CN109737898A - 一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，包括水冷壁壁厚监测系统、烟气取样及预处理系统、烟气分析系统及数据处理系统，水冷壁壁厚监测系统可利用超声波脉冲在介质中的传播特性精确测量水冷壁厚度；烟气采样及预处理系统使各测点烟气经过除尘脱水处理后进入混气管道，然后通往后续烟气分析系统；烟气分析系统可测量所抽入烟气中的O₂、CO、SO₂、H₂S等气氛浓度；数据处理系统可结合壁厚变化及烟气成分分析数据计算并预测水冷壁高温腐蚀程度和变化趋势。本系统结构合理，运行稳定，可以准确及时地监测水冷壁高温腐蚀的情况及趋势，保障锅炉受热面的安全，应用成本低，具有可推广性。

Description

一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统

技术领域

本发明属于电站锅炉高温腐蚀监测领域，具体涉及一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统。

背景技术

电站锅炉水冷壁的高温腐蚀是指水冷壁管道在烟气侧的高温烟气环境且管壁温度较高的条件下发生的腐蚀现象，研究表明，水冷壁附近存在的还原性气氛是导致高温腐蚀现象的主要原因，然而由于低NO_X分级燃烧技术的普遍应用，大型电站锅炉主燃烧区域往往处于贫氧状态并且其水冷壁温较高，往往导致严重的高温腐蚀，现有的技术往往不能及时准确的监测水冷壁管道高温腐蚀的情况，因此研究新型水冷壁高温腐蚀防护及监测技术具有十分重要的意义。

授权公告号为CN101446417B的专利文件公布了一种在线监测锅炉水冷壁高温腐蚀的装置和方法，该装置由烟气采样管、烟气分析仪、工控机、高温热电偶、显示器组成，所述装置通过在膜式水冷壁壁面管间连接板上开孔，在沿炉膛高度方向上，布置1－5层测点，通过烟气采样管抽取烟气，经烟气分析仪测得烟气中CO、O₂和SO₂三种气体浓度，并结合高温热电偶测得水冷壁壁面的壁温，把测得数据传输到工控机，同时，工控机接收电厂MIS系统Oracle数据库中一次风速、二次风速及风粉浓度数据，利用改进的模糊层次分析法进行分析处理，计算出当前高温腐蚀影响因素的权重大小，并根据权重大小进行实时排序，结果在显示器画面上显示，同时给出相应诊断意见，并要求运行人员及时调整；上述装置并未对抽取的烟气进行除尘脱水处理，影响后续烟气分析仪测试的准确性，并且烟气中的未燃尽的煤粉颗粒沉积于管路中会影响系统的稳定性，此外，该方法只能大概估计而不能得到水冷壁准确的壁厚减薄及高温腐蚀程度。

授权公告号为CN101398370B的专利文件公布了一种锅炉水冷壁高温腐蚀在线监测系统，包括采样系统和采样控制与处理系统，所述采样系统包括烟气采样探管，在烟气采样探管之后接设置有温控装置的烟气采样探头保温盒，在探头保温盒之后连接有电伴热管、快速冷却器，之后分为两个支路，其中一路为烟气旁路，另一路依次连接样气隔断电磁阀、样气采样泵、标定/采样三通电磁阀、0.1μm 陶瓷过滤器、样气调节针阀及流量计和烟气分析仪表；所述采样控制与处理系统包括：可控制采样系统运行的PLC ；与烟气分析仪表通过数据线相接的数据采集器；与数据采集器通过数据线相连接的工控机，上述系统部件管路众多，系统复杂，运行稳定性不佳，此外，该发明提供的高温腐蚀速率计算模型仅考虑CO质量分数一个参数，只能大概估计而不能得到水冷壁准确的壁厚减薄及高温腐蚀程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水冷壁壁厚及高温腐蚀程度在线监测系统，从而解决锅炉水冷壁高温腐蚀程度监测准确性低，可靠性及系统稳定性差的难题。

本发明采用以下技术方案：

一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，包括水冷壁壁厚监测系统、烟气取样及预处理系统、烟气分析系统及数据处理系统；

所述的水冷壁壁厚监测系统包括：设置在水冷壁外侧的超声波高温探头装置，水冷壁内侧为具有高温烟气通过的炉膛，超声波高温探头装置之后依次连接有信号传输及通道切换装置和数字信号激励接收装置，所述的信号传输及通道切换装置可传输超声波高温探头装置与数字信号激励接收装置间的电信号，并根据需要切换超声波高温探头装置与数字信号激励接收装置的连接，所述的数字信号激励接收装置可提供激励信号及接收测厚回波信号，所述超声波高温探头装置可通过信号传输及通道切换装置，将数字信号激励接收装置提供的激励信号转换为超声波信号，然后接收反射回的超声波信号，并将其转换为激励信号，即测厚回波信号，返回到数字信号激励接收装置，成为测厚回波信号最终进入数据处理系统；

