CN101065611A - 确定单个吹灰器效率的方法以及对应的锅炉系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种清理炉体内热交换器元件的方法。所述方法包括以下步骤，允许所述炉体操作并将灰渣沉积在热交换器元件上，确定针对至少一个清理元件的效率值，并基于所述效率值管理所述清理元件。此外，提供了一种锅炉系统(10)，其包括炉体(16)、安置在所述炉体(16)的锅炉(14)、支承结构(70)、称重系统(94)、连接至所述炉体(16)的清理系统(80)以及连接至所述称重系统(94)和所述清理系统(80)的控制系统(300)。

Description

确定单个吹灰器效率的方法以及对应的锅炉系统

技术领域

本发明涉及锅炉，并且更具体地讲，涉及去除牛皮纸制浆工艺(kraft pulping process)使用的锅炉的过热器上的灰渣沉积物的吹灰器的效率的测量方法和装置。

背景技术

在造纸工艺中，化学制浆作为副产物产生黑液，其包含几乎所有的无机蒸煮剂(inorganic cooking chemical)以及在蒸煮器中制浆过程中从木头分离的木质素和其它有机物。黑液在锅炉中燃烧。锅炉的两个主要功能是回收在制浆工艺中所使用的无机蒸煮剂和利用黑液的有机部分中的化学能量，以产生用于造纸厂的蒸气。回收蒸煮剂以及能量这两者的两个目的使得锅炉结构和操作非常复杂。正如在此所使用的，“锅炉”代表顶部支承式锅炉，其如下所述，燃烧淤塞热交换器表面的燃料。

在牛皮纸锅炉(kraft boiler)中，过热器安置在上侧炉体中，从而通过辐射和对流的方式从炉内气体吸收热量。饱和的蒸气进入过热器部分，并且过热处理的蒸气以受控的温度排出。过热器是由一组管面板构成。过热器表面连续地被灰渣淤塞，其中所述灰渣从炉室运出。在牛皮纸锅炉中可燃烧的黑液的量经常由于过热器的表面上的淤塞的速度和程度而被限制。由于沉积的灰渣的这种淤塞减少了从黑液燃烧中吸收的热量，同时导致了来自过热器的低排出蒸气温度以及进入锅炉的高气体温度。在排出蒸气温度太低而不能用于下游设备或者进入锅炉组件(boiler bank)的温度超过沉积物的熔化温度时，关闭锅炉以便清理，导致了锅炉组件的气体侧阻塞。另外，最终淤塞造成了堵塞，并且为了去除堵塞，锅炉中的燃烧过程必须被停止。堵塞的锅炉大体意味着对于整个生产单元而言至少二十四小时的关机，这对于整个制浆厂而言造成很大的经济损失。牛皮纸锅炉尤其倾向于过热器淤塞的问题，这是由于燃料中的大量灰渣(大体超过35％)以及灰渣的低熔化温度。

存在从牛皮纸锅炉内的过热器中去除灰渣沉积物的三种传统的方法，以所需的停工时间递增的次序以及以频率递减的次序列出为：1)吹灰；2)激冷和吹风(chill-and-blow)；以及3)水洗。本发明专利申请仅仅旨在这些方法中的第一种方法，即吹灰。吹灰是这样的工艺，即利用来自被称为吹灰器的喷嘴的一股蒸气将沉积的灰渣吹离过热器。利用在不同的时刻打开的不同的吹灰器，在正常的锅炉操作过程中，基本上连续进行吹灰。吹灰通常利用蒸气而完成，吹灰过程的蒸气消耗量大体为4至5kg/s，这与整个锅炉的蒸气产量的大约4至5％相对应；吹灰过程因而消耗了大量的热能。

基本上，吹灰是公知为顺序吹灰的过程，其中各吹灰器以由特别预定的列表确定的次序以预定的间隔操作。吹灰过程根据所述列表以其自己的步调运行，而不管是否需要吹灰，这意味着即使吹灰过程消耗了大量的蒸气，也无法必然阻止堵塞。每次吹灰操作减少一部分附近的灰渣沉积物，但然而，灰渣沉积物随着时间继续增加。随着沉积物增加，吹灰逐渐低效，并且导致了热交换器的损害。在灰渣沉积物到达特定的阈值后，即锅炉效率明显被降低并且吹灰不足够有效，沉积物需要通过上述其它的清理工艺中的一个工艺被去除。

蒸气吹灰器大体是细长的管，在其远端具有一个或多个径向开口。各管连接至加压蒸气的源。吹灰器还被构造成在位于炉体的外侧的第一位置与位于炉体内的第二位置之间移动。随着吹灰器在第一位置与第二位置之间移动，吹灰器移动到热交换器表面附近。一种类型的吹灰器被构造成大体垂直于热交换器表面移动。另一种类型的吹灰器大体平行于并在热交换器表面之间移动。为了垂直于热交换器表面移动，热交换器表面具有穿通于其的通道。进入炉的移动、其通常为在第一位置与第二位置之间的移动可被称为“第一行程”，并且离开炉的移动、其通常为第二位置与第一位置之间的移动可被称为“第二行程”。大体上，吹灰方法使用吹灰器在第一位置与第二位置之间的全部运动，然而，局部运动也可被认为是第一或第二行程。随着吹灰器移动到热交换器表面附近，蒸气通过开口排出。蒸气接触热交换器表面上的灰渣沉积物，并且去除大量灰渣；然而，一些灰渣仍残留。正如在此所用，术语“去除的灰渣”指的是通过吹灰工艺被去除的灰渣沉积物，而“残留的灰渣”指的是在吹灰过程之后仍残留在热交换器表面上的灰渣。蒸气通常在第一行程和第二行程这两者的过程中被应用。

