CN110440283A - 一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，包括贴壁风装置和水冷壁温度检测系统，贴壁风装置包括外围进风管道，水冷壁温度检测系统包括声源系统、声波接收系统和控制系统；外围进风管道一端与风源管道相连，另一端伸入至锅炉水冷壁；声源系统套装在外围进风管道内，一端与输气增压装置相连，另一端伸入炉膛内，用于向燃煤锅炉的炉膛内发射声波信号；声波接收系统与水冷壁相连接，用于接收炉膛反射回的声波信号；控制系统分别与声源系统和声波接收系统连接，用于接收发射的声波信号以及反射回的声波信号，并根据发射的声波信号和反射回的声波信号确定炉膛内的温度。本发明无需在水冷壁的内壁设置热电偶，就能有效防治水冷壁高温腐蚀。
Description
技术领域
本发明属于锅炉防治水冷壁高温腐蚀技术领域，具体涉及一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统。
背景技术
近年来，为了提高发电效率，大容量超临界、超超临界发电机组大量投运，锅炉水冷壁温度逐步提高。水冷壁是电站锅炉的主要受热部件，水冷壁的外界接受锅炉炉膛火焰的热量，内部为流动的水或蒸汽，作为电站循环工质以吸收火焰的高温辐射，同时起到冷却炉膛，保护炉墙不被烧坏的作用。
同时，为了达到超低排放或近零排放，发电厂对燃烧器进行改造，普遍采用低NOx燃烧器，在燃烧器区域实行空气和燃料分级燃烧方式。控制燃烧区域氧气含量、形成还原性气氛有利于降低NOx含量，因此炉内燃烧器区域还原性气氛较强。
研究表明，水冷壁温度、壁面附近还原性气氛和煤粉含硫量是影响水冷壁高温腐蚀的主要因素。大容量、采用低NOx燃烧方式的电站锅炉因其炉内温度水平高、燃烧器区域易形成还原性气氛，发生水冷壁高温腐蚀问题的情况趋于严重，使水冷壁管壁减薄，甚至发生爆管事故，对锅炉的正常运行造成很大的影响。
因此，监测水冷壁壁温、降低壁面附近还原性气氛对于防治水冷壁高温腐蚀、保证锅炉安全运行有着重要意义。目前较为常用的防治水冷壁高温腐蚀的方法有提高水冷壁壁面自身防护能力和破坏水冷壁附近还原性气氛这两种方法。采用耐腐蚀管材和在管壁表面喷涂、敷设耐腐蚀材料可以提高水冷壁自身防护能力，但是实施过程较为繁琐；在水冷壁易发生高温腐蚀的区域沿壁面喷射空气流，可以形成氧化性空气膜，破坏还原性气氛，通常在水冷壁壁面布置贴壁风装置。现有防治水冷壁高温腐蚀的贴壁风装置只能实现向炉内水冷壁壁面喷入空气的单一功能，起不到对壁温监测的作用，而目前较为常用的水冷壁温度测量方法是热电偶测量方法，由于热电偶暴露于恶劣的炉膛环境中，使用寿命很短，所以必须频繁地更换热电偶，或将热电偶测量端安装在炉外管壁上，这样布置使用寿命长且成本低，但只能通过理论计算推算出管内壁温度，数据真实性受到较大影响。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，在贴壁风的基础上可以实现同时对水冷壁壁温进行监测，旨在解决现有水冷壁高温腐蚀的问题。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，包括贴壁风装置和水冷壁温度检测系统，贴壁风装置包括外围进风管道，水冷壁温度检测系统包括声源系统、声波接收系统和控制系统；其中，
外围进风管道一端与风源管道相连，另一端伸入至锅炉水冷壁；声源系统套装在外围进风管道内，一端与输气增压装置相连，另一端伸入炉膛内，用于向燃煤锅炉的炉膛内发射声波信号；声波接收系统与水冷壁相连接，用于接收炉膛反射回的声波信号；
控制系统分别与声源系统和声波接收系统连接，用于接收发射的声波信号以及反射回的声波信号，并根据发射的声波信号和反射回的声波信号确定炉膛内的温度。
本发明进一步的改进在于，外围进风管道为两端开口的中空筒体，声源系统包括设置在中空筒体内的发声管道、发射声波导管和发射声波传感器，发声管道的一端与外界的输气增压装置相连，另一端与发射声波导管的一端相连，发射声波导管的另一端伸入至炉膛内；外围进风管道与发声管道通过横杆固定，外围进风管道与发射声波导管通过横杆、中空横杆固定，横杆为中空柱体，内设发射声波传感器伸入至发射声波导管，发射声波传感器用于获取发声管道内的发射声波信号，控制系统与发射声波传感器相连接，用于接收发射的声波信号。
