CN110397937B - 一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统及设计方法，包括：炉墙保温系统；受热面温控系统；热电偶温度测量系统；红外热像仪测温系统；计算机系统；通过数据采集仪将热电偶测温单元测得的数据采集并记录，通过计算机系统得到炉墙保温系统的每层保温材料温度变化曲线及变化梯度，直观显示保温材料保温特性；红外热像仪在电动平移台的配合下采集保温结构表面“点‑线‑面”温度数据，形成温度云图；通过调节炉墙保温系统的每层保温材料的结构尺寸或材质，以满足保温结构表面温度均一化处理。本发明功能多样、简易快捷，针对垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构布置，可方便变化保温结构形式，提供最优化保温结构组合形式。
Description
技术领域
本发明涉及保温结构测量设计及锅炉热效率技术领域，更具体的说是涉及不同材质、厚度、表面发射率保温材料结构测量、设计优化及不同设计结构组合对垃圾焚烧锅炉炉墙表面温度影响。
背景技术
垃圾焚烧锅炉作为垃圾处理设备，对节约能源、保护环境具有重要意义。垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构设计优化对抑制炉墙腐蚀、降低锅炉散热损失及提高锅炉热效率具有重要作用。锅炉散热损失是锅炉性能考核的重要组成部分，保温结构设计合理程度影响锅炉热效率水平。锅炉散热损失受到炉墙保温结构材质、厚度、表面温度、环境温度及空气流速等因素影响。
但是，目前垃圾焚烧锅炉普遍存在采用单一保温材料或者多层保温结构设计不合理等问题。建立炉墙保温结构测量系统，针对不同保温材料组合，优化保温结构设计，在降低散热损失基础上，达到最佳经济性和实用性，对垃圾焚烧锅炉应用具有重要意义。
因此，如何提供一种优化保温结构设计、经济性和实用性强的垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统及设计方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，能够有效优化保温结构设计、且经济性和实用性强。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，包括：
炉墙保温系统：由耐火砖、保温砖、空气夹层、保温层及红砖层按照任意组合组成；
受热面温控系统：用于对所述炉墙保温系统进行加热；
热电偶温度测量系统：包括多个热电偶测温单元，所述热电偶测温单元分别用于测量所述耐火砖、所述保温砖、所述保温层及所述红砖层的表面温度，并传递至数据采集仪；
红外热像仪测温系统：包括红外热像仪和电动平移台；所述红外热像仪固定在所述电动平移台上；所述电动平移台在所述空气夹层内的任意方向移动；
计算机系统：所述计算机系统分别与所述数据采集仪和所述红外热像仪电性连接。
通过上述技术方案，本发明的功能多样、简易快捷，针对垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构布置，可方便变化保温结构形式，提供最优化保温结构组合形式；可通过更改环境变量及受热面条件，提供炉墙散热损失曲线；可实现保温材料表面发射率测量。
需要说明的是，炉墙保温系统的结构搭配原则为：必须存在耐火砖。保温砖、空气夹层和保温层可根据设计要求进行尺寸变化，空气夹层只在保温砖与保温层同时存在时采用。设计要求保证红砖层外表面温度不高于50℃。
需要说明的是，数据采集仪采用的类型为：Agilent 34972A，相应的计算机系统采用AgilentBenchLink DataLogger软件进行数据的配套采集；红外热像仪采用的类型为Model FLIRX-A 300，相应的计算机系统采用FLIR Tools软件进行数据的配套采集。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统中，所述炉墙保温系统的具体结构为：所述保温层为一端开口的筒状结构；所述保温砖内嵌固定在所述保温层的开口端，且所述保温层和所述保温砖之间形成所述空气夹层；所述耐火砖贴合固定在所述保温砖外侧，且与所述保温层的开口端平齐；所述红砖层贴合固定在所述保温层的封口端的外侧。可根据实际需求对保温结构进行简化，也可对保温结构尺寸、材质进行更换，操作简单，设计便捷。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统中，所述受热面温控系统与所述耐火砖贴合。能够起到良好的加热效果。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统中，所述受热面温控系统包括钢管、加热碳棒和加热电源；四根所述钢管同轴拼接组成；所述加热碳棒设置于所述钢管内；所述加热电源与所述加热碳棒电性连接。