而不是简单地以计划进度运行吹灰器，期望的是在灰渣累积量达到预定的级别后，致动吹灰器。确定炉内的热交换器表面上的灰渣累积量的一种方法是测量热交换器表面以及相关的过热器部件的重量。确定沉积物的重量的方法在美国专利No.6323442中被公开，其结合在此引作参考。进一步期望的是，通过以下方式保留能量，即使得吹灰器仅在蒸气高效清理热交换器表面时使用蒸气。

因而，需要这样一种方法，在热交换器表面达到预定的淤塞级别时清理炉体过热器部件的热交换器表面。

还需要这样一种清理炉体过热器部件的热交换器表面的方法，其在清理工艺的有效部分的过程中仅仅利用蒸气。

发明内容

这些需要和其它需要由本发明来满足，其中本发明提供了这样的清理方法，即在热交换器表面达到由灰渣的重量所确定的淤塞的预定级别后清理炉体过热器内的热交换器元件的热交换器表面。本发明还提供了基于清理系统或清理元件的效率管理清理系统的方法。优选使用连接至支承热交换器表面的支承结构的称重系统确定灰渣的重量。大体上，热交换器表面从杆悬吊，并且称重系统包括至少一个称重装置，例如但不限于应变仪或测力传感器，其连接至吊杆。尽管优选的称重系统被构造成确定每个吊杆上的重量，但是还可使用具有更多限制数量的称重元件的称重系统。也就是说，例如，具有限制数量的称重装置的称重系统可被构造成测量扭矩，从而确定灰渣的重量。因此，称重系统测量由热交换器元件和沉积在其上的灰渣施加在支承结构上的“力”，简单与重量相对。

通过测量在热交换器元件清理时例如在新安装时或在水洗之后由热交换器元件施加至支承结构的力，可确定初始力。在炉体使用时，热交换器元件将由于灰渣而淤塞。灰渣的重量产生附加的力。在热交换器元件的使用变得不足之前，每个热交换器元件可支承最大量的灰渣。清理系统被用于去除灰渣，以延迟灰渣累积至最大限度。如果清理系统不能去除足够量的灰渣，并且热交换器元件在清理之后仍保持最大量的灰渣以上，则炉体需要利用如上所述的激冷和吹风或水洗方法被清理。附加地，清理系统具有多个清理元件。每个清理元件具有清理元件期望操作的公知的效率值。也就是说，对于每个清理元件而言，在清理操作的过程中，公知的量的灰渣将被去除。如果该量的灰渣并未被去除，则操作清理元件的成本并不通过所去除的灰渣的量被调整。因而，如果清理元件并未实现最小可接受的效率值，则该元件的使用被减少，从而蒸气并未浪费在无效的清理元件上。

清理系统被用于在预定的力达到时清理热交换器元件，和/或，清理系统可按照计划进度被使用。无论初始化清理，称重系统被用于确定体现由热交换器元件与灰渣所产生的力的第一力。优选为至少两个蒸气吹灰器的清理系统被操作以去除灰渣。在清理系统操作之后，称重系统被用于确定体现由热交换器元件与残留的灰渣所产生的力的第二力。通过对比第一力与第二力，可确定由具体的清理元件所去除的灰渣的量。清理之前与之后灰渣的重量比被用于确定针对每个清理元件的效率值。基于该信息，可管理清理元件的使用，以促进高效的清理。也就是说，如果确定特定的清理元件并未去除足够量的灰渣，则该清理元件可使得附加的蒸气被输送至其，使得完成附加的清理行程或者被禁用。

清理元件的管理可以是基于多种因素。例如，测量可以是相对测量。也就是说，例如，如果两个清理元件正在清理单个热交换器元件，并且确定其中一个清理元件比另一个清理元件运行更加高效，则效率较低的清理元件可以被禁用。可选地，针对每个清理元件的效率值可以通过记录由每个清理过程所去除的灰渣沉积物的量而在一定的时间阶段内被确定。可选地，清理元件可被构造有期望的清理能力或效率值。在具有最小效率值的情况中，清理元件在使用中的效率值与最小效率值对比，以确定是否该清理元件将被再次使用。附加地，在具有多个清理元件的情况中，称重系统被用于识别与每个清理元件有关的力的改变，以及因而效率值。也就是说，例如，在具有两个热交换器元件以及与每个热交换器相连的单个清理元件的情况中，称重系统可被构造成确定每个热交换器元件的重量的改变。因而，称重系统可被用于确定每个清理元件的效率值。在其中一个清理元件下降到最小效率值以下时，仅仅该清理元件的使用被禁用。该简单实例的内容还可被应用于复杂的结构，其中多个称重装置连接至多个热交换器元件，其中所述热交换器元件通过多个清理元件被清理，并且称重系统利用多个称重装置，以确定单独的清理元件的效率。