所述烟气采样及预处理系统包括：安装在水冷壁内侧的烟气取样枪，所述烟气取样枪能穿过水冷壁抽取炉膛内烟气，烟气取样枪后依次连接有旋风除尘装置、冷凝装置及过滤装置，过滤装置后连接有混气管道，旋风除尘装置用于对烟气除尘，冷凝装置用于对烟气除水，过滤装置用于对烟气过滤，烟气可通过除尘、除水及过滤处理后进入混气管道，然后通往烟气分析系统；

所述烟气分析系统包括：烟气分析仪，所述的烟气分析仪连接在混气管道之后，所述烟气分析仪可测量混气管道的烟气中的O₂、CO、SO₂和H₂S的气氛浓度，烟气分析仪后连接排放管路，烟气可通过排放管路排出；

所述数据处理系统包括：数据采集器以及与机组DCS相连接的工控机，DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），数据采集器与工控机连接，数据采集器还与数字信号激励接收装置以及烟气分析仪连接，并接收数字信号激励接收装置发来的测厚回波信号和烟气分析仪发来的烟气成分分析数据，所述的数据采集器能将接收信息传递至工控机，所述工控机可结合测厚回波信号及烟气成分分析数据计算并预测水冷壁高温腐蚀程度和变化趋势。

进一步的，所述混气管道与旋风除尘装置之间设置有反吹旁路管道，所述反吹旁路管道通过入口三通球阀与混气管道和过滤装置分别管道连接，通过出口三通球阀与旋风除尘装置和冷凝装置分别管道连接。

进一步的，所述反吹旁路管道的入口三通球阀与过滤装置之间设置有抽气泵，以提供负压使烟气取样枪将水冷壁附近的烟气抽入烟气取样及预处理系统。

进一步的，所述冷凝装置下方设置有蠕动排水泵，用于将烟气中冷凝的水蒸气排出。

进一步的，所述烟气取样枪与旋风除尘装置之间的连接管道外套有伴热管。

进一步的，所述混气管道一端通过进口阀与压缩空气源相连通，另一端通过出口阀与烟气分析仪相连。

进一步的，所述一个超声波高温探头与一个烟气取样枪构成一个独立取样单元，超声波高温探头与烟气取样枪之间的位置间距为0.5~1m。

进一步的，所述取样单元设置在水冷壁易发生高温腐蚀的矩形区域。

进一步的，所述取样单元之间呈顺排或错排布置，相邻取样单元间距为3~5m。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过同时测量水冷壁壁厚及水冷壁附近烟气中O₂、CO、SO₂、H₂S四种气体的浓度，结合机组DCS系统中的相关数据，可以实现在线地定量地监测水冷壁壁厚及高温腐蚀程度的变化情况及趋势，为锅炉受热面安全评估提供可靠的依据；

（2）本发明所述系统设置了相关除尘脱水装置及反吹清洗系统，并且将一个超声波高温探头与一个烟气取样枪设置为一个独立取样单元，极大地提高了系统运行的可靠性与稳定性，此外，设置独立取样单元的做法可以减少烟气分析装置的布置，简化系统，缩减了推广应用成本。

附图说明：

图1为本发明中水冷壁壁厚及高温腐蚀程度在线监测系统结构示意图；

图2为本发明中锅炉水冷壁取样单元布置区域的示意图；

附图中的标号为：1、超声波高温探头装置；2、信号传输及通道切换装置；3、数字信号激励接收装置；4、烟气取样枪；5、旋风除尘装置；6、冷凝装置；7、过滤装置；8、混气管道；9、烟气分析仪；10、排放管路；11、数据采集器；12、工控机；13、反吹旁路管道；14、入口三通球阀；15、出口三通球阀；16、抽气泵；17、蠕动排水泵；18、伴热管；19、混气管道进口阀；20、混气管道出口阀。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

