CN102706509A

CN102706509A - 电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置

Info

Publication number: CN102706509A
Application number: CN2012102073737A
Authority: CN
Inventors: 陈鸿伟; 姜华伟; 高建强
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2012-10-03

Abstract

一种电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，它由进渣室压力传感器、中间冷却室压力传感器、排渣室压力传感器、数据采集模块和计算机组成，所述进渣室压力传感器、中间冷却室压力传感器和排渣室压力传感器的感压口分别经压力测管与冷渣器布风板上的进渣室风帽、中间冷却室风帽和排渣室风帽的入口管内腔连通；它们的信号输出端分别接数据采集模块的不同输入通道；所述数据采集模块通过通讯接口与计算机连接。本发明将压力监测点布置在风帽的入口管内，压力测管不会被堵塞或磨损，大大提高了监测装置的可靠性。同时，本装置的监测点可根据需要布置在冷渣器内水平方向上的任何位置，提高了监测结果的准确性。

Description

电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置

技术领域

本发明涉及一种用于监测循环流化床冷渣器内气固两相流动状态，以便及时发现锅炉冷渣器内结焦、局部堵塞、不排渣等故障的装置，属检测技术领域。

背景技术

循环流化床（CFB）燃烧是一项成熟的清洁煤燃烧技术,已在电站锅炉得到广泛的应用。近年来，循环流化床锅炉的容量快速提高，超临界循环流化床锅炉成为循环流化床锅炉大型化的重要发展方向。但由于CFB电站锅炉机组故障率高，其年利用小时数不到常规煤粉锅炉机组的2/3，致使CFB电站锅炉机组运行的经济性未能达到设计要求。冷渣器是保证流化床锅炉安全高效运行的重要部件，其故障是导致被迫停炉和减负荷运行的主要原因之一。目前国内外CFB机组通常采用流化床冷渣器，冷渣器内的炉渣处于鼓泡流化状态，冷渣器故障的产生与其内部气固两相流动状况有直接的关系。因此采用适当方法监测循环流化床冷渣器内的气固两相流动状态，及时发现并处理其异常工作状态，对于循环流化床锅炉的安全经济运行具有重要意义。

流化床内的压力波动包含了流化床内的综合动态信息，是颗粒特性、气泡特性、床的几何尺寸、操作条件等多种因素相互作用的外在动态反映。通过测量流化床内的压力波动信号并提取分析相关特征参数可表征流化床内的气固两相流动状态。然而总结目前国内外对各种流化床床内压力波动特性的研究发现：尽管各研究者采取的信号分析处理方法可能不尽相同，但床压监测点均布置在炉内布风板以上的气固两相流动区域内和/或炉膛壁面上，存在床压检测装置被频繁堵塞、严重磨损的问题，对于冷渣器而言，由于其内部炉渣颗粒尺寸普遍较大，这种监测点布置方式的可靠性更低，而且传统监测装置无法监测到冷渣器内水平方向上不同位置的气固流动状态，也影响了监测结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种运行可靠、监测结果准确的电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，由进渣室压力传感器、中间冷却室压力传感器、排渣室压力传感器、数据采集模块和计算机组成，所述进渣室压力传感器、中间冷却室压力传感器和排渣室压力传感器的感压口分别经压力测管与冷渣器布风板上的进渣室风帽、中间冷却室风帽和排渣室风帽的入口管内腔连通；它们的信号输出端分别接数据采集模块的不同输入通道；所述数据采集模块通过通讯接口与计算机连接。

上述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，所述进渣室压力传感器设置多个，每个进渣室压力传感器对应一个进渣室风帽，与进渣室压力传感器通过压力测管相连接的进渣室风帽沿冷渣器宽度方向排列。

上述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，所述中间冷却室压力传感器设置多个，每个中间冷却室压力传感器对应一个中间冷却室风帽；在每级中间冷却室内均有多个通过压力测管与中间冷却室压力传感器相连接的中间冷却室风帽，它们沿冷渣器宽度方向排列。

上述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，所述排渣室压力传感器设置多个，每个排渣室压力传感器对应一个排渣室风帽，与排渣室压力传感器通过压力测管相连接的排渣室风帽沿冷渣器宽度方向排列。

上述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，每个压力传感器亦可由差压传感器替换，每个差压传感器的两个感压口分别通过两个压力测管与两个风帽的入口管内腔连通。

上述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，所述压力测管的采样端固定在对应风帽入口管的外壁上，并通过风帽入口管壁上的气孔与风帽的入口管内腔连通。

本发明将压力监测点布置在冷渣器进渣室、排渣室及每个中间冷却室底部布风板风帽的入口管内，由于各风帽入口管内只有气流而无气固两相流，因而压力测管不会被堵塞或磨损，这样就大大提高了监测装置的可靠性。同时，本装置的监测点可根据需要布置在冷渣器内水平方向上的任何位置，提高了监测结果的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图（以压力传感器为例）；