在更加优选的实施例中，每个清理元件的效率在第一行程和第二行程的过程中被确定，或者被提供用于它们。也就是说，清理的步骤包括第一行程，其中清理元件在第一位置与第二位置之间移动；以及第二行程，其中清理元件从第二位置移动回到第一位置。在该实施例中，每个清理元件具有公知的最小全周期效率值、公知的最小第一行程效率值、以及公知的最小第二行程效率值。最小全周期效率值涉及在完全清理周期(也就是第一行程和第二行程这两者)之后将期望被去除的灰渣的量。最小第一行程效率值涉及在第一行程之后将期望被去除的灰渣的量。最小第二行程效率值涉及在第二行程之后将期望被去除的灰渣的量。还可设有最小临时第二行程效率值，其涉及在第一行程过程中蒸气的应用已经被减小时在第二行程之后将期望被去除的灰渣的量。

如以前，在清理操作开始之前，确定第一力。在第一行程之后，确定第二力，并且在第二行程结束处，确定第三力。通过对比第一力与第二力，可确定第一行程效率值。通过对比第二力与第三力，可确定第二行程效率值。通过对比第一力与第三力，可确定全周期效率值。如果第一行程效率值低于最小第一行程效率值，则在第一行程过程中蒸气的应用可针对多个清理周期被消除。如果第二行程效率值低于最小第二行程效率值，则在第二行程过程中蒸气的应用可针对多个清理周期被消除。如果全周期效率值低于最小全周期效率值，则相关的清理元件的使用可被中止。附加地，如果在第一行程过程中蒸气的应用已经被消除，但是在第二行程过程中仍应用蒸气，则通过对比第一力与第三力可确定临时第二行程效率值。如果临时第二行程效率值低于最小临时第二行程效率值，则在第二行程过程中蒸气的应用可针对多个清理周期被消除。

最初，清理系统将在单个行程过程中提供足够的清理。因而，如果大多数灰渣在第一行程的过程中被去除，则第二行程可能去除仅仅少量的灰渣，并因而下降低于最小第二行程效率值。可选地，清理元件可仅仅如上所述在第二行程上操作。在清理系统为多个蒸气吹灰器的情况中，大体上，蒸气将仅在第一行程的过程中被应用，其中吹灰器移动进入炉体。随着热交换器表面由于灰渣而更加淤塞，可需要在第二行程过程中使用蒸气。可选地，吹灰器可被构造成最初仅在第二行程的过程中应用蒸气。在第二行程无法去除足够量的灰渣时，在下一个清理过程中可启动第一行程。此后，其中应用蒸气的行程应该被称为有效行程，而其中不应用蒸气的行程应该被称为非有效行程。如果在两个行程过程中应用蒸气，则该清理过程应该被称为全周期。如果并不应用蒸气，则吹灰器将被“禁用”。在操作中，吹灰器可以以机械的方式连接至另一吹灰器。因而，没有有效行程的吹灰器可仍移动进出炉体。

因而，清理系统可被构造成最初利用具有非有效行程的清理元件，然后随着残留灰渣累积，在有效行程下降低于针对该行程的最小效率值时启动清理元件的非有效行程。可选地，非有效行程可在一定数量的周期之后被致动。必须进一步理解的是，灰渣的去除并不总是以标准的方式进展。也就是说，尽管一个清理行程或全周期清理无法去除足够量的灰渣，这并不总是意味着，随后的清理行程或全周期也将无法去除足够量的灰渣。因而，可能的是，清理系统的管理将包括重新启动禁用的清理元件。然而，最终，第一行程和第二行程这两者过程中的蒸气的使用将连续地无法去除所需量的灰渣，并且清理元件将下降低于最小全周期效率值，并且清理元件的使用将被禁用。

因为第一行程效率值可在清理周期的过程中被确定，所以优选的是，使得第一行程成为最初有效行程。也就是说，如果确定第一行程无法去除足够量的灰渣，则第二行程可在周期的中间被启动，并且热交换器元件将具有第二行程清理的优点。如果第二行程为初始有效行程，并且其无法去除足够量的灰渣，则在第一行程可被启动时，热交换器元件将仍具有过多的灰渣，直至下一个清理周期。在第二行程为初始有效行程的情况中，该行程被标识为临时第二行程。如以前，在临时第二行程效率值下降低于最小临时第二行程效率值之后，可在第一行程上启动蒸气的应用，从而使得清理元件全周期效率值上至最小全周期效率值。

因此，本发明的一个目的是提供一种在热交换器表面达到预定级别的淤塞后炉体过热器部件的热交换器表面的清理方法。

本发明的另一个目的是提供在清理过程的有效部分中仅利用蒸气的炉体过热器部件的热交换器表面的清理方法。

附图说明

在参看附图阅读后，可从优选实施例的以下说明中对本发明全面理解，其中：

图1以图解的方式示出了传统的牛皮纸黑液锅炉系统的各部件；

图2以图解的方式示出了锅炉安装在钢梁支承结构中的方式；

图3以图解的方法示出了过热器系统的一些部件以及清理系统；

图4是流程图，其示出了所提供的方法的各步骤；

图5是流程图，其示出了所提供的方法的各分步骤；

图6是流程图，其示出了所提供的方法的各分步骤；

图7是流程图，其示出了基于沉积物累积重量而吹灰的方法的各步骤。

具体实施方式

正如在此所用，词汇“禁用”在被用于说明蒸气吹灰器时，应该表明，对于吹灰器的蒸气供应已经被关闭，或者被显著减少。

正如在此所用，词汇“管理”在被应用于清理系统、清理元件或各清理元件时，应该意味着清理元件或各元件的选择使用/致动。此外，在被应用于蒸气吹灰器时，词汇“管理”应该意味着选择供应一定量的蒸气至蒸气吹灰器。