本发明进一步的改进在于，发声管道横截面积从两端向中部逐渐缩小。
本发明进一步的改进在于，发射声波导管伸入至炉膛的一端具有延伸的环形外沿，环形外沿平行于炉墙，能够改变贴壁风风向，使气体沿水冷壁表面射流。
本发明进一步的改进在于，环形外沿为中空结构，表面开设有若干孔，能够通过少量贴壁风冷却，以防止其在炉内高温环境下烧坏。
本发明进一步的改进在于，声波接收系统包括接收声波导管和接收声波传感器；其中，接收声波导管穿设于水冷壁；接收声波传感器安装于接收声波导管置于炉膛外的部分，用于获取接收声波导管内传播的炉膛反射回的声波信号；控制系统与接收声波传感器相连，用于接收反射回的声波信号。
本发明进一步的改进在于，声波接收系统的数量至少为两个。
本发明进一步的改进在于，多个声波接收系统以声源系统为中心周向均匀分布。
本发明进一步的改进在于，控制系统根据下式确定炉膛内的温度t：
式中：L为声波信号在两个声波传感器之间传递的路程，τ为声波飞渡时间，Z为气体常数。
本发明具有如下有益的技术效果：
由于本发明是将传统贴壁风装置与水冷壁温度检测装置结合在一起，既能通过贴壁风破坏水冷壁附近区域的还原性气氛，又能通过水冷壁温度检测装置得到水冷壁温度，及时控制其表面温度，无需在水冷壁的内壁设置热电偶，能够有效防治水冷壁高温腐蚀。且水冷壁温度检测装置通过声波信号在炉膛内的传播的变化进而确定炉膛内的温度，所以与现有技术中测量背火侧管壁温度相比，测得的温度更为准确。此外，与现有技术中向火侧的测量方式相比，由于本发明无需在水冷壁的内壁设置热电偶，所以解决了现有技术中需频繁更换热电偶的问题。
综上，由于本发明是将传统贴壁风装置与水冷壁温度检测装置结合在一起，既能通过贴壁风破坏水冷壁壁面附近区域的还原性气氛，补充氧气，又能通过水冷壁温度检测装置得到水冷壁温度，给运行人员以参考，本发明无需在水冷壁的内壁设置热电偶，能够有效防治水冷壁高温腐蚀。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例中提供的防治水冷壁高温腐蚀系统的结构框图；
图2为本发明实施例中提供的防治水冷壁高温腐蚀系统安装于水冷壁的正视图；
附图标记说明：
1-贴壁风装置；2-水冷壁温度检测系统；3-外围进风管道；4-水冷壁；5-声源系统，51-发声管道，52-发射声波导管，521-环形外沿，53-发射声波传感器；6-声波接收系统，61-接收声波导管，62-接收声波传感器；7-控制系统；8-横杆；9-中空横杆。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种防治水冷壁高温腐蚀系统的结构图。如图所示，本发明提供的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，包括外围进风管道3、声源系统5、声波接收系统6和控制系统7。
其中，外围进风管道3一端与风源管道相连，另一端伸入至锅炉水冷壁4；具体地，外围进风管道3为两端开口的中空筒体，筒体中间套有声源系统5的发声管道51和发射声波导管52。
声源系统5一端与输气增压装置相连，另一端伸入炉膛内，用于向燃煤锅炉的炉膛内发射声波信号；具体地，声源系统5包括发声管道51、发射声波导管52和发射声波传感器53，声源系统5通过发声管道51产生声波信号，并将该声波信号发射至锅炉的炉膛内，发射的声波信号在炉膛内进行传播。
声波接收系统6与水冷壁4相连接，用于接收炉膛反射回的声波信号。具体地，声波接收系统6安装于锅炉水冷壁4，声源系统5发射的声波信号在炉膛内传播后，声波接收系统6用于接收反射回的声波信号，该反射回的声波信号可以为沿炉膛内壁传播过来的声波信号。也就是说，声源系统5向炉膛内发射声波信号，该声波信号沿着炉膛内壁传播至通孔处，并被通孔处的声波接收系统6接收。
控制系统7与声源系统5、声波接收系统6连接，用于接收发射的声波信号以及反射回的声波信号，并根据发射的声波信号和反射回的声波信号确定炉膛内的温度。
本实施例中，通过外围进风管道向炉膛中喷入气流，经过声波导管环形外沿改变气流方向使其沿水冷壁壁面流动，同时通过发声管道可以向炉膛内发射声波信号，然后接收炉膛内反射回的声波信号，对比声波信号的变化来确定水冷壁的温度。