图2是压力测点在冷渣器布风板上的布置示意图；

图中各标号为：1、冷渣器布风板；2、进渣室；3、第一中间冷却室； 4、第二中间冷却室；5、排渣室；6、进渣室风帽； 7、第一中间冷却室风帽；8、第二中间冷却室风帽；9、排渣室风帽；10、压力测管；11、排渣室压力传感器；12、第二中间冷却室压力传感器；13、第一中间冷却室压力传感器；14、进渣室压力传感器；15、数据采集模块；16、计算机；17、排渣口；18、热渣进口；19、排气口；a～d、进渣室风帽压力测点；e～h、第一中间冷却室风帽压力测点；i～l、第二中间冷却室风帽压力测点；m～p、排渣室风帽压力测点。

具体实施方式

本发明利用现代信号处理方法提取冷渣器不同仓室不同位置风帽压力波动信号的特征参数，从而判断冷渣器不同仓室内水平方向上不同位置的气固两相流动状态，预测冷渣器内的结焦、局部堵塞、不排渣等故障的发生。具体方法是在冷渣器进渣室2下方风箱内的进渣室风帽6的入口管壁上布置进渣室风帽压力测点（每个与压力测管10相连接的风帽入口管为一个压力测点），在每级中间冷却室下方风箱内的每级中间冷却室风帽的入口管壁上布置中间冷却室风帽压力测点，在排渣室5下方风箱内的排渣室风帽9的入口管壁上布置排渣室风帽压力测点，所有风帽压力测点通过压力测管与相应压力（或差压）传感器的接头相连接，通过压力（或差压）传感器将测得的压力或压差转换成电信号，再将电信号送到数据采集模块15进行信号的AD转换，最后存储至计算机16中。通过上述在电站CFB锅炉冷渣器进渣室风帽以及各级中间冷却室、排渣室风帽入口布置压力测点，利用现代压力测量技术和信号处理方法，提取反映进渣室、各级中间冷却室、排渣室内气固两相流动状态的相关压力特征参数，建立压力特征参数与冷渣器内运行状况、操作条件及典型故障等之间的模型关系，判断冷渣器内的运行状态并预测冷渣器故障的发生。

本发明的压力测量方式为单测点、双测点相结合的测量方式，单测点压力信号特征参数能够反映测点所在风帽周围局部及整个系统的气固两相流动状况，还能反映送风系统结构及运行条件的影响；而双测点差压信号特征参数则能够反映两个测点所在风帽之间区域的气固两相流动状况。压力测量位置选择冷渣器进渣室、排渣室及每个中间冷却室底部布风板风帽的入口管壁，通过不同位置风帽压力、差压信号特征参数的变化反映冷渣器内不同水平区域的气固两相流动状态、操作条件等的变化，从而反映冷渣器内的局部流化状况，预测冷渣器内局部典型故障的发生。信号处理方法采用小波分析、Wigner谱分析实现压力、差压信号的局部化时频分析，得到不同频率段压力、差压信号随时间的变化趋势以及不同时刻压力、差压波动幅度的频率域分布，结合时域标准差，评估不同频率段的压力、差压波动幅度，结合局部频峰加权平均频率

来分析非平稳气固流化床压力波动信号的频率特征；利用AR模型谱估计法对不同压力、差压信号进行功率谱估计，获得信号的能量频率域分布，结合能量加权平均频率

来评估压力、差压波动频率的整体性变化，根据功率谱图中不同频峰的出现、位置和大小，判断所测区域的气固两相流型。相关定义如下：

，

式中

，

分别为局部时刻的主频和相对应的幅值大小，分子对应于局部时刻主频幅度能量的频率加权之和，用幅值能量之和作为分母进行幅值归一化，以保证

和压力波动信号的时域强度无关。

，

式中

，分别为频域内局部频率和局部频率对应的幅值，分子对应于局部频率幅值能量的频率加权之和，用幅值能量之和作为分母以进行幅值归一化，以保证

和压力波动信号的频域强度无关。

该监测系统根据冷渣器不同风帽测点压力波动特征参数监测CFB锅炉冷渣器内不同位置的气固两相流动状态，其原理是流化床内气固两相流动能够产生压力波动和压力传播：鼓泡流态化时的压力波动主要由布风板上气泡的产生、运动、合并、破裂所引起。而单测点压力波动能够反映测点局部区域气固两相流动产生的压力波动以及系统内其它区域气固两相流动产生的压力波经过传播、衰减带来的测点局部区域附加压力波动；双测点差压波动则能够反映两测点间沿测点连线方向的气固两相流动所产生的压力波动。

图1为本发明的结构示意图。在图1中，数据采集模块15的型号为：USB7360BF，进渣室压力传感器14、第一级中间冷却室压力传感器13、第二级中间冷却室压力传感器12、排渣室压力传感器11均仅画出了一个，具体实施时都应是多个。

