CN108645571A - 用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置及方法，装置包括炉膛烟道、除尘器、引风机、烟囱、计算机、开孔测点、热电偶、湿度计、PLC系统；炉膛烟道内的受热面两侧开设有若干开孔测点，开孔测点中设置有保护套管；热电偶、湿度计分别设置在保护套管内，用于实时测量不同受热面的温度和湿度并通过电缆将测量值传入PLC系统中；PLC系统与计算机连接，PLC系统用于数据分析和处理，分析结果将以曲线形式展现在计算机上，若某点的湿度曲线趋势或某两点的湿度差值达到阈值，则发出泄露报警，确认好受热面位置后进行停炉检修。本发明可在较低的泄漏量时即发现并发出报警，并可发现泄漏面的初步位置。

Description

用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置及方法

技术领域

本发明属于安全与检测设备技术领域，涉及一种用于识别煤粉炉或循环硫化床锅炉发生微泄漏时报警的装置，尤其涉及一种煤粉炉或循环硫化床锅炉发生微泄漏(不大于5t/h)时自动识别并发出报警的装置，适用于所有以煤碳为燃料的锅炉。

技术背景

国内电站锅炉均不同程度存在四管泄漏的情况，严重影响到发电企业的安全稳定运行。锅炉发生泄漏后如不能及时发现并处理，不仅严重影响电厂的经济效益(停炉时间长导致电量损失增加、维修费用增加)，更增加了检修难度。

国内现有判断锅炉泄漏量的方法是：超声波检测或通过锅炉主给水和主蒸汽的差来间接确定，容易受到杂音、锅炉排污、吹灰等因素干扰，且低压段泄漏时表征不明显。因此锅炉泄漏量报警值实际在50t/h左右才可能触发。

因此，在锅炉微泄露量小于5t/h时能及时发现并报警是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用锅炉泄漏后产生的水蒸气为判断依据，依靠装设于烟道(除尘器前后，脱硫塔前)的湿度计及烟囱的湿度计进行湿度检测，从而判断锅炉受热面发生泄露的装置及方法。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置，其特征在于：包括炉膛烟道、除尘器、引风机、烟囱、计算机、开孔测点、热电偶、湿度计、PLC系统；

所述炉膛烟道上分别设置有除尘器、引风机，所述炉膛烟道尾端与所述烟囱连通；

所述炉膛烟道内的受热面两侧开设有若干开孔测点，所述开孔测点中设置有保护套管；所述热电偶、湿度计分别设置在所述保护套管内，用于实时测量不同受热面的温度和湿度并通过电缆将测量值传入PLC系统中；

所述PLC系统与所述计算机连接，所述PLC系统用于数据分析和处理，最终将湿度、温度值以曲线形式在计算机上显示。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的方法，其特征在于：热电偶和湿度计实时测量不同受热面的湿度和温度，并将测量值通过电缆传入PLC系统中进行数据分析，分析结果将以曲线形式展现在计算机上；若某点的湿度曲线趋势或某两点的湿度差值达到阈值，则发出泄露报警，确认好受热面位置后进行停炉检修。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明整体设备可在锅炉原有状态下进行安装，不改变管道走向和现有设备，兼容性强；

2、本发明采取湿度判据为主、温度判据为辅的方法判断煤粉炉是否存在泄漏，不同于传统的检测方法只能检测巨大泄漏情况的缺陷，本发明可在有较小泄漏量时就做出准确判断，减少了经济损失；

3、本发明在锅炉炉膛烟道内的受热面上开孔作为测试点，根据每个测点的湿度变化、相邻测点的湿度差值、最上和最下方测点的湿度差值作为是否发生泄漏的判据，因此在发生泄漏时，还可定位到发生泄漏的受热面，这为停炉检修节省了时间和成本；

4、本发明专利将湿度、温度曲线显示在计算机上，实时性高、准确性强，数据具有回溯功能，便于日后进行历史数据分析、更新数据库等。

附图说明

图1为整体检测装置图；

图2为湿度计、热电偶安装图；

图3为控制系统示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1、2和图3，本发明提供的一种用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置，包括炉膛烟道1、除尘器2、引风机3、烟囱4、挡尘设备5、计算机6、开孔测点7、电缆8、受热面9、热电偶14、湿度计15、PLC系统16。在炉膛烟道1内的受热面9两侧选择测点并开孔，开孔测点7分布在受热面9的两侧，采取蛇形布置，在开孔测点7中插入保护套管10，插入深度为1-2米，保护套管10中分别插入热电偶14和湿度计15，即可实时测量不同受热面的湿度和温度并通过电缆将测量值传入PLC系统16中。热电偶14和湿度计15共用一个保护套管10，保护套管10旁加隔板11和保温层12，并加平法兰13密封，对于煤灰较为严重的受热面9可将烟气抽出，在热电偶14和湿度计15探头前安装迷宫梳齿型挡尘设备5；抽出的气体首先经过迷宫梳齿型挡尘设备5梳灰，煤灰倒入炉膛烟道1，干净的气体即可作为热电偶14、湿度计15的测试对象，测试值将通过电缆8传入PLC系统16，该气体最终排回炉膛烟道1内。烟气经过除尘器2和引风机3进入烟囱，最终排出大气。PLC系统16进行数据分析和处理，最终将湿度、温度值以曲线形式在计算机6显示。