由于本发明是将传统贴壁风装置与水冷壁温度检测装置结合在一起，既能通过贴壁风破坏水冷壁附近区域的还原性气氛，补充氧气，又能通过水冷壁温度检测装置得到水冷壁温度，及时控制其表面温度，无需在水冷壁的内壁设置热电偶，能够有效防治水冷壁高温腐蚀。且水冷壁温度检测装置通过声波信号在炉膛内的传播的变化进而确定炉膛内的温度，所以与现有技术中测量背火侧管壁温度相比，测得的温度更为准确。此外，与现有技术中向火侧的测量方式相比，由于本发明无需在水冷壁的内壁设置热电偶，所以解决了现有技术中需频繁更换热电偶的问题，不仅减少了工作人员的工作量，也提高了生产效率。
参见图2，图中示出了贴壁风装置的优选结构。如图所示，该贴壁风装置1包括外围进风管道3。外围进风管道3一端与风源管道相连，另一端伸入锅炉水冷壁，为两端开口的中空筒体，筒体中间套有声源系统5的发声管道51和发射声波导管52，并通过横杆8和中空横杆9固定。
参见图2，图中示出了声源系统的优选结构。如图所示，该声源系统5包括：发声管道51、发射声波导管52和发射声波传感器53。发声管道51位于外围进风管道3内，其一端与外界的输气增压装置相连，另一端与发射声波导管52相连；发射声波导管52位于外围进风管道3内，有与水冷壁壁面平行的环形外沿521伸入炉膛内。气体从输气增压装置通过发声管道51和发射声波导管52产生气动噪声，声波发出后进入锅炉的炉膛内。
优选地，发声管道51的横截面积从两端向中部逐渐缩小，能够发出具有较高声压级的声波，也就是说，按照气体的输送方向(图2中所示的B向)依次由渐缩管和渐扩管两部分组成，通过发声管道51可以使气流流动产生气动噪声。
发射声波传感器53安装于中空横杆9内，伸入发射声波导管52中，用于获取发声管道51内发射的声波信号。控制系统7与发射声波传感器53连接，用于接收发射的声波信号。
本实施例中，通过发声管道51产生声波，声源系统的整体结构较为简单，而且可以独立于贴壁风运行。
再继续参见图2，图中还示出了声波接收系统6的优选结构。如图所示，该声波接收系统6包括：接收声波导管61和接收声波传感器62。其中，接收声波导管61穿设于水冷壁4。接收声波传感器62安装于接收声波导管61置于炉膛外的部分，用于获取接收声波导管61内传播的炉膛反射回的声波信号。控制系统7还与接收声波传感器62相连通，用于接收反射回的声波信号。
具体实施时，声波接收系统6可以为一个，当然也可以为两个或两个以上，当为两个或两个以上时，控制系统7根据各个声波接收系统6接收的声波信号确定水冷壁的温度。
当声波接收系统6为两个或两个以上时，多个声波接收系统6可以以声源系统5为中心进行分布(例如，呈圆周均匀分布)，以进一步提高测温的准确度。
本实施例的工作过程为：首先通过风源管道向外围进风管道3输送具有一定速度的气体(气流方向为A向)，气体通过外围进风管道3和发声管道51、发射声波导管52之间的通道流动，至炉膛内时通过发射声波导管52的环形外沿521改变方向，最终沿水冷壁壁面流动；同时，外界输气增压装置向发声管道51输送气体，通过发声管道51产生声波，声波发出后，进入锅炉炉膛内部，同时声波信号被发射声波传感器53接收。发射的声波传至布置在发射声波导管四周的声波接收系统6，并由声波接收系统6上的接收声波导管61上的接收声波传感器62接收。发射声波传感器53和接收声波传感器62将接收的声信号转换为电信号并传送至控制系统7。控制系统7对接收的信号进行处理，并利用相关参数进行计算出水冷壁表面温度的变化，进而分析得出水冷壁表面的温度水平。
参见图2，声源系统5发出声波，同时声信号由声源系统5中的发射声波导管52上的发射声波传感器53接收。声波传入锅炉的炉膛后传至四周的接收声波导管61，由控制系统7的接收端信号接收器接收，接收的发射声波信号和反射回的声波信号的波形相同，但在时间上有延迟，经过互相关处理后，便可得出声波飞渡信号，但实际测量中，存在各种衰减和干扰，在互相关处理之前，必须进行滤波处理。波处理后互相关函数的最大值所对应的自变量即是所需的声波信号在炉膛内的飞渡时间τ。
