CN105300527A - 回转式空气预热器转子的热点检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转式空气预热器转子的热点检测装置，包括设置在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁上的至少一个折射光路测量单元；每个折射光路测量单元包括密封光路外壳，所述密封光路外壳的末端设置有测量传感器，所述测量传感器用于采集红外能量或者可见光，并输出热点信号；所述密封光路外壳内设置有用于实现炉内与炉外的气体隔绝与密封的窗口密封玻璃，所述密封光路外壳的拐角位置设置用于反射由预热器转子蓄热元件内部火灾热点发出的红外辐射能和可见光的光学反光镜；本发明还公开了一种回转式空气预热器转子的热点检测方法，通过本发明能够从预热器转子上部高温区检测转子上火灾热点，并输出测量信息，发现早期规模较小的热点。

Description

回转式空气预热器转子的热点检测装置及其方法

技术领域

本发明属于回转式空气预热器转子火灾热点检测技术领域，具体涉及一种回转式空气预热器转子的热点检测装置及其方法。

背景技术

“回转式空气预热器”以下简称“空预器”，是大型工业锅炉的主要部件之一，是锅炉重要的节能降耗设备。它是一种热交换设备，主要功能是利用锅炉排放的废烟气预热即将进入锅炉燃烧的助燃空气，从而提高锅炉的热效率。

空预器的主要结构是一个巨大的圆柱型转子，这个转子被沿半径方向的多个密封隔板分割成数十个上下相通的扇型柱体，专业上称之为“密封仓格”。密封仓格之间互不相通，其中填充波纹状铁板，简称“波纹板”，波纹板被铁框架封装成具有一定规模的整体化模块，这种模块被称为“蓄热元件”。

回转式空预器工作时，承载蓄热元件的转子不断旋转，当蓄热元件旋转到烟气侧时炽热的烟气穿过波纹板之间的垂直缝隙将热量传递给蓄热元件，当蓄热元件被旋转到空气侧时穿过波纹板缝隙的冷空气又将蓄热元件中的热量带走。通过空预器转子的连续转动，使蓄热元件交替通过烟道和风道完成烟气与空气的热量交换。

为了实现烟道与风道以及不同风压风道之间的相互分隔，在每一个分隔面上设计了上下两块扇形的密封盖板，简称“扇形板”，用于对不同的预热器工作区域进行分隔。

由于空预器转子蓄热元件内部有很多的缝隙，在锅炉工作时尤其是在锅炉初始点火的过程中，大量未燃尽的油料和煤粉会积存在空预器内部蓄热元件的缝隙中，当达到一定条件时这些可燃物会发生自燃现象，形成空预器内部的热点。如果自燃规模较大、温度较高，则在空预器内部高温富氧条件下会引起空预器转子内部铁质蓄热元件的氧化燃烧，专业上将此空预器发生的火灾称为“预热器二次燃烧”。这种火灾事故的发生会对空预器结构造成巨大破坏，直接影响发电机组的正常运行，造成巨大的经济损失。

因此需要在空预器上安装针对这种火灾的检测装置，从而在火灾初期检测到热点的形成与发展，并采取措施防止火灾扩大。由于二次燃烧是从空预器内部一个热点发展而来。故称为空预器转子火灾热点检测装置。

针对这一问题，目前工业上应用较为广泛的一种技术方法是在空预器热端的热风出口处以一定间距安装热电偶传感器，通过测量换热后风温的异常升高来间接检测预热器转子中的火灾热点。由于预热器工作时转子是转动的，热点随转子旋转移动，处于固定传感器下的时间很短，而热电偶的热惯性较大(时间常数为秒级)。所以小尺寸早期热点通过传感器的时间较短，不足以使传感器温度上升到检测平衡点。而且通过火灾部位的热风在流动过程中会与周边正常部位的低温风混合，从而降低了风温对二次燃烧的反应灵敏度。

因此采用热电偶风温测量技术的热点检测系统反应不及时，不容易发现早期的小范围空预器热点，通常检测到热点时空预器已经发生了严重的烧蚀。

针对热电偶反应不灵敏的问题，目前工业上应用较为广泛的另一种技术方法是采用红外温度传感器测量空预器转子的火灾热点，由于红外温度传感器能够采用光学原理直接测量空预器转子的温度，回避了热电偶采用热风进行对流传热的灵敏度下降问题。同时由于红外传感器的响应速度快(时间常数为毫秒级)，因此采用红外传感器在原理上能够快速测量转子上的移动热点。

