CN101034014A - 超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法，该方法如下：①对要测温的水冷壁管的应力进行测量计算，根据得到的结果在水冷壁管上选取开孔点；②在测量好开孔点的水冷壁管上横向开直径φ1.1mm、外部边缘为φ2mm的孔；③在开好的孔内下入直径φ1mm的测温热偶，通过测温热偶测量水冷壁管向火侧的管壁温度。本发明优点：(1)热电偶的测量端直接接触向火侧管壁，可真实测量向火侧管壁温度；(2)由于热电偶位于开孔内部，避免直接接受炉内高温辐射、磨损和腐蚀等恶劣因素的影响，使用寿命将大大延长，一般可以达到几年以上；(3)如热电偶损坏，更换非常容易；(4)避免了爆管现象的发生，减少事故率，降低了运营成本。

Description

超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种水冷壁的温度测量方法，特别是一种直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法。

背景技术

对于超临界直流锅炉来说，当工质压力超过临界值22.2MPa，温度在375℃附近时，水的定压比热Cp出现一个最大值，见图1，此时最大比热比其它状态下的比热大得多，因此称为大比热区。大比热区一般处在锅炉水冷壁受热面，在大比热区内，工质定压比热、比容、导热系数、动力粘度发生急剧变化，尤其是比容变化大，易造成流动阻力发生较大变化，局部管子阻力增加流量减少，导致放热系数α₂下降。图2给出压力为24.5MPa、质量流量为700kg/m²·s的放热系数α₂的实验曲线，从图2可见，当热负荷提高时，放热系数α₂下降，当工质焓值达到1675～2093kJ/kg附近时(即工质温度达360～380℃，在大比热区附近)，α₂会发生显著降低现象，易发生传热恶化。

目前膜式水冷壁温度的测量方法很多，一般主要有两种方式：(1).测量向火侧管壁温度，(2).测量背火侧管壁温度。

测量向火侧管壁温度是在炉内向火侧管壁上安装热电偶测量端，然后再施以喷涂覆盖等工艺，这样可以提高壁温测量的正确性，同时可延长热电偶的使用寿命。这种测量方法可真实反映向火侧管壁温度，但是热电偶始终处于炉内高温辐射、磨损和腐蚀等恶劣条件的影响，使用寿命很短，一般来说不会超过1个月时间。

测量背火侧管壁温度是将热电偶测量端安装在炉外管壁上，这种方法工程上比较容易，且运行寿命长，成本较低。但测量的是背火侧管外壁温度，并非向火侧管壁温度。需经过理论计算才能推算出向火面管壁温度，其数据真实性受到影响。

由于膜式水冷壁向火侧接受1200℃以上的炉膛高温辐射，而管内流动介质温度一般在320～380℃，管壁温度的梯度变化很大，向火侧与背火侧管壁的温差将有100℃左右，因此测量点位置选取尤为重要。上述第一种方法虽然测量向火侧壁温，但使用寿命较短；而第二种方法测量的是背火侧，不能真实反映向火侧壁温。这样，研制开发新的膜式水冷壁温度测量方法就非常必要。

发明内容

发明目的：本发明提供一种超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法，其目的是解决现在没有对超临界直流锅炉膜式水冷壁温度很好的测量方法，只采用选取不均匀性修正系数来估算得到，不能真实、准确的反映出锅炉水冷壁温度等方面存在的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法，其特征在于：该方法如下：①对要测温的水冷壁管的应力进行测量计算，根据得到的结果在水冷壁管上选取开孔点；

②在测量好开孔点的水冷壁管上横向开直径φ1.1mm、外部边缘为φ2mm的孔；

③在开好的孔内下入直径φ1mm的测温热偶，通过测温热偶测量水冷壁管向火侧的管壁温度。

上述的测量方法具体如下：①采用有限元方法对欲测温的水冷壁开孔与不开孔的应力计算进行对照以选取开孔点，在进行有限元应力计算时，考虑内压对水冷壁管轴向应力的影响，将管子一端封堵，另一端约束，在水冷壁上开孔的影响范围在40mm左右，为此，选取长200mm的管段进行计算，其中开孔位于长度100mm的中间位置；计算得出开孔后的最大环向应力与未开孔的最大环向应力增加在3％～5％范围内，开孔后的最大轴向应力与未开孔的最大轴向应力增加值在3％～30％范围内即满足要求；

②开孔：开孔的方法是在选取好开孔点的水冷壁管上横向开直径φ1.1mm、外部边缘为φ2mm的孔；

③将直径为φ1mm的测温热偶插入步骤②开好的孔内，用测温热偶测量水冷壁管向火侧的管壁温度。

优点及效果：通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决现在没有对超临界直流锅炉膜式水冷壁温度很好的测量方法，只采用选取不均匀性修正系数来估算得到，不能真实、准确的反映出锅炉水冷壁温度等方面存在的问题。

本发明这种测温方法的优点是：(1).热电偶的测量端直接接触向火侧管壁，可真实测量向火侧管壁温度；(2).由于热电偶位于开孔内部，避免直接接受炉内高温辐射、磨损和腐蚀等恶劣因素的影响，使用寿命将大大延长，一般可以达到几年以上；(3).如果热电偶损坏，电厂技术人员就可以自行更换，而且非常容易，不需要任何特定条件；(4).由于测温直接、真实反应炉内的温度，避免了爆管现象的发生，减少事故率，降低了运营成本。