正如在此所用，词汇“供应”在被应用于效率值(efficiencyrate)时，应该意味着效率值是基于针对清理元件或清理系统所公知的设计因素。

正如在此所用，词汇“确定”在被应用于效率值时，应该意味着效率值是基于在清理元件或清理系统的使用过程中所收集的数据。

正如在此所用，词汇“提供”在被应用于效率值时，应该意味着效率值是被供应的或被确定的。

图1以图解的方式示出了传统的牛皮纸黑液锅炉系统10的各部件。黑液是造纸工艺中化学制浆的副产物，并且其在锅炉系统10中燃烧。“弱黑液”的初始浓度为大约15％。黑液在蒸发器12内被浓缩至点燃状态(65％至85％干固体含量)，并且然后在锅炉14内燃烧。锅炉14具有炉体区段或“炉体”16，在其中，所述黑液燃烧；以及对流式热交换器区段18，在它们之间具有外圆角部(bullnose)20。燃烧在一系列过程中将黑液的有机材料转换成气体制品，其中所述一系列过程涉及干燥、液化(热解、分子裂化)、以及炭化燃烧/气化。一些液体有机物被燃烧成被称为焦炭(char)的固体炭微粒。焦炭的燃烧基本上在炭床(char bed)22上完成，其中所述炭床覆盖炉体16的基底，尽管一些焦炭在空中燃烧。随着焦炭中的炭被气化或燃烧，焦炭中的无机成分被释放，并且形成被称为熔融物(smelt)的熔盐混合物，其流至炭床22的底部，并且从炉体16连续流经熔融物溜槽24。废气通过静电式除尘器26被过滤，并且通过烟囱28排出。

炉体16的竖直壁30与竖直对正的壁管32对正，通过其，水由于炉体16的热量而被蒸发。炉体16具有主高度空气端口34、第二高度空气端口36、以及第三高度空气端口38，以便在三个不同的高度级别引入空气用于燃烧。黑液从黑液枪40喷射进入炉体16。

热交换器区段18包含三组管组(tube bank)(热收集器)，它们连续地分阶段将给水加热至过热的蒸气。管组包括节热器50，在其中，所述给水被加热至就在其沸点之下；锅炉组件52，或“产生蒸气的组件”，在其中，与壁管32一起，水被蒸发至蒸气；以及过热器系统60，其将蒸气温度从饱和增加至最终过热温度。

图2以图解的方式示出了锅炉系统10安装在钢梁支承结构70中的方式，仅仅示出了锅炉系统的剖面以及目前所感兴趣的部件。整个过滤系统10通过锅炉吊杆72悬置在支承结构70的中央中。锅炉吊杆72在锅炉系统10的顶部17与支承结构70的顶楔74之间连接。另一组吊杆、此后被称为“过热器吊杆”或简称为“吊杆”76仅仅悬置过热器系统60。也就是说，过热器系统60独立于锅炉系统10的其余部分被悬置。

图3以图解的方式示出了独立悬置在锅炉系统10中的过热器系统60的一些部件。在该实施例中，过热器系统60具有三个过热器61、62、63。尽管示出了三个过热器，按照需要，采用更多或更少过热器也是符合本发明的。为了清楚，以下讨论说明了过热器61的结构或针对过热器61进行说明，这是由于理解了其它过热器62、63的结构是相同的。每个过热器61、62、63是具有至少一个热交换器元件64并优选20至50个热交换器元件64的组件。蒸气通过被称为入口压头65的歧管进入热交换器元件64。蒸气在热交换器元件64内被过热，并且通过被称为出口压头66的另一歧管作为过热蒸气排出热交换器元件。热交换器元件64从压头65、66悬置，其中所述压头它们本身通过吊杆76从顶楔74(图2)悬置。大体上，10至20个吊杆76沿每个压头65、66的长度均匀地间隔。例如，过热器61可通过20个吊杆76；连接至入口压头65的十个吊杆76以及连接至出口压头66的十个吊杆76被支承。

每个热交换器元件64的外侧表面或热交换器表面67暴露至炉体16的内部。因而，实际上，热交换器表面67的所有部分有可能在炉体16的正常操作过程中包覆有灰渣。通过清理系统80，热交换器表面67的大部分被清理，也就是说，使得一部分灰渣被去除。清理系统80包括至少一个，并且优选多个清理元件82，它们被构造成清理热交换器元件64，并且更具体地讲，热交换器表面67。优选地，清理元件82是蒸气吹灰器84，此后称为“吹灰器”，其在本技术领域中是公知的。吹灰器84是细长的管86，其具有至少一个开口88、并且优选一对径向开口88，它们在管86的远端末端处间隔大约180度。管86与蒸气源90流体连通。优选地，蒸气以大约200与400psi之间的压力被供应。因而，蒸气可通过开口88排出，并且排到热交换器表面67上。吹灰器84被构造成在大体位于炉体16外侧的第一位置与热交换器元件64附近的第二位置之间移动。第一与第二位置之间的向内的运动被称为第一行程，并且第二与第一位置之间的向外的运动被称为第二行程。

