CN102253081A - 基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于声学检测技术领域的一种基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法。具体方法是首先建立一套成功的炉内结渣监测系统，从燃烧区以上，在按吹灰器分区，成对布置炉膛内烟气声波测温点和渣层表面声波测温点，提取有效的衡量结渣严重程度的特征参数；通过上述在电站锅炉炉膛布置声波测温点，利用声波测温技术对炉膛出口烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量，并且建立炉膛灰污监测模型，判断炉膛整体灰污情况和炉膛局部受热面是否结焦或积灰，实现了炉膛局部受热面灰污实时监测，可以避免在锅炉运行中严重积灰或者结渣的现象发生；本发明特别适合电站锅炉水冷壁积灰的实时监测。

Description

基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法

技术领域

本发明属于声学检测技术领域，特别涉及一种基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法。具体说，该方法特别适合于电站锅炉水冷壁积灰的实时监测，是一种在锅炉运行中避免严重积灰或者结渣的方法。

背景技术

在电站锅炉中，由于水冷壁所处位置的烟气温度最高，直接与燃料和火焰接触的机会最大，所以最容易发生结渣现象，而且主要表现为难以清除的渣。燃煤电站锅炉炉内受热面的结渣是一个普遍存在而又难以有效解决的问题。受热面积灰结渣所带来的危害是非常巨大的，必须采取一定的措施加以防治。许多科研人员一直致力于这方面的研究，希望能从多角度寻求解决锅炉积灰与结渣的办法。为了减少受热面沾污造成换热损失，提高锅炉机组运行的经济性，在实践中人们摸索对受热面进行吹灰，问题还是难以有效解决。加拿大滑铁卢大学开发了专门针对炉膛结渣的监测系统。该系统在炉膛水冷壁的易结渣部位安装了圆盘式热流计，这些热流计分为两类：一类是清洁热流计，另一类是灰污热流计。清洁热流计装有压缩空气吹扫装置，保持热流计表面没有灰污沉积，用来测量锅炉受热面能够接受到的火焰辐射热流。灰污热流汁和水冷壁一样遭到沾污，用来测量锅炉受热面实际吸收的热流。灰污热流计的输出信号取决于两个因素的作用，一个是炉膛火焰的辐射热流，另一个是热流计表面的灰污沉积。前者随着锅炉负荷、燃烧器摆角、烟气再循环量、过量空气系数等运行参数的调整而变化。清洁热流计的信号，为过滤掉这些与从灰污沉积无关的变化，提供了一个参考值，通过比较脏热流计和清洁热流汁的信号，可以判断出水冷壁的灰污程度。英国BMS公司采用圆柱热流计测量水冷壁吸收的辐射热流密度，并且结合锅炉负荷等运行参数的计算，实现了优化运行。BMS使用的热流计直接安装在一段管子的表面，做成一个可以流通工质的测量段，使用时截掉一小段水冷壁管，用测量段来代替。BMS公司已经在多台锅炉上应用了这种灰污监测和吹灰优化系统，起到了提高锅炉效率、减少喷水量、减轻受热面腐蚀、降低N0x排放、预防结渣事故等作用。LeVert等提出了另外一种监测方法，不再需要设置清洁热流作为参考值。该方法使用特制的热流测量装置，在热流计内部增加了一个脉冲加热器，利用热流计对脉冲加热信号响应时间的长短来判断热流计表面的灰污程度。这种热流计的结构比较复杂，在使用前需要标定，确定热流计在不同灰污状态下对脉冲加热信号的响应时间。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺点而提出一种基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法，其特征在于，利用声波测温技术对炉膛截面烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量，从而判断炉膛整体灰污情况和炉膛局部受热面是否结焦或积灰；具体方法是首先建立一套成功的炉内结渣监测系统，从燃烧区以上，在按吹灰器分区，在每面墙、炉膛3的燃烧器6出口及炉膛出口烟道折焰角5处成对布置炉膛内烟气声波测温点1和渣层表面声波测温点2，在水平烟道4出口布置炉膛内烟气温度测点1，共34支测点，提取有效的衡量结渣严重程度的特征参数；通过上述在电站锅炉炉膛布置声波测温点，利用声波测温技术对炉膛出口烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量，并且建立炉膛灰污监测模型，判断炉膛整体灰污情况和炉膛局部受热面是否结焦或积灰。