附图说明

附图1为本发明管壁上开孔后的结构示意图；

具体实施方式

下面对本发明详细说明如下，但不因具体的实施例限制本发明。

实施例1：

如附图1所示，本发明是一种超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法，该方法如下：①对要测温的水冷壁管的应力进行测量计算，根据得到的结果在水冷壁管上选取开孔点；②在测量好开孔点的水冷壁管上横向开直径φ1.1mm、外部边缘为φ2mm的孔；③在开好的孔内下入直径φ1mm的测温热偶，通过测温热偶测量水冷壁管向火侧的管壁温度。图中L＝1.1、L1＝9.5、a＝45。

上述的测量方法具体如下：①采用有限元方法对欲测温的水冷壁开孔与不开孔的应力计算进行对照以选取开孔点，在进行有限元应力计算时，考虑内压对水冷壁管轴向应力的影响，将管子一端封堵，另一端约束，在水冷壁上开孔的影响范围在40mm左右，为此，选取长200mm的管段进行计算，其中开孔位于长度100mm的中间位置；计算得出开孔后的最大环向应力与未开孔的最大环向应力增加在3％～5％范围内，开孔后的最大轴向应力与未开孔的最大轴向应力增加值在3％～30％范围内即满足要求；

膜式水冷壁横向开孔测量向火侧壁温方法是指在膜式水冷壁管壁上横向开φ1.1mm(外部边缘为φ2mm)的孔，以便将直径为φ1mm的测温热偶插入孔内，测量向火侧管壁温度，见图1所示。

超临界直流锅炉水冷壁的规格一般来说是φ32×6mm，在6mm的管壁厚度上开一个直径为1mm的孔后，金属结构发生改变，应力将发生变化，尤其是在超临界压力、及热态条件下，金属强度将发生怎样的变化，能否满足水冷壁的长期运行条件，将是一个考验。

本发明选取了12Cr1MnV膜式水冷壁材质、规格是φ32×6mm、运行温度480℃、压力30Mpa的结构参数，采用有限元方法进行了水冷壁开孔与不开孔的应力计算对照。在进行有限元应力计算时，为考虑内压对水冷壁管轴向应力的影响，采用将管子一端封堵，另一端约束的方法。根据圣维南原理，在水冷壁上开孔的影响范围在40mm左右，为此，选取长200mm的管段进行计算，其中开孔位于长度100mm的中间位置。

通过应力计算得出：(1)对于未开孔时，最大环向应力95.931MPa；对于开孔时，最大环向应力为96.437MPa，增加0.5％左右，但最大环向应力点都位于膜片处内壁。(2)对于未开孔时，最大轴向应力为33.678MPa；对于开孔时，最大轴向应力为42.887MPa，增加27.3％左右，但最大轴向应力的绝对值远远小于最大环向应力，因此对膜式水冷壁强度破坏主要来自环向应力。(3)在开孔位置处，未开孔时内壁最大环向应力75.376MPa，开孔时内壁最大环向应力77.574MPa，内壁最大环向应力增加2.2MPa，约3％左右，仅为膜片处内壁最大环向应力的80％，说明开孔处并非最大应力点。

有限元的应力计算结果表明：虽然开孔后使开孔处的最大环向应力增加了3％，但由于该处不是管子的最大应力处，因此，开孔对管子的强度产生的影响较小；

②开孔：开孔的方法是在选取好开孔点的水冷壁管上横向开直径φ1.1mm、外部边缘为φ2mm的孔；③将直径为φ1mm的测温热偶插入步骤②开好的孔内，用测温热偶测量水冷壁管向火侧的管壁温度。

综上所述，采用本发明的测温方法，可以测量锅炉内的真实温度，方便工作人员进行实时监控，避免了传统常易出现的锅炉爆管现象，减少了事故率，降低了电厂的运营成本。

Claims (2)

1、一种超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法，其特征在于：该方法如下：①对要测温的水冷壁管的应力进行测量计算，根据得到的结果在水冷壁管上选取开孔点；

②在测量好开孔点的水冷壁管上横向开直径φ1.1mm、外部边缘为φ2mm的孔；

③在开好的孔内下入直径φ1mm的测温热偶，通过测温热偶测量水冷壁管向火侧的管壁温度。

2、根据权利要求1所述的超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法，其特征在于：上述的测量方法具体如下：①采用有限元方法对欲测温的水冷壁开孔与不开孔的应力计算进行对照以选取开孔点，在进行有限元应力计算时，考虑内压对水冷壁管轴向应力的影响，将管子一端封堵，另一端约束，在水冷壁上开孔的影响范围在40mm左右，为此，选取长200mm的管段进行计算，其中开孔位于长度100mm的中间位置；计算得出开孔后的最大环向应力与未开孔的最大环向应力增加在3％～5％范围内，开孔后的最大轴向应力与未开孔的最大轴向应力增加值在3％～30％范围内即满足要求；

②开孔：开孔的方法是在选取好开孔点的水冷壁管上横向开直径φ1.1mm、外部边缘为φ2mm的孔；

③将直径为φ1mm的测温热偶插入步骤②开好的孔内，用测温热偶测量水冷壁管向火侧的管壁温度。

Images