如图3所示，吹灰器84优选被构造成大体垂直于各热交换器64并在它们之间移动。如图3右侧所示，清理元件82A还可被构造成大体平行于各热交换器64并在它们之间移动。如图3左侧所示，吹灰器84还可被构造成大体垂直于热交换器元件64并通过热交换器元件64内的多个管形开口92移动。也就是说，热交换器元件64被密封，并且吹灰器84可自由地穿过管形开口92。随着吹灰器84在第一与第二位置之间移动，蒸气经由开口88排出。随着蒸气接触包覆在热交换器表面67上的灰渣，一部分灰渣被去除。随着时间的过去，残留的灰渣的累积体变得粘胶性太大而很难通过吹灰器84被去除，并且可使用其它的方法。上述吹灰器84利用了蒸气，然而，应该注意到，本发明并不如此被限制，并且吹灰器还可以是基于诸如声吹灰的其它原理或者使得在锅炉14正被使用时实现吹灰的另一原理。

锅炉系统10还包括称重系统94。称重系统94被构造成确定由热交换器表面64施加在支承结构70上的力，并且将该力转换成代表该力的输出信号。称重系统94包括多个称重装置95。称重装置95优选是测力传感器96或应变仪97。称重装置95连接至支承热交换器元件64的吊杆76。称重装置95大体被构造成确定热交换器元件64的重量，并且优选安置在每个吊杆76上。然而，称重装置95还可被构造成测量其它力，例如但不限于扭矩。施加至支承结构70的力随着灰渣沉积物累积而增加，并且在清理的过程中被减少。如下所述，涉及确定力的任何步骤表明，称重系统94被用于确定该力。

清理系统80的操作通过控制系统300被控制，其中所述控制系统300被构造成基于热交换器元件64上的灰渣沉积物的重量管理清理系统80。控制系统300被构造成启动吹灰器84的插入和移去，也就是说，在吹灰器84的第一与第二位置之间移动，行进速度，以及蒸气的施用和/或数量。也就是说，蒸气可被应用在第一行程、第二行程或这两个行程上。而且，蒸气在任何情况中可被供应吹灰器84被构造成输送的最大量的从零至百分之一百。因而，控制系统300可被用于管理清理元件82。控制系统300还可接收来自称重系统94的输入。控制系统300可利用和/或显示来自称重系统的输出信号。清理系统82的管理可以是手动的，也就是说，使用者基于显示数据调整清理元件82的使用，或者可以是自动的。大体上，控制系统300将利用一个或多个可编程的逻辑控制器302，它们已经被编程，以基于最小效率值管理清理元件。也就是说，例如，可编程的逻辑控制器302被构造成接收和记录来自称重系统94的输出信号，以启动清理系统80，并且通过接收输出信号和启动清理系统80，如下所述，确定针对清理元件82的效率值，并且显示对于该清理元件82的效率值。在优选的实施例中，可编程的逻辑控制器302具有体现针对清理元件82最小效率值的数据结构304，如下所述。可编程的逻辑控制器302被构造成在针对清理元件82的效率值下降到针对清理元件82的最小效率值以下时禁用清理元件82。在更加优选的实施例中，可编程的逻辑控制器302具有体现如下所述针对清理元件82的有效行程最小效率值以及如下所述针对清理元件82的全周期最小效率值的数据结构34。可编程的逻辑控制器302被构造成在有效行程效率值下降到有效行程最小效率值以下时在非有效行程过程中致动清理，并且在针对该清理元件82的全周期效率值下降到针对该清理元件82的全周期最小效率值时禁用清理元件82。

使用蒸气清理热交换器元件64是代价昂贵的。所以，期望的是，在蒸气被高效地用于去除灰渣时，仅应用该蒸气。为了增加清理系统80的效率，提供了以下的方法。为了清楚，以下的说明将针对单个热交换器元件64，然而，应该理解的是，在一次可清理一个或多个热交换器元件64或成组的热交换器元件64。

如图4所示，第一步骤可以供应或确定针对锅炉系统10的操作限制。因而，在热交换器元件64上可容许的灰渣的最大重量被提供，步骤100。此外，针对每个清理元件82的最小效率值被提供，步骤102。针对每个清理元件82的最小效率值可通过设计说明书被供应，或通过在一定时间内实际使用清理元件82同时收集灰渣累积和热交换的数据而被确定。

正如在此所用，通过以下方式确定清理元件82的“效率值”，即对比清理之前支承结构70上的力与清理之后支承结构70的力从而估计所去除的灰渣的量。因此，最小效率值是体现清理元件82必须实现的效率的预定值，从而证明在该元件中使用蒸气的代价。附加地，每个清理元件82可具有针对清理周期的每个部分的效率值。也就是说，如图5所示，提供针对每个清理元件82的最小效率值的步骤102可包括以下步骤，即提供有效行程最小效率值的步骤103、提供第一行程最小效率值的步骤104、提供第二行程最小效率值的步骤106、以及提供全周期最小效率值的步骤108。另外，在步骤110提供最小临时第二行程效率值。在第二行程是唯一的有效行程时，临时第二行程效率值涉及期望在第二行程的过程中被去除的灰渣的量。

