CN107506288A - 一种省煤器换热管磨损的监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种省煤器换热管磨损的监控方法及系统，通过建立省煤器内的换热管三维模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率和磨损厚度，并在该换热管三维模型上实时显示磨损速率和磨损厚度；通过磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；并判断当前使用寿命是否小于设置的阈值，若小于，则系统报警，提示工作人员磨损严重区域。采用本发明提供的方法或系统，既节省监控成本，又能方便快捷地对换热管磨损进行实时监控，减少锅炉运行存在的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及电站锅炉技术领域，尤其涉及一种省煤器换热管磨损的监控方法及系统。
背景技术
在锅炉运行过程中，煤粉在炉膛内燃烧后，产生的烟气夹带着飞灰颗粒，冲刷尾部省煤器，使其受热面产生磨损。相比常规省煤器，低低温省煤器内烟气温度低，烟气体积大幅度缩小，粉尘浓度增大，使得该换热设备的磨损问题更为严重。管壁磨损不仅影响换热器的换热效率，降低换热管使用寿命，严重时还会引发换热管泄漏，甚至省煤器爆管的安全事故。一般换热管设计的工作寿命为150kh，而实际运行中，甚至出现运行不到5kh便发生泄漏或爆管的事故，给生产带来巨大的经济损失和安全隐患。
在现有技术中，受省煤器换热管安装工艺所限，检修人员难以实时检测换热管磨损情况。通常在其发生泄漏事故后，工作人员才能确定其具体位置，这给安全运行带来了极大的隐患，严重影响电厂的经济效益。因此，针对换热管使用寿命低且换热管磨损给锅炉运行带来极大安全隐患问题，如何克服上述不足，是目前电站锅炉技术领域急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种省煤器换热管磨损的监控方法及系统，以提高换热管的使用寿命，减少锅炉运行存在的安全隐患。
一种省煤器换热管磨损的监控方法，所述监控方法包括：
建立省煤器内的换热管三维模型；
计算换热管受热面上各点的磨损速率；
根据所述磨损速率，计算所述换热管受热面上各点的磨损厚度；
根据所述磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；
判断所述当前使用寿命是否小于设置的阈值；
若是，则系统报警，提示磨损严重区域。
可选的，所述建立省煤器内的换热管三维模型之前，还包括：设置边界条件及物性参数。
可选的，所述建立省煤器内的换热管三维模型，具体包括：
采用近似处理方法，将换热管实物图转化成换热管三维空间图；
根据所述换热管三维空间图、所述边界条件及所述物性参数，建立省煤器内的换热管三维模型。
可选的，所述换热管三维模型还包括：显示区域；所述显示区域，用于在所述换热管三维模型上实时显示所述磨损速率和所述磨损厚度。
可选的，所述计算换热管受热面上各点的磨损速率，具体包括：
采用磨损速率计算模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率；其中，所述磨损速率计算模型为：
式(1)中，Rerosion为磨损速率，单位为kg/(m2·s)；
Nparticles为颗粒个数；
p为颗粒particles；
为颗粒的质量流量，单位为kg/s；
C(dp)为颗粒直径的函数；
dp为颗粒粒径，单位为μm；
f(α)为颗粒碰撞角度的函数；
α为颗粒和壁面的撞击角度，单位为度；
v为颗粒相对气体的速度，单位为m/s；
b(v)为颗粒相对速度的函数；
Af为颗粒在壁面上的投影面积，单位为mm2。
本发明还提供一种省煤器换热管磨损的监控系统，所述监控系统包括：
换热管三维模型建立模块，用于建立省煤器内的换热管三维模型；
磨损速率计算模块，用于计算换热管受热面上各点的磨损速率；
磨损厚度计算模块，根据所述磨损速率，计算所述换热管受热面上各点的磨损厚度；
当前使用寿命计算模块，用于根据所述磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；
判断模块，用于判断所述当前使用寿命是否小于设置的阈值；
第一结果输出模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，系统报警，提示磨损严重区域。
可选的，在所述换热管三维模型建立模块之前，还包括：设置模块；所述设置模块，用于设置边界条件及物性参数。
可选的，所述换热管三维模型建立模块，具体包括：
转化单元，用于采用近似处理方法，将换热管实物图转化成换热管三维空间图；
换热管三维模型建立单元，用于根据所述换热管三维空间图、所述边界条件及所述物性参数，建立省煤器内的换热管三维模型。
可选的，所述换热管三维模型建立模块还包括：显示单元；所述显示单元，用于在所述换热管三维模型上实时显示所述磨损速率和所述磨损厚度。
可选的，所述磨损速率计算模块，具体包括：
磨损速率计算单元，用于采用磨损速率计算模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率；其中，所述磨损速率计算模型为：
式(1)中，Rerosion为磨损速率，单位为kg/(m2·s)；
Nparticles为颗粒个数；
p为颗粒particles；
为颗粒的质量流量，单位为kg/s；
C(dp)为颗粒直径的函数；
dp为颗粒粒径，单位为μm；
f(α)为颗粒碰撞角度的函数；
α为颗粒和壁面的撞击角度，单位为度；
v为颗粒相对气体的速度，单位为m/s；
b(v)为颗粒相对速度的函数；