形成光管式受热面，加热效果好。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统中，所述受热面温控系统包括钢管、鳍片、加热碳棒和加热电源；四根所述钢管同轴拼接组成；三组所述鳍片与所述钢管拼接组装；所述加热碳棒设置于所述钢管内；所述加热电源与所述加热碳棒电性连接。形成膜壁式受热面，加热效果好、散热能力强。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统中，所述耐火砖结构采用碳化硅材质；所述保温砖结构采用轻质保温材料；所述保温层结构采用硅酸铝保温材料。耐火砖结构采用碳化硅材质，尺寸厚度L1，导热系数K>1.0W/(m K)；保温砖结构采用轻质保温材料，尺寸厚度L2，导热系数0.2<K<0.4W/(m K)；空气夹层尺寸厚度L3；保温层结构采用硅酸铝保温材料，尺寸厚度L4；尺寸厚度L1、L2、L3、L4随设计要求改变。
本发明提供了一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法，具体包括以下步骤：
S1、根据不同垃圾焚烧锅炉燃烧特点，将所述受热面温控系统加热至锅炉运行中受热面典型外壁温度；
S2、通过所述数据采集仪将所述热电偶测温单元测得的数据采集并记录，通过所述计算机系统得到所述炉墙保温系统的每层保温材料温度变化曲线及变化梯度，直观显示保温材料保温特性；
S3、所述红外热像仪在所述电动平移台的配合下采集保温结构表面“点-线-面”温度数据，形成温度云图；
S4、通过调节所述炉墙保温系统的每层保温材料的结构尺寸或材质，以满足保温结构表面温度均一化处理。
需要说明的是，选取了现有电动平移台，型号为ZP110-200。其重点结构特征为：旋转轴系采用多道工艺精密加工而成，配合精度高；采用精密研配的蜗轮蜗杆结构，可以任意正向和反向旋转且空回极小；设计精巧的消空回结构，可调整长期使用造成的空回间隙；特殊的结构设计保证了旋转台面极低的端跳和偏心，使旋转运动更加平稳；旋台的中心通孔与旋转中心有严格的同轴度要求，旋台的中心孔径有严格的配合公差限制。
需要说明的是，保温结构表面“点-线-面”温度数据指的是：对于红外热像仪，通过选择对焦方式，可得某一个测温点或一个测温区域的温度值，通过电动平移台可实现整个保温结构表面的某一个方向上“线”温度数据测量、整个平面的“面”温度数据测量。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法中，所述受热面典型外壁温度为400℃、450℃或500℃。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法中，所述红外热像仪测温系统与所述热电偶温度测量系统结合，对保温材料表面发射率进行测量：针对同一测量点，所述热电偶测温单元测量表面温度并得到测量数据，同时与所述红外热像仪的测量数据进行对比计算，得到保温材料表面发射率。设计功能更全面，使用效果更强。
需要说明的是，对保温材料表面发射率进行测量的方法为：针对一个测温点，采用热电偶接触测温法测量温度，再用红外热像仪测量该点温度，通过两个温度测量值的结合比较，确定测温点的表面发射率。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法中，所述热电偶测温单元测温范围为-200℃-1000℃；所述热电偶测温单元为T型热电偶或K型热电偶。数据采集仪可记录保温材料表面温度，通过计算机系统可得温度变化曲线，温度曲线可反映各层保温材料温度场是否达到稳态；采用热电偶数据可得各层保温材料温度梯度变化，考察保温材料保温特性。
优选的，在上述一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法中，所述红外热像仪的测温范围-20℃-350℃，所述电动平移台控制精度为1.0μm。测量的精度更高。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统及设计方法，具有以下有益效果：
1、本发明的功能多样、简易快捷，针对垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构布置，可方便变化保温结构形式，提供最优化保温结构组合形式；可通过更改环境变量及受热面条件，提供炉墙散热损失曲线；可实现保温材料表面发射率测量。
2、适应多种工况、多种负荷运行条件下散热损失测试，锅炉运行工质压力0.1MPa-31MPa、工质温度100℃-600℃条件下，本测量装置均可提供保温结构“点-线-面”温度测量、温度梯度输出、表面温度红外热成像及散热损失计算。