由于空预器蓄热元件是由上下贯通的波纹板组装而成，因此当红外传感器的光轴与波纹板之间的通风缝隙对正时，也就是光轴平行于转子旋转轴时，转子内部深处燃烧发出的辐射能能够直线传播进入红外传感器，此时的检测灵敏度最高。为实现对每一个蓄热元件缝隙深处的热点检测，并弥补间隔测量的检测盲区，有些红外线热点检测系统为红外测量探头配置了机械式移动扫描装置，通过移动探头位置的方式实现对整个空预器转子的扫描检测。

由于红外线温度传感器内部有测量电路，无法承受较高的环境温度。而空预器热端温度可达400摄氏度左右，因此现有空预器红外热点检测装置，尤其是探头移动式红外温度检测装置，都安装在预热器冷端，也就是转子的下部。但由于空预器热点多发生在温度较高的上部，因此这种下部安装方式又一定程度上降低了传感器的检测灵敏度。

即使安装在空预器下部，其环境温度也高于电子电路的工作要求，因此为防止空预器内部高温和恶劣环境对电子式红外传感器的破坏，通常还需要给下部安装的红外传感器配备复杂的冷却水和空气吹扫系统。

安装在空预器内部的传感器辅助系统和移动式扫描机构会受到预热器内部粉尘、高温和腐蚀性气体的侵蚀，因此设备的故障率较高，给使用和维护带来很大的困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置，该热点检测装置包括设置在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁上的至少一个折射光路测量单元；

每个折射光路测量单元包括密封光路外壳，所述密封光路外壳的末端设置有测量传感器，所述测量传感器设置在回转式空气预热器外部的常温环境中，用于采集光学反光镜反射的红外能量或者可见光，并输出热点信号；

所述密封光路外壳内设置有用于实现炉内与炉外的气体隔绝与密封的窗口密封玻璃，所述密封光路外壳的拐角位置设置用于反射由预热器转子蓄热元件内部火灾热点发出的红外辐射能和可见光的光学反光镜。

上述方案中，所述测量传感器采用红外传感器或者可见光传感器。

上述方案中，所述密封光路外壳通过法兰固定在炉外壁上。

上述方案中，所述密封光路外壳一方面通过柔性密封元件连接在炉外壁上，另一方面通过使得炉内检测窗口能够在炉内移动扫描的旋转轴或者滑套连接在炉外壁上。

上述方案中，所述密封光路外壳为双L型外壳叠加设置，两路L型光路的拐角处均设置光学反光镜，第一路L型光路的末端设置有可见光摄像机，第二路L型光路的末端设置测量传感器，所述测量传感器为红外测量传感器。

上述方案中，所述密封光路外壳内采用实体的透光玻璃或者光纤填充。

本发明实施例还提供一种回转式空气预热器转子的热点检测方法，该方法为：至少一个折射光路测量单元在回转式空气预热器上部的烟道或者风道中，从上向下检测回转式空气预热器转子上的火灾热点，当发生火灾时，回转式空气预热器转子蓄热元件内部火灾热点发出的红外辐射能和可见光经光学反射镜用于反射到测量传感器，所述测量传感器采集光学反光镜反射的红外能量或者可见光，并输出热点信号。

上述方案中，该方法为：所述测量传感器将红外热点测量结果传输给信息处理系统，通过处理计算机经分析处理后输出热点状态信息，作为判断热点发生和发展的依据，用于指导回转式空气预热器的安全运行。

上述方案中，该方法为：当测量传感器检测到发生火灾时，可见光摄像机将检测到的火灾热点的可见光图像信息发送到信息处理系统，用于进一步确定回转式空气预热器内的火灾情况。

上述方案中，在火灾形成并发出可见光后，可见光摄像机单独采集图像进行火灾热点的识别与报警。

上述方案中，所述至少一个折射光路测量单元采用水平摆动或者前后伸缩方式对回转式空气预热器转子的不同区域进行扫描检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)本发明的技术方案与热电偶测量技术相比为光学直接测量，使用过程中传感器反应速度快，受转子旋转的影响小，测量结果不受风温混合的影响，反应灵敏度高。