参照图1-2，一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，包括水冷壁壁厚监测系统、烟气取样及预处理系统、烟气分析系统及数据处理系统；所述的水冷壁壁厚监测系统包括：设置在水冷壁外侧的超声波高温探头装置1，水冷壁内侧为具有高温烟气通过的炉膛，超声波高温探头装置1之后依次连接有信号传输及通道切换装置2和数字信号激励接收装置3，所述的信号传输及通道切换装置2可传输超声波高温探头装置1与数字信号激励接收装置3间的电信号，并根据需要切换超声波高温探头装置1与数字信号激励接收装置3的连接，所述的数字信号激励接收装置3可提供激励信号及接收测厚回波信号，所述超声波高温探头装置1可通过信号传输及通道切换装置2，将数字信号激励接收装置3提供的激励信号转换为超声波信号，然后接收反射回的超声波信号，并将其转换为激励信号，即测厚回波信号，返回到数字信号激励接收装置3，最终进入数据处理系统；所述烟气采样及预处理系统包括：安装在水冷壁内侧的烟气取样枪4，所述烟气取样枪4能穿过水冷壁抽取炉膛内烟气，烟气取样枪4后依次连接有旋风除尘装置5、冷凝装置6及过滤装置7，过滤装置7后连接有混气管道8，旋风除尘装置5用于对烟气除尘，冷凝装置6用于对烟气除水，过滤装置7用于对烟气过滤，烟气可通过除尘、除水及过滤处理后进入混气管道8，然后通往烟气分析系统；所述烟气分析系统包括：烟气分析仪9，所述的烟气分析仪9连接在混气管道8之后，所述烟气分析仪9可测量混气管道8的烟气中的O₂、CO、SO₂和H₂S的气氛浓度，烟气分析仪9后连接排放管路10，烟气可通过排放管路10排出；所述数据处理系统包括：数据采集器11以及与机组DCS相连接的工控机12，数据采集器11与工控机12连接，数据采集器11还与数字信号激励接收装置3以及烟气分析仪9连接，并接收数字信号激励接收装置3发来的测厚回波信号和烟气分析仪9发来的烟气成分分析数据，所述的数据采集器11能将接收信息传递至工控机12，所述工控机12可结合测厚回波信号及烟气成分分析数据计算并预测水冷壁高温腐蚀程度和变化趋势；所述混气管道8与旋风除尘装置5之间设置有反吹旁路管道13，所述反吹旁路管道13通过入口三通球阀14与混气管道8和过滤装置7分别管道连接，通过出口三通球阀15与旋风除尘装置5和冷凝装置6分别管道连接；所述反吹旁路管道13的入口三通球阀14与过滤装置7之间设置有抽气泵16，以提供负压使烟气取样枪4将水冷壁附近的烟气抽入烟气取样及预处理系统；所述冷凝装置6下方设置有蠕动排水泵17，用于将烟气中冷凝的水蒸气排出；所述烟气取样枪4与旋风除尘装置5之间的连接管道外套有伴热管18；所述混气管道8一端通过混气管道进口阀19与压缩空气源相连通，另一端通过混气管道出口阀20与烟气分析仪9相连；所述一对超声波高温探头1与烟气取样枪4构成一个独立取样单元，超声波高温探头1与烟气取样枪4之间的位置间距为0.5~1m；所述取样单元设置在水冷壁易发生高温腐蚀的矩形区域；所述取样单元之间呈顺排或错排布置，相邻取样单元间距为3~5m。

本发明工作过程如下：

在系统在线监测状态下：在信号传输及通道切换装置2的传输作用下，数字信号激励接收装置3为超声波高温探头装置1提供激励信号，超声波高温探头装置1接收激励信号并将其转换为超声波信号传入水冷壁，同时接收反射回的超声波信号转换为激励信号，即测厚回波信号，反馈回数字信号激励接收装置3，随后进入数据处理系统，数据采集器11和工控机12利用超声波信号进入水冷壁和接收到反射信号的时间差来计算水冷壁壁厚变化情况。

旋转入口三通球阀14和出口三通球阀15，使反吹旁路管道13隔断，同时打开抽气泵16，使得水冷壁附近烟气依次通过烟气取样枪4、旋风除尘装置5、冷凝装置6、过滤装置7进行除尘、除水及过滤处理，脱除烟气中的水蒸气和未燃尽的煤粉颗粒，随后进入混气管道8，关闭混气管道进口阀19，打开混气管道出口阀20，烟气取样枪4和旋风除尘装置5之间设置伴热管18，保持伴热管18 内烟气温度为105至120℃左右，避免烟气冷凝堵住管路，经过除尘脱水处理后的洁净干燥烟气进入烟气分析仪9中，得到的烟气成分及浓度数据，经过数据采集器11进入工控机12中结合机组DCS数据和水冷壁壁厚数据计算后得到水冷壁高温腐蚀情况结果，最后烟气经过排放管路10排放至大气中。

在系统反吹清洗状态下，旋转入口三通球阀14和出口三通球阀15切换至反吹旁路管道13，打开混气管道进口阀19，关闭混气管道出口阀20，压缩空气源中的高压气体吹扫清除混气管道8、旋风除尘装置5及烟气取样枪4中的未燃尽煤粉颗粒吹入炉膛。