所述炉膛灰污监测模型是由炉膛内烟气声波测温点1测量的温度计算获得炉膛平均温度T₁，绘出T₁的等温曲面即为炉膛平均等温曲面；设炉内在平均温度等温曲面以外任一等温曲面温度为T_n，携带热量为Q_n，则有：Q₁-Q_n＝ΔQ＞0，即等温曲面越靠近水冷壁温度越低、最终要和受热面渣表面温度相一致；水冷壁表面渣越厚，渣表面温度越高，等温曲面越靠近平均等温曲面T₁，当T_n＝T₁时结渣严重，则不能运行；令渣层表面声波测温点2测量的温度为T_b，在受热面未污染时，即渣层表面声波测温点2测量的温度T_b等于受热面未污染未污染的壁温，则T_n＝T_b，说明锅炉处于没有结渣的理想状态；我们把渣层表面声波测温点2测量的受热面结渣后的渣层表面温度定义为T′_b，引入洁净当量￡概念，令

$=(1-\frac{T_b^{\′}}{T_1})/(1-\frac{T_b}{T_1})$

由于

变化不大，可视为常数，把看成炉膛水冷壁结渣动态特征参数，炉膛平均温度T₁，渣层表面温度T′_b，在同一运行工况下，这两个温度都在随蒸发量、燃烧工况、结渣传热情况变化；令δ＝T′_b/T₁模拟渣层厚度，随着受热面结渣厚度的增加，其表层温度T′_b激增，并逐渐趋近于炉膛平均温度，结渣越严重，T′_b/T₁越接近1，特征参数θ趋近0，能很好的表达污染状况。

本发明的有益效果是选择动态灰污特征参数，以炉膛平均温度为基准，可以通过在炉膛不同高度布置声学测温装置，测定水冷壁渣层表面温度，实现炉膛局部受热面灰污监测。可以避免在锅炉运行中严重积灰或者结渣的现象发生；本发明特别适合电站锅炉水冷壁积灰的实时监测。

附图说明

图1为电站锅炉炉内结渣监测系统示意图。

图2为炉膛平均温度T₁的等温曲面立体显示图。

具体实施方式

本发明提出一种基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法。所述声学测温的原理是基于声波的传播速度直接随介质温度而变化。由热力学中气体方程和声学中的声波波动方程得到声波传播速度和介质温度的关系如下：

C＝f(k，R，M，T)

其中，

C——声音在介质中的传播速度

R——气体常数

k——气体的绝热指数

M——气体分子量

T——气体温度。

下面结合附图对本发明予以说明。

图1所示为电站锅炉炉内结渣监测系统示意图。是实现本方法首先建立的一套成功的炉内结渣监测系统。从燃烧区以上，在按吹灰器分区，在每面墙、炉膛3的燃烧器6出口及炉膛出口烟道折焰角5处成对布置炉膛内烟气声波测温点1和渣层表面声波测温点2，在水平烟道4出口布置炉膛内烟气温度测点1，共34支测点，通过上述在电站锅炉炉膛布置声波测温点，提取有效的衡量结渣严重程度的特征参数；利用声波测温技术对炉膛出口烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量，并且建立炉膛灰污监测模型，判断炉膛整体灰污情况和炉膛局部受热面是否结焦或积灰。

在锅炉运行中，炉内不存在静止不动界面，把握炉内水冷壁结渣对炉内换热影响，用动态特征参数相对变化更合理。依据炉膛灰污监测模型，以动态特征参数透视表征对象，使用动态特征参数克服非本工况下选定的参照物受固定条件限制，不反应多种因素变动的缺点。也就是把判别结渣程度的参照物由原来静止的改变为动态的，把原来参照值由绝对差值，改为相对差值。如炉膛结渣动态特征参数为两个同一工况下两个变动参数的比值。前提条件必须是这两个参量比值变化能明显表征结渣后的特征。把炉内温度看成是均匀的，用T₁代表炉膛内全部烟气的平均温度，由炉膛内烟气声波测温点1进行测量，计算这些测量的温度获得炉膛平均温度T₁；绘出T₁的等温曲面即为炉膛平均等温曲面(如图2所示)；设炉内在平均温度等温曲面以外任一等温曲面温度为T_n，携带热量为Q_n，则有：Q₁-Q_n＝ΔQ＞0，即等温曲面越靠近水冷壁温度越低、最终要和受热面渣表面温度相一致；水冷壁表面渣越厚，渣表面温度越高，等温曲面越靠近平均等温曲面T₁，当T_n＝T₁时结渣严重，则不能运行；令渣层表面声波测温点2测量的温度为T_b，在受热面未污染时，即渣层表面声波测温点2测量的温度T_b等于受热面未污染未污染的壁温，则T_n＝T_b，说明锅炉处于没有结渣的理想状态；我们把渣层表面声波测温点2测量的受热面结渣后的渣层表面温度定义为T′_b，引入洁净当量￡概念，令