另一初始步骤可提供由热交换器元件64施加在支承结构70上的初始力，即步骤112。在热交换器元件64清理时，例如，在新安装时或在水洗之后，在步骤112确定初始力。在这些初始参数被确定之后，在步骤114操作炉体16。在步骤114操作炉体使得灰渣沉积在热交换器元件64上。最后，必须利用清理系统80去除灰渣。清理过程130的开始可通过时间的过去或确定灰渣的重量超过可容许的灰渣的总重量而被确定。清理过程130还是确定清理系统80或清理元件82的效率的步骤116的一部分。清理系统80或清理元件82的效率的确定步骤116包括以下步骤。

在步骤120，确定第一力，其体现了热交换器元件64以及包覆在其上的任何灰渣的力。应该注意的是，由于测力传感器96和应变仪97公知具有干扰在不同的时间点的准确读数的“噪音”，所以支承结构70上的力可随着时间而被测量，从而可产生重量与时间的线性相关。这种相关可被用于更加准确地反映由支承结构70所施加的力。因而，尽管力的任何特定的测量可以是基于单个时间点的单个测量，但优选的是，任何力的测量是一定时间内测量的平均力。在步骤120确定第一力之后，在步骤130，使用清理系统80清理热交换器元件。清理步骤130可具有如下所述的附加的分步骤。在清理步骤130之后，在步骤140确定第二力，其体现了热交换器元件64与包覆在其上的任何残留灰渣的力。在步骤150，对比第一力与第二力，从而确定每个清理元件82的效率。

在清理系统80或清理元件82的效率值的确定步骤116之后，使用者在步骤118管理清理系统80，以节约能量的使用。在清理元件82为吹灰器84的情况中，这种管理可包括增加或减少输送至选定的吹灰器84的蒸气的量，禁用第一行程或第二行程，一起禁用吹灰器84，或重新启动已经禁用的吹灰器84。在清理元件82设有最小效率值的炉体16中，清理系统的管理步骤118可包括在针对该清理元件82的效率值低于该清理元件82的最小效率值时禁用清理元件82的步骤160。

如图6所示，在优选的实施例中，所测量的力是热交换器元件64的重量。另外，在优选的实施例中，清理步骤130包括完成具有第一行程和第二行程的两个行程的步骤131，也就是说，完成第一行程133和完成第二行程135。最初，所述行程中的仅仅一个行程，第一行程或第二行程，是有效行程。也就是说，清理元件82仅在有效行程的过程中操作，并且在非有效行程过程中被禁用。因而，设有实现有效行程的步骤132以及实现非有效行程的步骤134。在该实施例中，像前述那样，在清理操作开始之前，在步骤120确定第一力。在有效行程之后，在步骤140确定第二力。在步骤152，对比第一力与第二力，以确定有效行程效率值。在有效行程效率值。在有效行程效率值下降到最小有效行程效率值之下时，管理清理系统80或清理元件82的步骤118可包括启动非有效行程以提供附加的清理的步骤162。

在更加优选的实施例中，在完成第一行程的步骤133的过程中实现有效行程。因而，如果有效行程效率值在第一行程的过程中下降到最小有效行程效率值之下，则第二行程可立即被启动。因而，在更加优选的实施例中，在第一行程之后，在步骤140确定第二力。附加地，在第二行程结束处，在步骤142确定第三力量。因而，在该实施例中，通过在步骤152对比第一力和第二力，可确定第一行程效率值。附加地，通过在步骤154对比第二力和第三力，可确定第二行程效率值。通过在步骤156对比第一力和第三力，可确定全周期效率值。

第一行程效率值、第二行程效率值以及全周期效率值的确定可被用于在步骤118以不同的方式管理清理系统80。例如，如果第一行程和第二行程这两者是有效的，并且数据反映出单个行程去除大量的灰渣，则两个行程中的一个行程可被禁用。在单个有效行程无法去除大量灰渣时，非有效行程可再次被启动。该过程可被反复进行。

附加地，如果在第一行程的过程中蒸气的应用已经被消除但是在第二行程的过程中仍应用蒸气，则通过在步骤158对比第一力和第三力，可确定临时第二行程效率值。如果临时第二行程效率值低于最小临时第二行程效率值，则在步骤166针对多个清理周期可消除在第二行程过程中蒸气的应用。在优选的实施例中，管理清理系统80或清理元件82的步骤118可包括在一定时间段之后重新启动清理元件82的步骤170，并且效率被重新评价。

如图7所示，具有称重系统94的锅炉系统10还可被用于增加清理系统80的效率，这是通过基于累积的灰渣沉积物初始化清理而实现的，这与基于计划进度完成清理相反。该方法包括提供热交换器表面64上可容许的灰渣的最大重量的步骤100，以及提供由热交换器元件64施加在支承结构70上的初始力的步骤112。在炉体16的操作步骤114的过程中，随着灰渣沉积在热交换器元件64上，附加的重量增加至热交换器元件64。该方法还包括使用称重系统94监控灰渣的重量累积的步骤200。在步骤202，对比灰渣的重量累积与在该热交换器元件64上容许的灰渣的最大重量。在热交换器元件64上的灰渣的重量超过热交换器元件64上容许的灰渣的最大重量时，在步骤130清理热交换器元件64。监控重量累积的步骤200、对比灰渣的重量累积与该热交换器元件64上容许的灰渣的最大重量的步骤202、以及清理热交换器元件64的步骤130可被重复，直至清理元件82不再以高效的方式运行。