Af为颗粒在壁面上的投影面积，单位为mm2。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过建立省煤器内的换热管三维模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率和磨损厚度，并在该换热管三维模型上实时显示磨损速率和磨损厚度；通过磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；并判断当前使用寿命是否小于设置的阈值；若小于，则系统报警，提示工作人员磨损严重区域，避免一直磨损换热管同一片区域，提高换热管的使用寿命，同时也能够方便快捷地对换热管磨损进行实时监控，减少锅炉运行存在的安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例监控方法的流程示意图；
图2本发明实施例矩形鳍片管磨损的监测方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的矩形鳍片管结构以及气体来流方向示意图；
图4为本发明实施例中矩形鳍片管磨损速率分布图；
图5为本发明实施例的矩形鳍片管磨损监控图；
图6为本发明实施例监控系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种省煤器换热管磨损的监控方法及系统，该方法和系统能够提高换热管的使用寿命，减少锅炉运行存在的安全隐患。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例监控方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的监控方法具体包括以下步骤：
步骤101：建立省煤器内的换热管三维模型；
其中，步骤101中建立省煤器内的换热管三维模型，具体包括：
设置边界条件及物性参数；
采用近似处理方法，将换热管实物图转化成换热管三维空间；
根据所述换热管三维空间图、所述边界条件及所述物性参数，建立省煤器内的换热管三维模型；
另外，换热管三维模型还包括：显示区域；所述显示区域，用于在所述换热管三维模型上实时显示所述磨损速率和所述磨损厚度。
步骤102：计算换热管受热面上各点的磨损速率；
其中，步骤102中计算换热管受热面上各点的磨损速率，具体包括：
采用磨损速率计算模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率；其中，磨损速率计算模型为：
式(1)中，Rerosion为磨损速率，单位为kg/(m2·s)；
Nparticles为颗粒个数；
p为颗粒particles；
为颗粒的质量流量，单位为kg/s；
C(dp)为颗粒直径的函数；本发明实施例中选用定值1.3×10-5；
dp为颗粒粒径，单位为μm；
f(α)为颗粒碰撞角度的函数；本发明实施例中采用五点值，详细见表1；
α为颗粒和壁面的撞击角度，单位为度；
v为颗粒相对气体的速度，单位为m/s；
b(v)为颗粒相对速度的函数；本发明实施例中选用定值2.6；
Af为颗粒在壁面上的投影面积，单位为mm2。
其中，C(dp)、f(α)、b(v)由换热管壁面的边界条件定义，和材料物性无关。C(dp)、b(v)均采用无量纲多项式(polynomial)的表达式：f(α)采用与碰撞角度相关的五点逐段线性(piecewise-linear)表达：
其中，式(3)中的n的取值范围为1≤n≤N。
表1碰撞角度与碰撞角度函数关系表
步骤103：根据所述磨损速率，计算所述换热管受热面上各点的磨损厚度；
步骤104：根据所述磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；
步骤105：判断所述当前使用寿命是否小于设置的阈值；
步骤106：若是，则系统报警，提示磨损严重区域；
步骤107：若否，则系统继续运行。
通过上述监控方法，技术人员可以在不需要系统停止机组运行的情况下，实时监测换热管的磨损情况，避免一直磨损换热管同一片区域，提高换热管的使用寿命；同时预测换热管的使用寿命，及时更换换热管，有效预防因换热管磨损引发的一系列安全事故的发生。采用本发明实施例提供的方法实现实时监控，既节约了监控成本，又保障了安全运行。
图2本发明实施例矩形鳍片管磨损的监测方法的流程示意图，如图2所示，本实施例是以300MW亚临界压力燃煤机组的额定工作情况作为参考标准，根据实际运行工况，进行实时监测，本实施例提供的矩形鳍片管磨损的监测方法具体包括以下步骤：
步骤201：建立矩形鳍片管三维模型；
其中，建立矩形鳍片管三维模型，具体包括：
第一步：采用近似处理方法，将矩形鳍片管实物图转化成换热管三维空间。图3为本发明实施例的矩形鳍片管结构以及气体来流方向示意图，，如图3所示，包括：翅片301，基管302；鳍片高度303，鳍片节距304，以及鳍片厚度305。
第二步：设置边界条件；按照某电厂热回收器实际矩形鳍片管的结构参数选取，如图3所示，其矩形鳍片管的结构参数包括：基管302的外径尺寸d0为42mm，鳍片高度303为11mm，鳍片节距304为8mm，鳍片厚度305为2mm。
第三步：设置物性参数；调取当前时刻省煤器入口烟气流量、锅炉运行负荷、燃煤量、供风量等测量参数，转化为计算所需的边界与物性条件，即换热管外部烟气的流速及流动方向，烟气的密度及换热管的性质等。如图3所示，烟气来流方向为x轴负方向，来流速度为6m/s。烟气中灰分颗粒相平均直径为13μm，质量流量为2.16×10-4kg/s；鳍片管的管材为耐磨损的ND钢。
步骤202：采用计算流体力学，选择合适的磨损速率计算模型，计算换热管受热面上各点磨损速率；
其中，磨损速率计算模型为：