3、通过替换不同保温材料，针对具体单一工况，本装置可实现保温材料最优化结构设计，提供保温材料尺寸、布置形式具体方案。
4、针对不同垃圾焚烧锅炉受热面特点，炉内受热面采用膜式水冷壁或光管结构；本装置通过红外热像仪测量系统，实现保温结构平面温度测量；结合空气夹层等结构形式，实现保温结构表面温度均匀一致，避免散热表面产生局部高温区域。
5、本装置可在实验室条件下，通过改变环境温度、空气流速与受热面温度，计算炉墙对流及辐射散热损失，给出具体炉墙保温结构下散热损失曲线，为实际应用提供设计基础。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的测量设计系统图；
图2附图为本发明提供的受热面温控系统的结构示意图。
其中：
1-炉墙保温系统；
11-耐火砖；
12-保温砖；
13-空气夹层；
14-保温层；
15-红砖层；
2-受热面温控系统；
21-加热电源；
22-加热碳棒；
23-电磁阀；
3-热电偶温度测量系统；
31-热电偶测量单元；
32-数据采集仪；
4-红外热像仪测温系统；
41-红外热像仪；
42-电动平移台。
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。
实施例1：
参见附图1，本发明实施例公开了一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，包括：
炉墙保温系统1：由耐火砖11、保温砖12、空气夹层13、保温层14及红砖层15按照任意组合组成；
受热面温控系统2：用于对炉墙保温系统1进行加热；
热电偶温度测量系统3：包括多个热电偶测温单元31，热电偶测温单元31分别用于测量耐火砖11、保温砖12、保温层14及红砖层15的表面温度，并传递至数据采集仪32；
红外热像仪测温系统4：包括红外热像仪41和电动平移台42；红外热像仪41固定在电动平移台42上；电动平移台42在空气夹层13内的任意方向移动；
计算机系统：计算机系统分别与数据采集仪32和红外热像仪41电性连接。
为了进一步优化上述技术方案，炉墙保温系统1的具体结构为：保温层14为一端开口的筒状结构；保温砖12内嵌固定在保温层14的开口端，且保温层14和保温砖12之间形成空气夹层13；耐火砖11贴合固定在保温砖12外侧，且与保温层14的开口端平齐；红砖层15贴合固定在保温层14的封口端的外侧。
为了进一步优化上述技术方案，受热面温控系统2与耐火砖11贴合。
为了进一步优化上述技术方案，受热面温控系统2包括钢管、加热碳棒22和加热电源21；四根钢管同轴拼接组成；加热碳棒22设置于钢管内；加热电源21与加热碳棒22电性连接。
为了进一步优化上述技术方案，受热面温控系统2包括钢管、鳍片、加热碳棒22和加热电源21；四根钢管同轴拼接组成；三组鳍片与钢管拼接组装；加热碳棒22设置于钢管内；加热电源21与加热碳棒22电性连接。
需要进一步说明的是，加热碳棒22与钢管直接接触；碳棒两端采用通电加热方式；根据设定温度，通过热电偶测温反馈，控制电磁阀23开闭。
为了进一步优化上述技术方案，耐火砖11结构采用碳化硅材质；保温砖12结构采用轻质保温材料；保温层14结构采用硅酸铝保温材料。
实施例2：
本发明实施例公开了一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法，具体包括以下步骤：
S1、根据不同垃圾焚烧锅炉燃烧特点，将受热面温控系统2加热至锅炉运行中受热面典型外壁温度，受热面典型外壁温度为400℃、450℃或500℃；
S2、通过数据采集仪32将热电偶测温单元31测得的数据采集并记录，通过计算机系统得到炉墙保温系统1的每层保温材料温度变化曲线及变化梯度，直观显示保温材料保温特性；
S3、红外热像仪41在电动平移台42的配合下采集保温结构表面“点-线-面”温度数据，形成温度云图；
S4、通过调节炉墙保温系统1的每层保温材料的结构尺寸或材质，以满足保温结构表面温度均一化处理。
为了进一步优化上述技术方案，红外热像仪测温系统4与热电偶温度测量系统3结合，对保温材料表面发射率进行测量：针对同一测量点，热电偶测温单元31测量表面温度并得到测量数据，同时与红外热像仪41的测量数据进行对比计算，得到保温材料表面发射率。
为了进一步优化上述技术方案，热电偶测温单元31测温范围为-200℃-1000℃；热电偶测温单元31为T型热电偶或K型热电偶。
为了进一步优化上述技术方案，红外热像仪41的测温范围-20℃-350℃，电动平移台42控制精度为1.0μm。
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。对于实施例公开的装置而言，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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，其特征在于，包括：