尽管已经详细说明了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员应该清楚，根据本公开的整体启示可发展出这些详细内容的不同的改型和替代。因此，所公开的特定的结构意味着仅仅示意性的而并不限制权利要求书和其任何与所有等价物所限定的本发明的范围。

Claims (27)

1.一种炉体中锅炉的至少一个热交换器元件的清理方法；所述炉体包括安置于其中的锅炉以及清理系统，所述炉体被构造成燃烧燃料，所述锅炉具有至少一个热交换器元件，所述至少一个热交换器元件通过支承结构被支承，所述支承结构具有称重系统，其被构造成确定由所述至少一个热交换器元件以及沉积在其上的任何灰渣施加在所述支承结构上的力，并且提供表明所述力的输出信号，所述清理系统具有至少一个清理元件，其被构造成清理所述至少一个热交换器元件；所述方法包括以下步骤：

a)操作所述炉体，并且允许灰渣沉积在所述至少一个热交换器元件上；

b)确定针对所述至少一个清理元件的效率值；并且

c)基于所述效率值，管理所述清理系统的使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定针对所述至少一个清理元件的效率值的步骤包括以下步骤：

a)确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第一力；

b)利用所述清理系统清理所述至少一个热交换器元件；

c)确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第二力；并且

d)对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的效率值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第一力的步骤、确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第二力的步骤、以及对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的效率值的步骤包括以下步骤：

a)确定每个所述至少一个热交换器元件的第一重量；

b)确定每个所述至少一个而交换器元件的第二重量；并且

c)对比所述第一重量与所述第二重量以确定所述至少一个清理元件的效率值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

a)所述至少一个热交换器元件包括多个热交换器元件；

b)所述支承结构包括多个吊杆，所述热交换器元件通过所述吊杆被支承；并且

c)所述称重系统包括两个或多个称重装置，每个称重装置连接至独立的吊杆。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述称重装置是连接至所述吊杆的应变仪。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述称重装置是连接至所述吊杆的测力传感器。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定针对清理元件的效率值的步骤以及基于所述效率值管理所述清理系统的使用的步骤包括以下步骤：

a)完成具有第一行程和第二行程的两行程式操作；

b)利用单个有效行程进行清理，其中所述单个有效行程为第一行程或第二行程；

c)在所述有效行程之后确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的所述第二力；

d)对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的第一行程效率值；并且

e)在随后的非有效行程中启动所述至少一个清理元件。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定针对清理元件的效率值的步骤包括以下步骤：

a)利用所述至少一个清理元件完成第一清理行程；

b)在所述第一行程之后确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的所述第二力；

c)对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的第一行程效率值；

d)利用所述清理元件完成第二清理行程；

e)确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第三力；并且

f)对比所述第二力与所述第三力以确定所述至少一个清理元件的第二行程效率值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，管理所述至少一个清理元件的步骤包括以下步骤，即在所述至少一个清理元件已被禁用以重新评价所述至少一个清理元件的效率之后重新启动所述至少一个清理元件。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个清理元件包括多个吹灰器。

11.一种炉体内锅炉的至少一个热交换器元件的清理方法，所述炉体包括安置在其中的锅炉以及清理系统，所述炉体被构造成燃烧燃料，所述锅炉具有至少一个热交换器元件，所述至少一个热交换器元件通过支承结构被支承，所述支承结构具有称重系统，其被构造成确定由所述至少一个热交换器元件以及沉积在其上的任何灰渣施加在所述支承结构上的力，并且提供表明所述力的输出信号，所述清理系统具有至少一个清理元件，其被构造成清理所述至少一个热交换器元件；所述方法包括以下步骤：

a)提供针对每个所述至少一个清理元件的最小效率值；

b)操作所述炉体，并且允许灰渣沉积在所述至少一个热交换器元件上；

c)确定针对所述至少一个清理元件的效率值；并且

d)基于所述效率值，管理所述清理系统的使用。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，确定针对所述至少一个清理元件的效率值的步骤和基于所述效率值管理所述清理系统的使用的步骤包括以下步骤：

a)确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第一力；

b)利用所述清理系统清理所述至少一个热交换器元件；

c)确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第二力；

d)对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的效率值；并且

e)在所述效率值降低到所述最小效率值以下时，禁用清理元件。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第一力的步骤、确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第二力的步骤、以及对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的效率值的步骤包括以下步骤：

a)确定每个所述至少一个热交换器元件的第一重量；

b)确定每个所述至少一个热交换器元件的第二重量；并且

c)对比所述第一重量与所述第二重量以确定所述至少一个清理元件的效率值。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

a)所述至少一个热交换器元件包括多个热交换器元件；

b)所述支承结构包括多个吊杆，所述热交换器元件通过所述吊杆被支承；并且

c)所述称重系统包括两个或多个称重装置，每个称重装置连接至独立的吊杆。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述称重系统是连接至所述吊杆的应变仪。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述称重装置是连接至所述吊杆的测力传感器。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，提供针对每个所述至少一个清理元件的最小效率值的步骤、确定针对清理元件的效率值的步骤、以及基于所述效率值管理所述清理系统的使用的步骤包括以下步骤：