式(1)中，Rerosion为磨损速率，单位为kg/(m2·s)；
Nparticles为颗粒个数；
p为颗粒particles；
为颗粒的质量流量，为2.16×10-4kg/s；
C(dp)为颗粒直径的函数；本发明实施例中选用定值1.3×10-5；
dp为颗粒粒径，为13μm；
f(α)为颗粒碰撞角度的函数；本发明实施例中采用五点值，详细见表1；
α为颗粒和壁面的撞击角度，单位为度；
v为颗粒相对气体的速度，为6m/s；
b(v)为颗粒相对速度的函数；本发明实施例中选用定值2.6；
Af为颗粒在壁面上的投影面积，单位为mm2。
图4为本发明实施例中矩形鳍片管磨损速率分布图，如图4所示，可以看出在基管和翅片处的磨损速率，且相比于基管，鳍片的磨损速率较小。
步骤203：将磨损速率结合时间参数转换为磨损厚度，并在换热管三维模型上实时显示；
步骤204：应用当前磨损速率及磨损厚度，根据换热管厚度，预测其使用寿命，进行实时显示；
步骤205：判断使用寿命是否小于系统阈值；
步骤206：若是，则系统报警，提示磨损严重区域；
步骤207：若否，则系统继续运行。
图5为本发明实施例的矩形鳍片管磨损监控图，如图5所示，因为相比于基管，鳍片的磨损速率较小，因此本实施例主要是针对基管的磨损的监视，如图5所示，主要显示基管磨损的情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过构建换热管的几何模型，设置相应的边界条件及物性参数，选择合适的计算方法，计算出磨损速率分布，以磨损厚度的形式进行实时呈现，并根据磨损速率及磨损厚度，预测换热管使用寿命。当换热管磨损到一定厚度时，系统会发出警报，提示磨损严重区域。该方法既节省监控成本，能够方便快捷地对换热管磨损进行实时监控，又能提高换热管的使用寿命，减少锅炉运行过程存在的安全隐患。
为达到上述目的，本发明还提供了一种监控系统，图6为本发明实施例监控系统的结构示意图，如图6所示，所述系统包括：
换热管三维模型建立模块601，用于建立省煤器内的换热管三维模型；
换热管三维模型建立模块601，具体包括：
设置单元，用于设置边界条件及物性参数。
转化单元，用于采用近似处理方法，将换热管实物图转化成换热管三维空间图；
换热管三维模型建立单元，用于根据所述换热管三维空间图、所述边界条件及所述物性参数，建立省煤器内的换热管三维模型。
另外，换热管三维模型建立模块601，还包括：显示单元；所述显示单元，用于在所述换热管三维模型上实时显示所述磨损速率和所述磨损厚度。
磨损速率计算模块602，用于计算换热管受热面上各点的磨损速率；
其中，磨损速率计算模块602，具体包括：
磨损速率计算单元，用于采用磨损速率计算模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率；其中，所述磨损速率计算模型为：
式(1)中，Rerosion为磨损速率，单位为kg/(m2·s)；
Nparticles为颗粒个数；
p为颗粒particles；
为颗粒的质量流量，单位为kg/s；
C(dp)为颗粒直径的函数；
dp为颗粒粒径，单位为μm；
f(α)为颗粒碰撞角度的函数；
α为颗粒和壁面的撞击角度，单位为度；
v为颗粒相对气体的速度，单位为m/s；
b(v)为颗粒相对速度的函数；
Af为颗粒在壁面上的投影面积，单位为mm2。
磨损厚度计算模块603，根据所述磨损速率，计算所述换热管受热面上各点的磨损厚度；
当前使用寿命计算模块604，用于根据所述磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；
判断模块605，用于判断所述当前使用寿命是否小于设置的阈值；
第一结果输出模块606，用于当所述判断模块的判断结果为是时，系统报警，提示磨损严重区域。
本发明实施例通过建立省煤器内的换热管三维模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率和磨损厚度，并在该换热管三维模型实时显示磨损速率和磨损厚度；通过磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；若当前使用寿命小于设置的阈值，则系统报警，提示工作人员磨损严重区域，避免一直磨损换热管同一片区域，提高换热管的使用寿命，减少锅炉运行存在的安全隐患。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种省煤器换热管磨损的监控方法，其特征在于，所述监控方法包括：
建立省煤器内的换热管三维模型；
计算换热管受热面上各点的磨损速率；
根据所述磨损速率，计算所述换热管受热面上各点的磨损厚度；
根据所述磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；
判断所述当前使用寿命是否小于设置的阈值；
若是，则系统报警，提示磨损严重区域。
2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述建立省煤器内的换热管三维模型之前，还包括：设置边界条件及物性参数。
3.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，所述建立省煤器内的换热管三维模型，具体包括：
采用近似处理方法，将换热管实物图转化成换热管三维空间图；
根据所述换热管三维空间图、所述边界条件及所述物性参数，建立省煤器内的换热管三维模型。
4.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述换热管三维模型还包括：显示区域；所述显示区域，用于在所述换热管三维模型上实时显示所述磨损速率和所述磨损厚度。