炉墙保温系统(1)：由耐火砖(11)、保温砖(12)、空气夹层(13)、保温层(14)及红砖层(15)按照任意组合组成；
受热面温控系统(2)：用于对所述炉墙保温系统(1)进行加热；
热电偶温度测量系统(3)：包括多个热电偶测温单元(31)，所述热电偶测温单元(31)分别用于测量所述耐火砖(11)、所述保温砖(12)、所述保温层(14)及所述红砖层(15)的表面温度，并传递至数据采集仪(32)；
红外热像仪测温系统(4)：包括红外热像仪(41)和电动平移台(42)；所述红外热像仪(41)固定在所述电动平移台(42)上；所述电动平移台(42)在所述空气夹层(13)内的任意方向移动；所述红外热像仪(41)在所述电动平移台(42)的配合下采集保温结构表面“点-线-面”温度数据，形成温度云图；所述红外热像仪测温系统(4)与所述热电偶温度测量系统(3)结合，对保温材料表面发射率进行测量：针对同一测量点，所述热电偶测温单元(31)测量表面温度并得到测量数据，同时与所述红外热像仪(41)的测量数据进行对比计算，得到保温材料表面发射率；
计算机系统：所述计算机系统分别与所述数据采集仪(32)和所述红外热像仪(41)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，其特征在于，所述炉墙保温系统(1)的具体结构为：所述保温层(14)为一端开口的筒状结构；所述保温砖(12)内嵌固定在所述保温层(14)的开口端，且所述保温层(14)和所述保温砖(12)之间形成所述空气夹层(13)；所述耐火砖(11)贴合固定在所述保温砖(12)外侧，且与所述保温层(14)的开口端平齐；所述红砖层(15)贴合固定在所述保温层(14)的封口端的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，其特征在于，所述受热面温控系统(2)与所述耐火砖(11)贴合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，其特征在于，所述受热面温控系统(2)包括钢管、加热碳棒(22)和加热电源(21)；四根所述钢管同轴拼接组成；所述加热碳棒(22)设置于所述钢管内；所述加热电源(21)与所述加热碳棒(22)电性连接。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，其特征在于，所述受热面温控系统(2)包括钢管、鳍片、加热碳棒(22)和加热电源(21)；四根所述钢管同轴拼接组成；三组所述鳍片与所述钢管拼接组装；所述加热碳棒(22)设置于所述钢管内；所述加热电源(21)与所述加热碳棒(22)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计系统，其特征在于，所述耐火砖(11)结构采用碳化硅材质；所述保温砖(12)结构采用轻质保温材料；所述保温层(14)结构采用硅酸铝保温材料。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、根据不同垃圾焚烧锅炉燃烧特点，将所述受热面温控系统(2)加热至锅炉运行中受热面典型外壁温度；
S2、通过所述数据采集仪(32)将所述热电偶测温单元(31)测得的数据采集并记录，通过所述计算机系统得到所述炉墙保温系统(1)的每层保温材料温度变化曲线及变化梯度，直观显示保温材料保温特性；
S3、所述红外热像仪(41)在所述电动平移台(42)的配合下采集保温结构表面“点-线-面”温度数据，形成温度云图；
S4、通过调节所述炉墙保温系统(1)的每层保温材料的结构尺寸或材质，以满足保温结构表面温度均一化处理。
8.根据权利要求7所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法，其特征在于，所述红外热像仪测温系统(4)与所述热电偶温度测量系统(3)结合，对保温材料表面发射率进行测量：针对同一测量点，所述热电偶测温单元(31)测量表面温度并得到测量数据，同时与所述红外热像仪(41)的测量数据进行对比计算，得到保温材料表面发射率。
9.根据权利要求7所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法，其特征在于，所述热电偶测温单元(31)测温范围为-200℃-1000℃；所述热电偶测温单元(31)为T型热电偶或K型热电偶。
10.根据权利要求7所述的一种垃圾焚烧锅炉炉墙保温结构测量设计方法，其特征在于，所述红外热像仪(41)的测温范围-20℃-350℃，所述电动平移台(42)控制精度为1.0μm。
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