2)本发明的技术方案传感器安装在高温的预热器上部，从预热器热端向下测量转子温度，不但反应灵敏且不受预热器积灰和水冲洗的影响，能够长期保持传感器的工作性能；

3)本发明的技术方案通过光学反射系统将带电子电路的传感器安装在预热器外部，电子设备不与高温腐蚀性环境直接接触，不存在长期运行中因部件腐蚀引起的参数漂移问题，还能够方便进行设备的维护和更换。

4)本发明的传感器安装在空气回转式空气预热器外部，内部的光路系统无需冷却即可承受预热器上部热端的高温环境。因此结构轻便，能够很方便的实现测量装置的移动扫描。

5)通过移动扫描，能够使光学检测系统通过蓄热元件的垂直缝隙探测到转子内部深处的火灾热点，而且测量位置在容易发生火灾的上部高温区，因此灵敏度很高，能够发现早期规模较小的热点。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置的折射光路测量单元的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置的折射光路测量单元的水平摆动结构示意图；

图4为本发明实施例2提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置的折射光路测量单元的固定安装结构示意图；

图5为本发明实施例3提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置的折射光路测量单元的折射光路测量单元的结构示意图；

图6为本发明实施例3提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置的双通道折射光路测量单元的水平摆动结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置，如图1、2所示，该热点检测装置包括设置在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁2上的至少一个折射光路测量单元1，每个折射光路测量单元1包括密封光路外壳101，所述密封光路外壳101为L型形状，所述密封光路外壳101前端向下的窗口为炉内检测窗口103，所述炉内检测窗口103上设置有窗口密封玻璃104，所述密封光路外壳101的末端设置测量传感器102，所述密封光路外壳101的拐角位置设置光学反光镜105。

本发明安装在回转式空气预热器转子上部的高温区。

所述密封光路外壳101用于形成光路通道。

所述测量传感器102设置在回转式空气回转式空气预热器外部的常温环境中，用于采集光学反光镜105反射的红外能量或者可见光，并输出热点信号。

所述炉内检测窗口103随着密封光路外壳101在回转式空气预热器转子上移动扫描，达到通过转子蓄热元件波纹板之间的垂直缝隙探测转子内部热点信号，从而检测早期热点并提前预警。

所述窗口密封玻璃104用于实现炉内与炉外的气体隔绝与密封，能够安装在折射光路的不同部位，所述窗口密封玻璃104在无冷却情况下耐温大于450摄氏度，可承受回转式空气预热器内部与外部环境之间的压力差。

所述光学反射镜105用于反射由回转式空气预热器转子蓄热元件内部火灾热点发出的红外辐射能和可见光。

所述回转式空气预热器转子绕中心支撑轴3旋转，使蓄热元件交替通过风道5和烟道6，折射光路测量单元1安装在回转式空气预热器上部的炉外壁2上，运动扫描检测。当一个折射光路测量单元1的扫描检测范围不够时，能够安装多个检测装置分别扫描不同区域。

在回转式空气预热器上部风道5和烟道6之间有一个专用的检修通道4，能够方便的到达炉外壁2上沿转子半径的不同部位，因此具备安装测量单元1的条件。

所述密封光路外壳101一方面通过柔性密封元件8连接在炉外壁2上，另一方面通过使得炉内检测窗口103能够在炉内移动扫描的旋转轴9或者滑套连接在炉外壁2上。

所述折射光路测量单元1能够设置不同的的运动位置，即采用摆动或者伸缩方式，水平移动的检测窗口配合绕中心支撑轴3旋转的回转式空气预热器转子，能够使炉内检测窗口103对回转式空气预热器转子的不同区域进行扫描检测，扫描检测过程中，传感器光轴能够对正转子蓄热元件中波纹板之间的垂直缝隙。

实施例1：

本发明实施例提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置，如图1、2所示，该热点检测装置包括设置在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁2的至少一个折射光路测量单元1，每个折射光路测量单元1包括密封光路外壳101、测量传感器102，所述密封光路外壳101为L型形状，所述密封光路外壳101前端向下的窗口为炉内检测窗口103，所述炉内检测窗口103上设置有窗口密封玻璃104，所述密封光路外壳101的末端设置测量传感器102，所述密封光路外壳101的拐角位置设置光学反光镜105。