本发明提供的一种用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的方法，热电偶14和湿度计15实时测量不同受热面9的湿度和温度，并将测量值通过电缆8传入PLC系统16中进行数据分析，分析结果将以曲线形式展现在计算机6上；若某点的湿度曲线趋势或某两点的湿度差值达到阈值，则发出泄露报警，确认好受热面位置后进行停炉检修。

具体判断准则为：

(1)任意一点可以做湿度趋势曲线，任意两点可以做湿度差值曲线，任意一层可以做平均湿度曲线；

(2)任意一个测点湿度变化率突变25％时即发出报警，某层受热面可能泄漏；

(3)同侧任意上下相邻测点湿度差值增大值达到每标准立方米5克即报警(按100万标方烟气量计算，可根据实际烟气量设置)，某层受热面某侧可能泄漏；

(4)最上一层测点平均湿度与最下一层测点平均湿度差值增大值达到每标准立方米1.25克即报警，锅炉可能存在泄漏；

进入锅炉的燃料在一定时间内基本保持稳定，全水分变化值不大，燃烧产生的水蒸气量也基本保持稳定。锅炉内所有泄漏产生的水蒸气都必须通过烟道排出。一旦发生泄漏，烟气中的水蒸气含量将立即上升，此时依靠装设于烟道的热电偶14、湿度计15进行检测并将数据传输到PLC系统16中，在计算机6监视屏上显示，根据烟气湿度的曲线突变趋势及各受热面后与前的湿度差值变化发出报警，提醒运行人员进行持续观察。

以下对本发明的原理进行总结说明：

(1)锅炉内所有泄漏产生的水蒸气都必须通过烟道排出。

(2)进入锅炉的燃料在一定时间内基本保持稳定，全水分变化值不大，燃烧产生的水蒸气量也基本保持稳定。

(3)一旦发生泄漏，烟气中的水蒸气含量将立即上升，此时依靠装设于烟道的湿度仪进行检测并将数据传输到监视屏上，根据烟气湿度的曲线突变趋势发出报警，提醒运行人员进行持续观察。