综上，本实施例是通过贴壁风装置和水冷壁温度检测系统相结合的方式，即通过沿水冷壁壁面的环形气流和用声波信号在炉膛内的传播的变化确定水冷壁壁面的温度这两种方法，来防治水冷壁高温腐蚀，所以与现有技术相比，能够得到水冷壁壁温且测得的温度更为准确，而且无需在水冷壁的内壁设置热电偶。
Claims (9)
1.一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，包括贴壁风装置(1)和水冷壁温度检测系统(2)，贴壁风装置(1)包括外围进风管道(3)，水冷壁温度检测系统(2)包括声源系统(5)、声波接收系统(6)和控制系统(7)；其中，
外围进风管道(3)一端与风源管道相连，另一端伸入至锅炉水冷壁(4)；声源系统(5)套装在外围进风管道(3)内，一端与输气增压装置相连，另一端伸入炉膛内，用于向燃煤锅炉的炉膛内发射声波信号；声波接收系统(6)与水冷壁(4)相连接，用于接收炉膛反射回的声波信号；
控制系统(7)分别与声源系统(5)和声波接收系统(6)连接，用于接收发射的声波信号以及反射回的声波信号，并根据发射的声波信号和反射回的声波信号确定炉膛内的温度。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，外围进风管道(3)为两端开口的中空筒体，声源系统(5)包括设置在中空筒体内的发声管道(51)、发射声波导管(52)和发射声波传感器(53)，发声管道(51)的一端与外界的输气增压装置相连，另一端与发射声波导管(52)的一端相连，发射声波导管(52)的另一端伸入至炉膛内；外围进风管道(3)与发声管道(51)通过横杆(8)固定，外围进风管道(3)与发射声波导管(52)通过横杆(8)、中空横杆(9)固定，横杆(9)为中空柱体，内设发射声波传感器(53)伸入至发射声波导管(52)，发射声波传感器(53)用于获取发声管道(51)内的发射声波信号，控制系统(7)与发射声波传感器(53)相连接，用于接收发射的声波信号。
3.根据权利要求2所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，发声管道(51)横截面积从两端向中部逐渐缩小。
4.根据权利要求2所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，发射声波导管(52)伸入至炉膛的一端具有延伸的环形外沿(521)，环形外沿(521)平行于炉墙，能够改变贴壁风风向，使气体沿水冷壁表面射流。
5.根据权利要求4所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，环形外沿(521)为中空结构，表面开设有若干孔，能够通过少量贴壁风冷却，以防止其在炉内高温环境下烧坏。
6.根据权利要求1所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，声波接收系统(6)包括接收声波导管(61)和接收声波传感器(62)；其中，接收声波导管(61)穿设于水冷壁(4)；接收声波传感器(62)安装于接收声波导管(61)置于炉膛外的部分，用于获取接收声波导管(61)内传播的炉膛反射回的声波信号；控制系统(7)与接收声波传感器(62)相连，用于接收反射回的声波信号。
7.根据权利要求6所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，声波接收系统(6)的数量至少为两个。
8.根据权利要求7所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，多个声波接收系统(6)以声源系统(5)为中心周向均匀分布。
9.根据权利要求6所述的一种燃煤电站防治水冷壁高温腐蚀的系统，其特征在于，控制系统(7)根据下式确定炉膛内的温度t：
式中：L为声波信号在两个声波传感器之间传递的路程，τ为声波飞渡时间，Z为气体常数。
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- 2019-08-08 CN CN201910730998.3A patent/CN110440283A/zh active Pending
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