所述窗口密封玻璃104采用硫化锌或氟化钡材质。

所述测量传感器102采用红外单点温度传感器，传感器测温范围-20-500摄氏度，对应红外测量波长8-14um。

所述密封光路外壳104通过柔性密封元件8连接在回转式空气预热器上部高温区烟风道的炉外壁2上，同时所述密封光路外壳101通过使得炉内检测窗口103能够在炉内移动扫描的旋转轴9或者滑套连接在炉外壁2上。

如图3所示，所述密封光路外壳104绕旋转轴9在保证密封的情况下水平摆动，所述密封光路外壳104的摆臂长度1.5米，摆动角度90度。水平摆动的炉内检测窗口103配合绕轴旋转的回转式空气预热器转子，能够使炉内检测窗口103对回转式空气预热器转子的不同区域进行扫描检测。

所述密封光路外壳104沿滑套的设置方向在保证密封的情况下进行伸缩，伸缩的炉内检测窗口103配合绕轴旋转的回转式空气预热器转子，能够使炉内检测窗口103对回转式空气预热器转子的不同区域进行扫描检测。

实施例2：

本发明实施例提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置，如图4所示，该热点检测装置包括设置在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁2的至少一个折射光路测量单元1，每个折射光路测量单元1包括密封光路外壳101、测量传感器102，所述密封光路外壳101为L型形状，所述密封光路外壳101前端向下的窗口为炉内检测窗口103，所述炉内检测窗口103上设置有窗口密封玻璃104，所述密封光路外壳101的末端设置测量传感器102，所述密封光路外壳101的拐角位置设置光学反光镜105。

为降低安装成本，所述密封光路外壳101的外壳通过安装法兰7固定安装在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁2上，不进行移动扫描，所述炉内检测窗口103从上向下俯视测量回转式空气预热器转子上的温度辐射，并通过温度变化检测火灾热点。

所述窗口密封玻璃104采用硫化锌或氟化钡材质。

所述测量传感器102采用红外单点温度传感器，传感器测温范围-20-500℃，对应红外测量波长8-14um。

实施例3：

本发明实施例提供一种回转式空气预热器转子的热点检测装置，如图5所示，该热点检测装置包括设置在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁2的至少一个折射光路测量单元1，每个折射光路测量单元1包括密封光路外壳101、测量传感器102，所述密封光路外壳101为L型形状，所述密封光路外壳101前端向下的窗口为炉内检测窗口103，所述炉内检测窗口103上设置有窗口密封玻璃104，所述密封光路外壳101的末端设置测量传感器102，所述密封光路外壳101的拐角位置设置光学反光镜105。

所述密封光路外壳101为双L型外壳叠加设置，两路L型光路的拐角处均设置光学反光镜105，第一路L型光路的末端设置有可见光摄像机106，第二路L型光路的末端设置红外测量传感器102。

所述第一L型光路布置在上方，第二L型光路布置在下方。所述第一L形折射光路为可见光检测通道，第二L形光路为红外检测光路。可见光检测光路与红外检测光路能够互换上下位置。

所述第一L形光路外侧安装可见光摄像机106，所述可见光摄像机106的光学传感器采用1024×768像素的面阵图像传感器，用于检测火灾热点的可见光图像信息。

所述第二L形光路外侧安装测量传感器102，所述测量传感器102为红外单点温度传感器，传感器测温范围-20-500摄氏度，对应红外测量波长8-14um，用于检测火灾热点的红外温度信息。

上下两个L形密封光路的外壳通过柔性密封元件8连接在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁2上，同时所述密封光路外壳101通过使得两个炉内检测窗口103能够在炉内移动扫描的旋转轴9或者滑套连接在炉外壁2上。。

如图6所示，所述密封光路外壳104能够绕旋转轴9在保证密封的情况下水平摆动。水平摆动的两个炉内检测窗口103配合绕轴旋转的回转式空气预热器转子，使两个炉内检测窗口103对回转式空气预热器转子的不同区域进行扫描检测，同时检测火灾的红外与可见光信息。

