CN111562589A - 一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法 - Google Patents

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CN111562589A CN202010313889.4A CN202010313889A CN111562589A CN 111562589 A CN111562589 A CN 111562589A CN 202010313889 A CN202010313889 A CN 202010313889A CN 111562589 A CN111562589 A CN 111562589A
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童家麟
吕洪坤
郑建平
闫廷庆
朱介南
石远江
孙五一
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls

Abstract

本发明公开了一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法。本发明的监视方法包括：保持监视装置与水冷壁相对位置固定，测量结渣前水冷壁与监视装置中快速反射镜的距离为基准距离；监测结渣后水冷壁与监视装置中快速反射镜的距离为监测距离；监测距离与基准距离的变化量即为水冷壁结渣量；将水冷壁结渣量与预先设定的水冷壁管管壁增长量比较，判定水冷壁管是否结渣；若水冷壁结渣量超过预先设定的水冷壁管管壁增长量时即判定水冷壁管结渣。本发明解决了传统方法和装置无法透过火焰精确监视水冷壁管结渣程度的不足，有利于实时精确监视锅炉水冷壁管的结渣程度。

Description

一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法
技术领域
本发明属于锅炉监视技术领域，具体地说是一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法。
背景技术
锅炉受热面结渣在我国火力发电机组中非常普遍，极大地危险着火电机组的安全稳定运行。当锅炉受热面出现较为严重的结渣问题时，炉内受热面吸热量大幅减少，可能会带来炉膛出口烟气温度提高、NOX排放增加、煤粉燃尽率下降、锅炉效率降低等问题，特别严重时可能导致机组降负荷运行甚至停炉，对机组稳定经济运行产生极大的影响。近年来，我国火电机组燃用煤种的多样性增加，许多机组燃用的实际煤种往往与设计煤种偏差较大，特别是掺烧强结渣性煤种后可能会带来更为严重的受热面结渣问题。
现有对水冷壁管结渣情况的监视往往通过观火孔直接观察或者在观火孔装设内窥镜的方式进行，但炉内煤粉火焰产生的高强度可见光会对结渣观察带来较为严重的干扰。同时，仅凭人工进行观测，很难实时并精确判断水冷壁结渣程度。受锅炉观火孔的设置限制，不少水冷壁无法通过人工直接观测。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，以克服现有技术无法实时精确判断水冷壁结渣程度的缺陷。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其包括：
保持监视装置与水冷壁相对位置固定，测量结渣前水冷壁与监视装置中快速反射镜的距离为基准距离；
监测结渣后水冷壁与监视装置中快速反射镜的距离为监测距离；
监测距离与基准距离的变化量即为水冷壁结渣量；
将水冷壁结渣量与预先设定的水冷壁管管壁增长量比较，判定水冷壁管是否结渣；若水冷壁结渣量超过预先设定的水冷壁管管壁增长量时即判定水冷壁管结渣。
进一步地，所述的基准距离和监测距离均通过调频连续波激光发射信号和反射信号的相位差计算得出。
进一步地，调频连续波激光发射信号的表达式为：s(t)＝Asin(ωt+Φ0)，其中，A为发射信号幅度，ω为发射信号角频率，Φ0为发射相位；
