CN110375872A - 一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，包括待测试片、热电偶、进气管和空心腔体等；该空心腔体的两端开口，一端通过密封法兰设置在锅炉的炉墙内，进气管设置在空心腔体内，一端开口，未开口的另一端通过密封法兰伸出至炉墙外，且进气管在炉墙外的部分上开设有进气口，密封法兰上开设有出气口；待测试片固定于密封陶瓷内，并设置在空心腔体的另一端开口处，待测试片的两端通过设置在进气管内的耐高温导线与设置在炉墙外的数字微欧计连接，热电偶的测试端安装并突出于密封陶瓷，另一端通过密封法兰密封固定并伸出至炉墙外。本发明成本低，测量方便、准确，有利于受热面的安全稳定运行，可降低机组因受热面腐蚀与氧化引起的非停。
Description
技术领域
本发明属于锅炉燃烧诊断领域，具体涉及一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，与锅炉安全运行密切相关，适用于实现锅炉运行过程中受热面腐蚀/氧化在线监测的目的。
背景技术
锅炉受热面(水冷壁、过热器、再热器和省煤器，又称锅炉“四管”)为锅炉中负责回收燃煤烟气能量、加热蒸汽、实现能量转化的关键部件。高参数电站锅炉“四管”的失效原因中，炉管外部因煤粉燃烧造成的烟气腐蚀与炉管内部高温蒸汽氧化占有重要地位，也是引起锅炉爆漏事故的本质原因之一。受热面的烟气腐蚀包括高温腐蚀和低温腐蚀。烟气中的硫与过/再热器管壁上的液态灰、氧化铁生成复合硫酸盐，在燃烧器附近区域存在较强的还原性气氛使硫能以原子状态单独存在，使过/再热器以及燃烧器附近区域的水冷壁发生高温腐蚀。省煤器表面给水温度较低，烟气中SO3水蒸气结合生成硫酸蒸汽，凝结在温度低于烟气露点的金属表面发生低温腐蚀。炉管内部蒸汽氧化后氧化层的隔热作用会引起金属超温，当氧化皮达到一定厚度而发生剥落时，剥落的腐烛产物堆积在管道弯头造成堵管，或者随蒸汽进入汽轮机冲蚀汽轮机通流部件，这两种情况都给机组的安全运行带来了严重的隐患。而火力发电厂机组的高蒸汽参数、高效率化发展，使得锅炉管服役工况更加复杂、苛刻。因此，在火力发电厂中，锅炉受热面高温腐蚀/氧化问题是长期困扰电厂的一个经济和技术问题，高温腐蚀/氧化使受热面管壁减薄，严重时会造成爆管，大大增加了电厂的临时性检修和大修的工作量，给电厂造成很大的经济损失，严重影响了锅炉运行的安全性、可靠性与经济性。
目前，针对锅炉腐蚀的检测技术，普遍采用通过定期割管，利用金相或者电镜技术判断腐蚀减薄量，该方法需要对锅炉进行切割取样，实验及换装费用较高，且不能连续监测。而现有的监测受热面高温腐蚀的方法通常是通过实时测量烟气中CO、O2、SO2等气体浓度，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进而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，同时给出相应诊断意见。这种监测受热面高温腐蚀的方法只能减缓腐蚀，而不能定量显示受热面因高温腐蚀厚度变化的大小，即不能监测腐蚀受热面腐蚀量的变化。Naing Naing Aung等人发明了一种高温电化学传感器用于测试燃煤锅炉腐蚀问题，涉及一种四电极系统，其中所需测试的试片为两工作电极，通过获得电化学噪声、阻抗以及动电位从而反应金属腐蚀速率，该方法通过实验室研究可行，在实际电站锅炉中，由于现场实际情况负责，信号采集过程中容易受到干扰，因此，具体应用到实际电厂中有待确定，并且只能间接反应腐蚀速率，并不能直接给出锅炉受热面的腐蚀减薄量。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于，针对电厂锅炉受热面高温烟气腐蚀/蒸汽氧化问题，提供了一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，以解决无法测量不同材质锅炉管的腐蚀减薄问题，可为锅炉燃烧优化及受热面服役性能评价提供依据。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，包括待测试片、密封陶瓷、热电偶、数字微欧计、耐高温导线、进气管、空心腔体和密封法兰；其中，
该空心腔体的两端开口，一端通过密封法兰设置在锅炉的炉墙内，进气管设置在空心腔体内，一端开口，未开口的另一端通过密封法兰伸出至炉墙外，且进气管在炉墙外的部分上开设有进气口，密封法兰上开设有出气口；待测试片固定于密封陶瓷内，并设置在空心腔体的另一端开口处，待测试片的两端通过设置在进气管内的耐高温导线与设置在炉墙外的数字微欧计连接，热电偶的测试端安装并突出于密封陶瓷，另一端通过密封法兰密封固定并伸出至炉墙外。