(4)吹灰时此系统不起作用，或在吹灰蒸汽管道上加流量计，对检测结果进行修正。

(5)目前湿度计的检测区间在0℃—650℃，可以满足工作要求。

(6)以300MW循环硫化床锅炉为例，入炉煤200吨/小时、热值3000Kcal/Kgd、全水分10％的循环流化床典型燃料计算：

每千克煤燃烧需要空气量大约为：

1.05×(3000×4.1816/1000)+0.278＝13.45标准立方米；

每千克煤煤燃烧产生的实际烟气量大约为：

1.04×(3000×4.1816/4187)+0.77+1.0161×(1.3+0.5-1)×13.45＝14.82标准立方米；

所有燃料产生的烟气量为：

200×1000×14.82＝2964647标准立方米；

在锅炉不泄漏的情况下烟气中的水分为：

200×1000×1000×10％/2964647＝6.74克/标立方米；

假设锅炉泄漏量达到5吨/小时，烟气中水分增量为：

5×1000×1000/2964647＝1.69克/标立方米；

烟气中水分为：

1.69+6.74＝8.43克/标立方米；

变化率为：1.69/6.74＝25％，判断时依据明显。

以上是理论计算结果，实际循环流化床锅炉运行时，200吨/小时的燃料产生的烟气量是100万标准立方米左右。

根据以上计算方法得知不泄漏的情况下烟气中的水分为：

200×1000×1000×10％/1000000＝20克/标立方米；

假设锅炉泄漏量达到5吨/小时，烟气中水分增量为：

5×1000×1000/1000000＝5克/标立方米；

烟气中水分为：5+20＝25克/标立方米；

变化率为：5/20＝25％，判断时依据明显。

因采取差值法判断锅炉泄漏，故以上计算未计算空气中带入的水分，该水分进入锅炉时与排出时总量不变，不对测量结果产生影响，故只计算燃烧过程中增加的水分。

本发明的技术特点为：

(1)根据烟气温度选择分别选泽高温型(350～650度)，中温型(180～350度)，常温型(0～180度)的湿度计，湿度计需要改造为测量质量含量型；

(2)根据锅炉炉型，在烟道内满足温度计工作范围时可直接在受热面前后安装，在温度范围不满足的区域，可先将烟气温度降温后进行安装；

(3)因煤粉炉炉膛内有粉尘，会对湿度探头造成磨损，因此需采用烟气抽出法，在探头前安装迷宫梳齿型挡尘设备，下侧开口通过管道接入炉膛进行疏灰；

(4)因煤粉炉烟气中含硫化物、氮氧化物成分，湿度计探头需采陶瓷型或其他耐腐蚀型；

(5)因煤粉炉为负压型(正压循环硫化床锅炉也适用)，因此需设烟气抽出管至除尘器入口处，确保烟气可正常抽出，湿度检测仪及检测仪前除尘设备需安装在管道上；

(6)受热面检测方法：各受热面前后装设湿度检测计(可根据检测需要及现场实际情况装设)，实时地将湿度信号通过电缆传送至PLC系统进行数据分析，并将结果以曲线形式通过HMI界面呈现给工作人员，工作人员可查看任意一个测点的湿度曲线和任意两点的湿度差值曲线。以湿度差值结合湿度趋势曲线的方法进行微泄漏触发报警，以点与点之间的湿度差值信号作为判断直接依据。因煤碳本身含有水分，煤炭燃烧也会产生水分(煤炭中的烷烃类物质燃烧后会产生水及二氧化碳)，炉膛内(含烟道部分)一直存在煤炭燃烧过程，水分始终在产生，考虑到燃料在某一时间段内基本保持稳定，负荷在某一时间段内也基本保持稳定，因此检测手段为单点湿度信号趋势变化(斜率或达到规定值，规定值的设置要高于助燃空气带入水分及煤炭燃烧产生水分之和，可在现场进行实验后设定)作为报警触发信号，点与点之间的湿度差值因在负荷一定、燃料一定的情况下燃烧过程基本稳定，故差值也相对稳定在一个范围之内，当发生泄漏后差值变大超出合理范围即确认为泄漏发生；

(7)为消除空气动力场不均匀及坏点对测量准确性的影响，每一层受热面前后都应装设至少两个点，分左右布置，由于所有烟气均经除尘器后排出，故除尘器后应多布置点位以扩大湿度信号捕捉概率，同时此处无粉尘磨损，可采取插入探头的方式直接测量，不需抽出。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置，其特征在于：包括炉膛烟道(1)、除尘器(2)、引风机(3)、烟囱(4)、计算机(6)、开孔测点(7)、热电偶(14)、湿度计(15)、PLC系统(16)；

所述炉膛烟道(1)上分别设置有除尘器(2)、引风机(3)，所述炉膛烟道(1)尾端与所述烟囱(4)连通；

所述炉膛烟道(1)内的受热面(9)两侧开设有若干开孔测点(7)，所述开孔测点(7)中设置有保护套管(10)；所述热电偶(14)、湿度计(15)分别设置在所述保护套管(10)内，用于实时测量不同受热面的温度和湿度并通过电缆(8)将测量值传入PLC系统(16)中；

所述PLC系统(16)与所述计算机(6)连接，所述PLC系统(16)用于数据分析和处理，最终将湿度、温度值以曲线形式在计算机(6)上显示。

2.根据权利要求1所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置，其特征在于：所述开设在受热面(9)两侧的若干开孔测点(7)，采取蛇形布置。

3.根据权利要求1所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置，其特征在于：所述保护套管(10)插入在所述开孔测点(7)内，插入深度为1-2米，所述热电偶(14)、湿度计(15)共用一个所述保护套管(10)。

4.根据权利要求1所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置，其特征在于：所述保护套管(10)上设置有隔板(11)和保温层(12)；所述热电偶(14)、湿度计(15)与所述保护套管(10)之间设置有平法兰(13)密封。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的装置，其特征在于：对于煤灰较为严重的受热面(9)可将烟气抽出，在热电偶(14)和湿度计(15)探头前安装迷宫梳齿型挡尘设备(5)；抽出的气体首先经过所述迷宫梳齿型挡尘设备(5)梳灰，煤灰倒入所述炉膛烟道(1)，干净的气体即可作为所述热电偶(14)、湿度计(15)的测试对象，测试值将通过所述电缆(8)传入所述PLC系统(16)，该气体最终排回所述炉膛烟道(1)内。

6.一种用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的方法，其特征在于：热电偶(14)和湿度计(15)实时测量不同受热面(9)的湿度和温度，并将测量值通过电缆(8)传入PLC系统(16)中进行数据分析，分析结果将以曲线形式展现在计算机(6)上。

7.根据权利要求6所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的方法，其特征在于：若某点的湿度曲线斜率或某两点的湿度差值达到阈值，则发出泄露报警，确认好受热面位置后进行停炉检修。

8.根据权利要求6或7所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的方法，其特征在于：若任意一个测点湿度变化率突变25％时即发出报警，某层受热面可能泄漏。

9.根据权利要求6或7所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的方法，其特征在于：若同侧任意上下相邻测点湿度差值增大值达到每标准立方米5克即报警，某层受热面某侧可能泄漏。

10.根据权利要求6或7所述的用于识别煤粉炉或循环流化床锅炉微泄漏的方法，其特征在于：若最上一层测点平均湿度与最下一层测点平均湿度差值增大值达到每标准立方米1.25克即报警，锅炉可能存在泄漏。