所述密封光路外壳104沿滑套的设置方向在保证密封的情况下进行伸缩，伸缩的两个炉内检测窗口103配合绕轴旋转的回转式空气预热器转子，使两个炉内检测窗口103对回转式空气预热器转子的不同区域进行扫描检测。

进一步的，实施例1～3的测量传感器102将红外热点测量结果传输给信息处理系统，通过处理计算机经分析处理后输出热点状态信息，作为判断热点发生和发展的依据，用于指导回转式空气预热器的安全运行。

进一步的，实施例1～3任意一个实施例中的密封光路外壳104内采用实体的透光玻璃或者光纤填充，实现红外线或者可见光的传输。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种回转式空气预热器转子的热点检测装置，其特征在于，该热点检测装置包括设置在回转式空气预热器上部高温区烟风道炉外壁(2)上的至少一个折射光路测量单元(1)；

每个折射光路测量单元(1)包括密封光路外壳(101)，所述密封光路外壳(101)的末端设置有测量传感器(102)，所述测量传感器(102)设置在回转式空气预热器外部的常温环境中，用于采集光学反光镜(105)反射的红外能量或者可见光，并输出热点信号；

所述密封光路外壳(101)内设置有用于实现炉内与炉外的气体隔绝与密封的窗口密封玻璃(104)，所述密封光路外壳(101)的拐角位置设置用于反射由预热器转子蓄热元件内部火灾热点发出的红外辐射能和可见光的光学反光镜(105)。

2.根据权利要求1所述的回转式空气预热器转子的热点检测装置，其特征在于：所述测量传感器(102)采用红外传感器或者可见光传感器。

3.根据权利要求1所述的回转式空气预热器转子的热点检测装置，其特征在于：所述密封光路外壳(101)通过法兰(7)固定在炉外壁(2)上。

4.根据权利要求1所述的回转式空气预热器转子的热点检测装置，其特征在于：所述密封光路外壳(101)一方面通过柔性密封元件(8)连接在炉外壁(2)上，另一方面通过使得炉内检测窗口(103)能够在炉内移动扫描的旋转轴(9)或者滑套连接在炉外壁(2)上。

5.根据权利要求3或4所述的回转式空气预热器转子的热点检测装置，其特征在于：所述密封光路外壳(101)为双L型外壳叠加设置，两路L型光路的拐角处均设置光学反光镜(105)，第一路L型光路的末端设置有可见光摄像机(106)，第二路L型光路的末端设置测量传感器(102)，所述测量传感器(102)为红外测量传感器。

6.根据权利要求1所述的回转式空气预热器转子的热点检测装置，其特征在于：所述密封光路外壳(104)内采用实体的透光玻璃或者光纤填充。

7.一种回转式空气预热器转子的热点检测方法，其特征在于，该方法为：至少一个折射光路测量单元(1)在回转式空气预热器上部的烟道或者风道中，从上向下检测回转式空气预热器转子上的火灾热点，当发生火灾时，回转式空气预热器转子蓄热元件内部火灾热点发出的红外辐射能和可见光经光学反射镜(105)用于反射到测量传感器(102)，所述测量传感器(102)采集光学反光镜(105)反射的红外能量或者可见光，并输出热点信号。

8.根据权利要求7所述的回转式空气预热器转子的热点检测方法，其特征在于，该方法为：所述测量传感器(102)将红外热点测量结果传输给信息处理系统，通过处理计算机经分析处理后输出热点状态信息，作为判断热点发生和发展的依据，用于指导回转式空气预热器的安全运行。

9.根据权利要求7所述的回转式空气预热器转子的热点检测方法，其特征在于，该方法为：当测量传感器(102)检测到发生火灾时，可见光摄像机(106)将检测到的火灾热点的可见光图像信息发送到信息处理系统，用于进一步确定回转式空气预热器内的火灾情况。

10.根据权利要求7所述的回转式空气预热器转子的热点检测方法，其特征在于，该方法为：在火灾形成并发出可见光后，可见光摄像机(106)单独采集图像进行火灾热点的识别与报警。

11.根据权利要求7所述的回转式空气预热器转子的热点检测方法，其特征在于，该方法为：所述至少一个折射光路测量单元(1)采用水平摆动或者前后伸缩方式对回转式空气预热器转子的不同区域进行扫描检测。