述的清洗机构包括副箱体14、电机16、锁紧螺栓17、清扫轴18和清扫刷21，所述的清洗机构通过副箱体14与固定杆13连接，电机16通过固定支架15固定安装在副箱体14的内部，电机16的输出轴穿过副箱体14的箱底，并且电机16的输出轴通过联轴器与锁紧螺栓17固定连接，锁紧螺栓17与清扫轴18螺纹套接连接，清扫轴18的外侧套装有清扫刷21；

所述的药箱机构包括药剂箱23，药剂箱23通过连接件22固定安装在副箱14上，药剂箱23的箱顶插装有进药管24，药剂箱23的箱底插装有出药管25，出药管25上安装有开关阀26。如此设置，如图1所示，通过设置的液压缸7、液压杆8、支撑板9、连接块10、固定杆11、连接杆12和固定柱13，可以使人们对清洗机构进行上下调节，方便清理装置进入至锅炉内对其清理，从而提高了工作的效率。并且如图2所示，通过设置的锁紧螺栓17、清扫轴18、外螺纹19和内螺纹20，可以使人们方便的对清扫刷21进行拆卸和更换，从而达到了清理干净的目的。此外，如图1和图3所示，通过设置的电机16、清扫轴18、清扫刷21、药剂箱23、进药管24、出药管25、开关阀26、蓄水箱27、水泵29、输水管30和高压水枪31，可以使人们方便高效的对锅炉进行清理，解决了一般人工清理锅炉效率低下的问题，从而提高了工作进度，满足了人们的需求。

所述的行走轮包括支撑杆3、滚轴4、轮毂5和滚轮6，支撑杆3的一端通过缓冲垫2固定安装在主箱体1的箱底外壁上，支撑杆3的另一端开有圆形通孔，滚轴4插装在该圆形通孔内，并且滚轴4的轴线与支撑杆3的轴线垂直；滚轴4的两端分别与两个轮毂5固定安装，两个轮毂5的外侧均套装有滚轮6。如此设置，如图1所示，通过液压缸7推动液压杆8使固定杆11向上，并配合行走轮方便清理装置进入至锅炉内对其清理，从而提高了工作的效率。

所述的缓冲垫2为橡胶材料。如此设置，橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状，可有效保护行走轮受力发生形变。

所述的支撑板9为不锈钢材料，并且支撑板9的厚度为3cm～5cm。如此设置，支撑板9为不锈钢支撑板具有耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的腐蚀。

所述的锁紧螺栓17设有外螺纹19，外螺纹19的长度为5cm～8cm。所述的清扫轴18的长度为20cm～30cm，并且清扫轴18的内壁沿轴线方向设有与外螺纹19相互匹配的内螺纹20。如此设置，如图2所示，通过设置的锁紧螺栓17、清扫轴18、外螺纹19和内螺纹20，可以使人们方便的对清扫刷21进行拆卸和更换，从而达到了清理干净的目的。

4  实验验证与结论

为测试新型清理器性能，专门模拟锅炉环境搭建了大型实验舱，参考实际锅炉运行数据，并确立一套科学的评估指标体系，用以精确衡量不同清理器的作业效能。通过实验充分彰显出新型清理器在高效清理与设备保护方面比传统清理方式有着显著优势，能大大提高发电效率与锅炉使用年限，在火力发电领域具有广泛的应用前景。

图中1-主箱体，2-缓冲垫，3-支撑杆，4-滚轴，5-轮毂，6-滚轮，7-液压缸，8-液压杆，9-支撑板，10-连接块，11-固定杆，12-连接杆，13-固定柱，14-副箱体，15-固定支架，16-电机，17-锁紧螺栓，18-清扫轴，19-外螺纹，20-内螺纹，21-清扫刷，22-连接件，23-药剂箱，24-进药管，25-出药管，26-开关阀，27-蓄水箱，28-进水管，29-水泵，30-输水管，31-高压水枪。