$=(1-\frac{T_b^{\′}}{T_1})/(1-\frac{T_b}{T_1})$

由于

变化不大，可视为常数，把

看成炉膛水冷壁结渣动态特征参数，炉膛平均温度T₁，渣层表面温度(受热面表面温度)T′_b，在同一运行工况下，这两个温度都在随蒸发量、燃烧工况、结渣传热情况变化，在锅炉蒸发量不变、燃烧工况一定的情况下，结渣传热状况就成为影响两个温度变化的主要因素；令δ＝T′_b/T₁模拟渣层厚度，随着受热面结渣厚度的增加，其表层温度T′_b激增，并逐渐趋近于炉膛平均温度，结渣越严重，T′_b/T₁越接近1，特征参数θ趋近0，能很好的表达污染状况。关于声学测点的布局，本发明推荐在锅炉的四边墙角10mm处。

Claims (2)

1.一种基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法，其特征在于，利用声波测温技术对炉膛截面烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量，从而判断炉膛整体灰污情况和炉膛局部受热面是否结焦或积灰；具体方法是首先建立一套炉内结渣监测系统，从燃烧区以上，在按吹灰器分区，在每面墙、炉膛(3)的燃烧器(6)出口及炉膛出口烟道折焰角(5)处成对布置炉膛内烟气声波测温点(1)和渣层表面声波测温点(2)，在水平烟道(4)出口布置炉膛内烟气温度测点(1)，共34支测点，提取有效的衡量结渣严重程度的特征参数；通过上述在电站锅炉炉膛布置声波测温点，利用声波测温技术对炉膛出口烟气温度和锅炉水冷壁温度进行测量，并且建立炉膛灰污监测模型，判断炉膛整体灰污情况和炉膛局部受热面是否结焦或积灰。

2.根据权利要求1所述基于声学原理的电站锅炉炉膛积灰监测方法，其特征在于，所述炉膛灰污监测模型是由炉膛内烟气声波测温点(1)测量的温度计算获得炉膛平均温度T₁，绘出T₁的等温曲面即为炉膛平均等温曲面；设炉内在平均温度等温曲面以外任一等温曲面温度为T_n，携带热量为Q_n，则有：Q₁-Q_n＝ΔQ＞0，即等温曲面越靠近水冷壁温度越低、最终要和受热面渣表面温度相一致；水冷壁表面渣越厚，渣表面温度越高，等温曲面越靠近平均等温曲面T₁，当T_n＝T₁时结渣严重，则不能运行；令渣层表面声波测温点(2)测量的温度为T_b，在受热面未污染时，即渣层表面声波测温点2测量的温度T_b等于受热面未污染未污染的壁温，则T_n＝T_b，说明锅炉处于没有结渣的理想状态；我们把渣层表面声波测温点(2)测量的受热面结渣后的渣层表面温度定义为T′_b，引入洁净当量￡概念，令

$=(1-\frac{T_b^{\′}}{T_1})/(1-\frac{T_b}{T_1})$

由于变化不大，可视为常数，把看成炉膛水冷壁结渣动态特征参数，炉膛平均温度T₁，渣层表面温度T′_b，在同一运行工况下，这两个温度都在随蒸发量、燃烧工况、结渣传热情况变化；令δ＝T′_b/T₁模拟渣层厚度，随着受热面结渣厚度的增加，其表层温度T′_b激增，并逐渐趋近于炉膛平均温度，结渣越严重，T′_b/T₁越接近1，特征参数θ趋近0，能很好的表达污染状况。

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