以某电站锅炉多仓式选择性流化床冷渣器为例，冷渣器分为四个冷却仓室，其上设有一个进渣口，一个排渣口和两个出气口，每个仓室配有各自独立的布风装置，仓室间用耐火砖砌成的分隔墙隔开。第一个仓室为选择室，其能将炉渣送至下一冷却室之前筛选出炉渣中的部分细颗粒（含未反应完全的碳和石灰石细颗粒），将它们由炉膛侧墙单独送回炉膛，并冷却剩余粗颗粒。后三个冷却室内布置有用回热水冷却的水冷管束，冷却室排气在隔墙顶部中间排出，从炉膛侧墙返回炉膛。末级冷却室底部设有排渣口，其排渣温度≤150℃。其各仓室风帽压力测点在布风板上的布置示意图如图2所示，在冷却室（即进渣室）内沿冷渣器宽度方向的多个风帽的入口管壁上分别布置压力测点a、b、c、d，在第一中间冷却室内沿冷渣器宽度方向的多个风帽的入口管壁上分别布置压力测点e、f、g、h，在第二中间冷却室内沿冷渣器宽度方向的多个风帽的入口管壁上分别布置压力测点i、j、k、l，在排渣室内沿冷渣器宽度方向的多个风帽的入口管壁上分别布置压力测点m、n、o、p。

测点a、b、c、d压力信号特征参数能够反映冷渣器选择室的压力波动变化趋势及其气固两相流动状况，从而能够预测选择室发生结焦、堵塞等故障（由于选择室没有受热面冷却，运行温度一般在500℃～700℃之间，易发生结焦）；测点e、f、g、h压力信号特征参数能够反映冷渣器第一中间冷却室的压力波动变化趋势及其气固两相流动状况，从而能够预测第一中间冷却室是否存在堵塞等故障；测点i、j、k、l压力信号特征参数能够反映冷渣器第二中间冷却室的压力波动变化趋势及其气固两相流动状况，从而能够预测第二中间冷却室是否存在堵塞等故障；测点m、n、o、p压力信号特征参数能够反映冷渣器排渣室的压力波动变化趋势及其气固两相流动状况，从而能够预测冷渣器排渣不畅或不排渣等故障的发生。另外，测点a、b差压信号特征参数与测点d、c差压信号特征参数分别能够反映冷渣器选择室内左部和右部气固两相流沿冷渣器宽度方向上的流动特征；测点e、f差压信号特征参数与测点h、g差压信号特征参数分别能够反映冷渣器第一中间冷却室内左部和右部气固两相流沿冷渣器宽度方向上的流动特征；测点i、j差压信号特征参数与测点l、k差压信号特征参数分别能够反映冷渣器第二中间冷却室内左部和右部气固两相流沿冷渣器宽度方向上的流动特征；测点m、n差压信号特征参数与测点p、o差压信号特征参数分别能够反映冷渣器排渣室内左部和右部气固两相流沿冷渣器宽度方向上的流动特征。

Claims

1.一种电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，其特征在于，由进渣室压力传感器（14）、中间冷却室压力传感器（13、12）、排渣室压力传感器（11）、数据采集模块（15）和计算机（16）组成，所述进渣室压力传感器（14）、中间冷却室压力传感器（13、12）和排渣室压力传感器（11）的感压口分别经压力测管（10）与冷渣器布风板上的进渣室风帽（6）、中间冷却室风帽（7、8）和排渣室风帽（9）的入口管内腔连通；它们的信号输出端分别接数据采集模块（15）的不同输入通道；所述数据采集模块（15）通过通讯接口与计算机（16）连接。

2.根据权利要求1所述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，其特征在于，所述进渣室压力传感器（14）设置多个，每个进渣室压力传感器（14）对应一个进渣室风帽（6），与进渣室压力传感器（14）通过压力测管（10）相连接的进渣室风帽（6）沿冷渣器宽度方向排列。

3.根据权利要求1或2所述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，其特征在于，所述中间冷却室压力传感器设置多个，每个中间冷却室压力传感器对应一个中间冷却室风帽；在每级中间冷却室内均有多个通过压力测管（10）与中间冷却室压力传感器相连接的中间冷却室风帽，它们沿冷渣器宽度方向排列。

4.根据权利要求3所述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，其特征在于，所述排渣室压力传感器（11）设置多个，每个排渣室压力传感器（11）对应一个排渣室风帽（9），与排渣室压力传感器（11）通过压力测管（10）相连接的排渣室风帽（9）沿冷渣器宽度方向排列。

5.根据权利要求4所述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，其特征在于，每个压力传感器亦可由差压传感器替换，每个差压传感器的两个感压口分别通过两个压力测管（10）与两个风帽的入口管内腔连通。

6.根据权利要求5所述电站循环流化床锅炉冷渣器运行状态监测装置，其特征在于，所述压力测管（10）的采样端固定在对应风帽入口管的外壁上，并通过风帽入口管壁上的气孔与风帽的入口管内腔连通。