5.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述计算换热管受热面上各点的磨损速率，具体包括：
采用磨损速率计算模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率；其中，所述磨损速率计算模型为：
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式(1)中，Rerosion为磨损速率，单位为kg/(m2·s)；
Nparticles为颗粒个数；
p为颗粒particles；
为颗粒的质量流量，单位为kg/s；
C(dp)为颗粒直径的函数；
dp为颗粒粒径，单位为μm；
f(α)为颗粒碰撞角度的函数；
α为颗粒和壁面的撞击角度，单位为度；
v为颗粒相对气体的速度，单位为m/s；
b(v)为颗粒相对速度的函数；
Af为颗粒在壁面上的投影面积，单位为mm2。
6.一种省煤器换热管磨损的监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：
换热管三维模型建立模块，用于建立省煤器内的换热管三维模型；
磨损速率计算模块，用于计算换热管受热面上各点的磨损速率；
磨损厚度计算模块，根据所述磨损速率，计算所述换热管受热面上各点的磨损厚度；
当前使用寿命计算模块，用于根据所述磨损厚度，计算换热管的当前使用寿命；
判断模块，用于判断所述当前使用寿命是否小于设置的阈值；
第一结果输出模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，系统报警，提示磨损严重区域。
7.根据权利要求6所述的监控系统，其特征在于，在所述换热管三维模型建立模块之前，还包括：设置模块；所述设置模块，用于设置边界条件及物性参数。
8.根据权利要求7所述的监控系统，其特征在于，所述换热管三维模型建立模块，具体包括：
转化单元，用于采用近似处理方法，将换热管实物图转化成换热管三维空间图；
换热管三维模型建立单元，用于根据所述换热管三维空间图、所述边界条件及所述物性参数，建立省煤器内的换热管三维模型。
9.根据权利要求6所述的监控系统，其特征在于，所述换热管三维模型建立模块还包括：显示单元；所述显示单元，用于在所述换热管三维模型上实时显示所述磨损速率和所述磨损厚度。
10.根据权利要求6所述的监控系统，其特征在于，所述磨损速率计算模块，具体包括：
磨损速率计算单元，用于采用磨损速率计算模型，计算换热管受热面上各点的磨损速率；其中，所述磨损速率计算模型为：
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式(1)中，Rerosion为磨损速率，单位为kg/(m2·s)；
Nparticles为颗粒个数；
p为颗粒particles；
为颗粒的质量流量，单位为kg/s；
C(dp)为颗粒直径的函数；
dp为颗粒粒径，单位为μm；
f(α)为颗粒碰撞角度的函数；
α为颗粒和壁面的撞击角度，单位为度；
v为颗粒相对气体的速度，单位为m/s；
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710120447.6A CN107506288A (zh) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | 一种省煤器换热管磨损的监控方法及系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201710120447.6A CN107506288A (zh) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | 一种省煤器换热管磨损的监控方法及系统 |
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| CN107506288A true CN107506288A (zh) | 2017-12-22 |
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|---|---|
| CN (1) | CN107506288A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110849751A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-02-28 | 浙江工业大学 | 一种换热管冲击磨损实验装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101457268A (zh) * | 2009-01-07 | 2009-06-17 | 北京首钢自动化信息技术有限公司 | 高炉炉缸炉底监测、预报、报警系统 |
| CN102156443A (zh) * | 2011-03-17 | 2011-08-17 | 浙江大学 | 一种等离子体裂解煤工艺过程的三维可视化数据监控方法 |
| CN106023318A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 广州特种承压设备检测研究院 | 基于图像三维重建的积灰结渣在线监测方法及系统 |
-
2017
- 2017-03-02 CN CN201710120447.6A patent/CN107506288A/zh active Pending
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