本发明进一步的改进在于，还包括温度控制模块，热电偶的输出端连接至温度控制模块的输入端，进气口与气源相连，通过温度控制模块自动控制进气温度与送气频率。
本发明进一步的改进在于，待测试片采用与待监测受热面合金相同材质的合金制成。
本发明进一步的改进在于，热电偶端点突出于密封陶瓷，测试温度为腐蚀气氛温度。
本发明进一步的改进在于，进气管用于通入空气或水蒸气。
本发明进一步的改进在于，耐高温导线连接待测试片的两端位置为中间位置。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明通过设置进气口、进气管、空心腔体和出气口，将气源定量注入进气口，通过进气管内到达待测试片表面，能够提供测试所需腐蚀气氛，并且通过在套管内设置测温热电偶来实时监测腐蚀气氛的温度，且待测试片为待监测受热面合金相同材质的合金。本发明能够简单有效的实现实时监测锅炉管烟气侧腐蚀情况，并可同时动态模拟合金蒸汽侧腐蚀环境，达到实时共同监测锅炉管烟气腐蚀与蒸汽氧化情况。本发明亦可实现锅炉其它受热面腐蚀情况，可通过改变进气气体种类，一方面提供腐蚀环境，一方面可结合温度控制模块控制金属试片内表面温度。另外，可根据待测试片电阻值计算得到待监测金属厚度的变化，从而得出受热面腐蚀情况，可直接给出锅炉受热面的腐蚀减薄量。本发明成本低，测量方便、准确，有利于受热面的安全稳定运行，可降低机组因受热面腐蚀与氧化引起的非停。
进一步的，本发明可通过进气口注入高温蒸汽，形成介质流动回路，实现试片内表面水蒸气的动态循环，能够真实模拟锅炉运行条件，有效节约成本。
进一步的，通过设置热电偶，能够实时监测外表面烟气侧温度，并通过温度控制模块进而达到动态控制调节试片内表面蒸汽温度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是热电偶安装截面图。
附图标记说明：1、待测试片；2、密封陶瓷；3、热电偶；4、数字微欧计；5、耐高温导线；6、进气管；7、空心腔体；8、密封法兰；9、温度控制模块；10、进气口；11、出气口；12、炉墙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明提供的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，包括待测试片1、密封陶瓷2、热电偶3、数字微欧计4、耐高温导线5、进气管6、空心腔体7、密封法兰8和温度控制模块9；其中，该空心腔体7的两端开口，一端通过密封法兰8设置在锅炉的炉墙12内，进气管6设置在空心腔体7内，一端开口，未开口的另一端通过密封法兰8伸出至炉墙12外，且进气管6在炉墙12外的部分上开设有进气口10，密封法兰8上开设有出气口11；待测试片1固定于密封陶瓷2内，并设置在空心腔体7的另一端开口处，待测试片1的两端通过设置在进气管6内的耐高温导线5与设置在炉墙12外的数字微欧计4连接，热电偶3的测试端安装并突出于密封陶瓷2，另一端通过密封法兰8密封固定并伸出至炉墙12外，热电偶3的输出端连接至温度控制模块9的输入端，进气口10与气源相连，通过温度控制模块9自动控制进气温度与送气频率。
气体通过进气管6上的进气口10到达待测试片1表面，提供测试所需温度及腐蚀气氛；空心腔体7与进气管6组成气体通路，并在空心腔体安装出气口11，出气口11与进气口10位于锅炉炉墙外侧，进气管6通气后经空心腔体7与进气管6之间流通，然后经过出气口11排出；热电偶3通过密封法兰8密封固定；热电偶3测试端安装并突出于密封陶瓷2，测试温度为腐蚀气氛温度实时监测烟气侧温度，并通过温度控制模块9可达到动态控制调节待测试片1内表面温度。
本发明的工作过程如下：
运行前的准备工作包括待测试片1安装、检查待测试片1与耐高温导线5的连接、排空系统、检查进(出)气口几个步骤。首先检查气源，确保气源充足、不漏气，然后对待测试片1进行安装。待测试片1安装指将试样固定在密封陶瓷2上并与耐高温导线5连接。排空系统指向空心腔体7内通入试验所需气源，排出其他流体。
工作状态：温度控制模块9将根据热电偶3反馈的温度值自动开启送气功能，并控制气体温度，气体通过进气口10进入进气管6内通过管路到达待测试片1表面，为待测试片1表面提供匹配锅炉同部位炉管的服役环境，再通过出气口11排出。所述气源可为压缩空气、水蒸气等。出气口11的水蒸气可冷凝、液化后循环利用。利用耐高温导线5将电阻信号输出至数字微欧计4。检测运行过程中，数字微欧计4的电阻值换算具体合金的减薄量，进而实时监测待测试锅炉受热面的减薄量。
实施例一