如图2所示，本系统对水冷壁易发生高温腐蚀的区域布置若干个烟气采样点进行监测，水冷壁壁厚监测系统借助信号传输及通道切换装置2可同时监测所有取样单元，烟气监测系统则通过控制入口三通球阀14在不同烟气采样点间进行切换，此举可以节省管路布置的空间与成本，减少烟气分析装置的布置，降低系统投入。

本发明通过同时测量水冷壁壁厚及水冷壁附近烟气中O₂、CO、SO₂、H₂S四种气体的浓度，结合机组DCS数据可以实现在线地定量地监测水冷壁壁厚及高温腐蚀程度的变化情况及趋势，为锅炉受热面安全评估提供可靠的依据。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，包括：水冷壁壁厚监测系统、烟气取样及预处理系统、烟气分析系统及数据处理系统；

所述的水冷壁壁厚监测系统包括：设置在水冷壁外侧的超声波高温探头装置（1），水冷壁内侧为具有高温烟气通过的炉膛，超声波高温探头装置（1）之后依次连接有信号传输及通道切换装置（2）和数字信号激励接收装置（3），所述的信号传输及通道切换装置（2）可传输超声波高温探头装置（1）与数字信号激励接收装置（3）间的电信号，并根据需要切换超声波高温探头装置（1）与数字信号激励接收装置（3）的连接，所述的数字信号激励接收装置（3）可提供激励信号及接收测厚回波信号，所述超声波高温探头装置（1）可通过信号传输及通道切换装置（2），将数字信号激励接收装置（3）提供的激励信号转换为超声波信号，然后接收反射回的超声波信号，并将其转换为激励信号，返回到数字信号激励接收装置（3），最终进入数据处理系统；

所述烟气采样及预处理系统包括：安装在水冷壁内侧的烟气取样枪（4），所述烟气取样枪（4）能穿过水冷壁抽取炉膛内烟气，烟气取样枪（4）后依次连接有旋风除尘装置（5）、冷凝装置（6）及过滤装置（7），过滤装置（7）后连接有混气管道（8），旋风除尘装置（5）用于对烟气除尘，冷凝装置（6）用于对烟气除水，过滤装置（7）用于对烟气过滤，烟气可通过除尘、除水及过滤处理后进入混气管道（8），然后通往烟气分析系统；

所述烟气分析系统包括：烟气分析仪（9），所述的烟气分析仪（9）连接在混气管道（8）之后，所述烟气分析仪（9）可测量混气管道（8）的烟气中的O₂、CO、SO₂和H₂S的气氛浓度，烟气分析仪（9）后连接排放管路（10），烟气可通过排放管路（10）排出；

所述数据处理系统包括：数据采集器（11）以及与机组DCS相连接的工控机（12），数据采集器（11）与工控机（12）连接，数据采集器（11）还与数字信号激励接收装置（3）以及烟气分析仪（9）连接，并接收数字信号激励接收装置（3）发来的测厚回波信号和烟气分析仪（9）发来的烟气成分分析数据，所述的数据采集器（11）能将接收信息传递至工控机（12），所述工控机（12）可结合测厚回波信号及烟气成分分析数据计算并预测水冷壁高温腐蚀程度和变化趋势。

2.根据权利要求1 所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述混气管道（8）与旋风除尘装置（5）之间设置有反吹旁路管道（13），所述反吹旁路管道（13）通过入口三通球阀（14）与混气管道（8）和过滤装置（7）分别管道连接，通过出口三通球阀（15）与旋风除尘装置（5）和冷凝装置（6）分别管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述反吹旁路管道（13）的入口三通球阀（14）与过滤装置（7）之间设置有抽气泵（16），以提供负压使烟气取样枪（4）将水冷壁附近的烟气抽入烟气取样及预处理系统。

4.根据权利要求1 所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述冷凝装置（6）下方设置有蠕动排水泵（17），用于将烟气中冷凝的水蒸气排出。

5.根据权利要求1 所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述烟气取样枪（4）与旋风除尘装置（5）之间的连接管道外套有伴热管（18）。

6.根据权利要求1 所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述混气管道（8）一端通过混气管道进口阀（19）与压缩空气源相连通，另一端通过混气管道出口阀（20）与烟气分析仪（9）相连。

7.根据权利要求1 所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述一个超声波高温探头（1）与一个烟气取样枪（4）构成一个独立取样单元，超声波高温探头（1）与烟气取样枪（4）之间的位置间距为0.5~1m。

8.根据权利要求7所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述取样单元设置在水冷壁易发生高温腐蚀的矩形区域。

9.根据权利要求8所述的一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，所述取样单元之间呈顺排或错排布置，相邻取样单元间距为3~5m。