a)提供最小有效行程效率值；

b)完成具有第一行程和第二行程的两行程式操作；

c)在单个有效行程上完成清理，其中所述有效行程是第一行程或第二行程；

d)在所述有效行程之后确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的所述第二力；

e)对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的第一行程效率值；并且

f)在所述有效行程效率值下降到所述最小有效行程效率值以下时，在随后的非有效行程上启动所述至少一个清理元件。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，提供针对每个所述至少一个清理元件的最小效率值的步骤、确定针对清理元件的效率值的步骤、以及基于所述效率值管理所述清理系统的使用的步骤包括以下步骤：

a)提供最小第一行程效率值、提供最小第二行程效率值、并且提供全周期效率值；

b)利用所述至少一个清理元件完成第一有效行程；

c)在所述第一行程之后确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的所述第二力；

d)对比所述第一力与所述第二力以确定所述至少一个清理元件的第一行程效率值；

e)利用所述清理元件完成第二有效行程；

f)确定由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的第三力；

g)对比所述第二力与所述第三力以确定所述至少一个清理元件的第二行程效率值；并且

h)如果所述第一行程效率值高于所述最小第一行程效率值，则禁用所述第二行程。

19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，管理所述至少一个清理元件的步骤包括以下步骤，即在所述至少一个清理元件已经被禁用以重新评价所述至少一个清理元件的效率之后，重新启动所述至少一个清理元件。

20.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述至少一个清理元件包括多个吹灰器。

21.一种炉体内锅炉的至少一个热交换器元件的初始清理方法，所述炉体包括安置在其中的锅炉以及清理系统，所述炉体被构造成燃烧燃料，所述锅炉具有至少一个热交换器元件，所述至少一个热交换器元件通过支承结构被支承，所述支承结构具有称重系统，其被构造成确定由所述至少一个热交换器元件以及沉积在其上的任何灰渣施加在所述支承结构上的力，并且提供表明所述力的输出信号，所述清理系统具有至少一个清理元件，其被构造成清理所述至少一个热交换器元件；所述方法包括以下步骤：

a)提供在所述至少一个热交换器元件上容许的灰渣的最大重量；

b)提供由所述至少一个热交换器元件施加在所述支承结构上的初始力；

c)操作所述炉体并且允许灰渣沉积在所述至少一个热交换器元件上；

d)使用所述称重系统监控所述至少一个热交换器元件上的灰渣的重量累积；

e)对比所述灰渣的重量累积与所述热交换器元件上容许的灰渣的最大重量；并且

f)在所述灰渣的重量累积超过所述热交换器元件上容许的灰渣的最大重量时，清理所述至少一个热交换器元件。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，包括重复步骤b至步骤e的附加的步骤。

23.一种锅炉系统，包括：

炉体，其被构造成燃烧燃料；

锅炉，其安置在所述炉体中，并且具有至少一个热交换器元件；

支承结构，其连接至所述炉体，并且被构造成支承所述至少一个热交换器元件；

称重系统，其连接至所述支承结构，并且被构造成确定由所述至少一个热交换器元件以及沉积在其上的任何灰渣施加在所述支承结构上的力，并且提供表明所述力的输出信号；

清理系统，其连接至所述炉体，并且具有至少一个清理元件，所述清理元件被构造成清理所述至少一个热交换器元件；以及

控制系统，其连接至所述称重系统和所述清理系统，并且被构造成基于所述至少一个热交换器元件上的灰渣沉积物的重量管理所述清理系统。

24.根据权利要求23所述的锅炉系统，其特征在于：

所述清理系统被构造成使所述至少一个清理元件在位于所述炉体外侧的第一位置与位于所述炉体内的第二位置之间移动；并且

所述控制系统被构造成启动所述清理系统，以使所述至少一个清理元件在位于所述炉体外侧的第一位置与位于所述炉体内的第二位置之间移动。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：

所述控制系统包括至少一个可编程的逻辑控制器；并且

所述可编程的逻辑控制器被构造成接收并记录所述输出信号，以启动所述清理系统，并且通过接收所述输出信号并启动所述清理系统，确定针对所述至少一个清理元件的效率值，并且显示针对所述至少一个清理元件的所述效率值。

26.根据权利要求25所述的锅炉系统，其特征在于：

所述可编程的逻辑控制器具有体现针对所述至少一个清理元件的最小效率值的数据结构，并且所述可编程的逻辑控制器被构造成在针对所述至少一个清理元件的所述效率值下降到对于所述至少一个清理元件的最小效率值以下时，禁用至少一个清理元件。

27.根据权利要求25所述的锅炉系统，其特征在于：

所述清理系统被构造成，完成具有第一行程和第二行程的两行程式操作，其中所述清理元件仅在一个行程上初始有效；并且

所述可编程的逻辑控制器具有体现针对所述至少一个清理元件的有效行程最小效率值以及针对所述至少一个清理元件的全周期最小效率值的数据结构，并且所述可编程的逻辑控制器被构造成在所述有效行程效率值下降到低于所述有效行程最小效率值时在非有效行程的过程中启动清理操作，并且在针对所述至少一个清理元件的所述全周期效率值下降到低于针对所述至少一个清理元件的所述全周期最小效率值时，禁用所述至少一个清理元件。

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