本发明提供的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，包括待测试片1、密封陶瓷2、热电偶3、数字微欧计4、耐高温导线5、进气管6、空心腔体7、密封法兰8和温度控制模块9；其中，待测试片1固定于密封陶瓷2内，空心腔体7上开有进气口10、出气口11，数字微欧计4通过耐高温导线5与待测试片1连接，并置于空心腔体7内部，密封法兰8进行封口。待测试片1采用与待监测受热面合金相同材质的合金制成，以锅炉水冷壁管12Cr1MoV材质为例。待测试片1两端分别通过耐高温导线5连接数字微欧计4，耐高温导线5连接待测试片1两端位置为中间位置。热电偶3及待测试片1通过密封陶瓷2安装密封。热电偶3端点突出于密封陶瓷2，测试温度为腐蚀气氛温度。耐高温导线5外安装进气管6，进气管6所通气源为压缩空气。进气管6通气后经空心腔体7与进气管6之间流通，然后经过出气口11排出。热电偶3通过密封法兰8安装固定在炉墙12。温度控制模块9用于根据热电偶3温度的变化自动加载压缩空气对待测试片1表面进行冷却，以匹配锅炉同部位炉管的服役温度，实现锅炉管烟气侧腐蚀检测。
实施例二
本发明提供的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，包括待测试片1、密封陶瓷2、热电偶3、数字微欧计4、耐高温导线5、进气管6、空心腔体7、密封法兰8和温度控制模块9；其中，待测试片1固定于密封陶瓷2内，空心腔体7上开有进气口10、出气口11，数字微欧计4通过耐高温导线5与待测试片1连接，并置于空心腔体7内部，密封法兰8进行封口。待测试片1采用与待监测受热面合金相同材质的合金制成，以某锅炉过热器、再热器管道Super304H材质为例。待测试片1两端分别通过耐高温导线5连接数字微欧计4，耐高温导线5连接待测试片1两端位置为中间位置。热电偶3及待测试片1通过密封陶瓷2安装密封。热电偶3端点突出于密封陶瓷2，测试温度为腐蚀气氛温度。耐高温导线5外安装进气管6，进气管6所通气源为高温蒸汽。进气管6通气后经空心腔体7与进气管6之间流通，然后经过出气口11排出。热电偶3通过密封法兰8安装固定在炉墙12。温度控制模块9用于根据热电偶温度的变化自动加载高温蒸汽对待测试片1表面进行调整，以匹配锅炉同部位炉管的服役温度，实现实时共同监测锅炉管烟气腐蚀与蒸汽氧化情况。
Claims (6)
1.一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，其特征在于，包括待测试片(1)、密封陶瓷(2)、热电偶(3)、数字微欧计(4)、耐高温导线(5)、进气管(6)、空心腔体(7)和密封法兰(8)；其中，
该空心腔体(7)的两端开口，一端通过密封法兰(8)设置在锅炉的炉墙(12)内，进气管(6)设置在空心腔体(7)内，一端开口，未开口的另一端通过密封法兰(8)伸出至炉墙(12)外，且进气管(6)在炉墙(12)外的部分上开设有进气口(10)，密封法兰(8)上开设有出气口(11)；待测试片(1)固定于密封陶瓷(2)内，并设置在空心腔体(7)的另一端开口处，待测试片(1)的两端通过设置在进气管(6)内的耐高温导线(5)与设置在炉墙(12)外的数字微欧计(4)连接，热电偶(3)的测试端安装并突出于密封陶瓷(2)，另一端通过密封法兰(8)密封固定并伸出至炉墙(12)外。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，其特征在于，还包括温度控制模块(9)，热电偶(3)的输出端连接至温度控制模块(9)的输入端，进气口(10)与气源相连，通过温度控制模块(9)自动控制进气温度与送气频率。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，其特征在于，待测试片(1)采用与待监测受热面合金相同材质的合金制成。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，其特征在于，热电偶(3)端点突出于密封陶瓷，测试温度为腐蚀气氛温度。
5.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，其特征在于，进气管(6)用于通入空气或水蒸气。
6.根据权利要求1所述的一种锅炉受热面腐蚀深度在线监测传感器，其特征在于，耐高温导线(5)连接待测试片(1)的两端位置为中间位置。
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2019
- 2019-08-20 CN CN201910769679.3A patent/CN110375872A/zh active Pending
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