调频连续波激光反射信号的表达式为：s(t)＝ηAsin(ωt+Φ1)，其中，η为衰减幅度，Φ1为反射相位；
调频连续波激光发射信号与反射信号相位差的表达式为：△Φ＝Φ0-Φ1；
根据相位差计算得出的距离为：L＝c△Φ/ω，其中，c为连续波激光在空气中的速度。
更进一步地，ω由发射信号波长λ确定，为了使发射信号和反射信号在同一时间内处于一个周期内，以避免多周期的不确定性带来的测量不确定性，要求发射信号波长λ大于监视装置中调频连续波激光雷达发射器至水冷壁管距离的2倍。
进一步地，基准距离的计算公式为：D1＝(L1-L0)/2，其中，L1为结渣前监视装置中调频连续波激光雷达发射器经水冷壁反射至反射信号接收器的距离，L0为监视装置中调频连续波激光雷达发射器至快速反射镜和反射信号接收器至快速反射镜的距离之和；
监测距离的计算公式为：D2＝(L2-L0)/2，其中，L2为结渣后监视装置中调频连续波激光雷达发射器经水冷壁反射至反射信号接收器的距离，L0为监视装置中调频连续波激光雷达发射器至快速反射镜和反射信号接收器至快速反射镜的距离之和；
水冷壁结渣量的计算公式为：△D＝D1-D2，水冷壁结渣量是以相同反射镜角度θ对应的基准距离和监测距离计算得出。
更进一步地，水冷壁结渣量△D超过所述反射镜角度θ对应的预先设定的水冷壁管管壁增长量D0时即判定为水冷壁结渣。
进一步地，所述的监视装置包括数据处理模块、快速反射镜控制电机、功率放大器、调频连续波激光雷达发射器、快速反射镜、准直透镜、耐高温透镜、下耐高温透镜、反射信号接收器、反射信号过滤器；快速反射镜控制电机通过快速反射镜转动杆与快速反射镜连接，快速反射镜控制电机控制快速反射镜转动杆转动快速反射镜绕其中心点转动；
所述调频连续波激光雷达发射器发射的调频连续波激光经过功率放大器放大发射信号后，通过准直透镜后形成集中的激光束，激光束经过快速反射镜反射调频连续波激光透过耐高温透镜、下耐高温透镜后发射至水冷壁上，经过水冷壁的漫反射后，激光束透过下耐高温透镜、耐高温透镜后经过快速反射镜反射至反射信号接收器；
所述反射信号接收器接收的信号通过反射信号过滤器的信号过滤后仅保留与发射信号ω角频率相同的正弦波反射信号，通过光纤传入数据处理模块；调频连续波激光雷达发射器将发射的调频连续波激光信号通过光纤传入数据处理模块。
调频连续波激光雷达发射器用以发射调频连续波激光，快速反射镜用以反射调频连续波激光，快速反射镜控制电机控制快速反射镜转动杆转动快速反射镜转动，功率放大器用以放大调频连续波激光功率，反射信号接收器用以接收反射信号，反射信号过滤器用以过滤反射信号，数据处理模块用以计算水冷壁结渣量，光纤用以连接数据处理模块与调频连续波激光雷达发射器、反射信号接收器、角度编码器。
进一步地，通过角度编码器将记录的快速反射镜角度通过光纤传入数据处理模块，角度编码器用以记录快速反射镜转动角度；
所述的数据处理模块根据角度编码器记录的相同快速反射镜角度下的发射信号和反射信号的相位差计算水冷壁管结渣量，并与预先设定的水冷壁管管壁增长量比较；
所述的数据处理模块将结渣量和比较结果通过光纤传入监视器，监视器实时显示结渣数据并报警。
进一步地，所述的功率放大器、准直透镜、反射信号接收器、快速反射镜和快速反射镜转动杆均安装于一部件套管内，快速反射镜转动杆的外端贯穿部件套管后与快速反射镜控制电机连接，该部件套管用于将上述部件与高温烟气隔绝，部件套管安装于一保护套管内；部件套管和保护套管均采用耐高温材料，前端分别装耐高温透镜、下耐高温透镜，下耐高温透镜位于耐高温透镜的正下方。
进一步地，所述保护套管的高压冷却气体出口处装有一绞龙，该绞龙通过一绞龙控制电机控制其伸出长度。绞龙的作用是阻挡大颗粒未燃尽煤粉和渣块进入保护套管内，防止污染部件套管。
进一步地，所述的保护套管通过一可伸缩支架支撑，可伸缩支架可调节保护套管的高度，根据水冷壁上的观火孔位置进行伸缩调节，使得保护套管与观火孔中心平行；
高压吹扫气源的吹扫气体通过过滤阀的干燥过滤后进入保护套管，用以冷却并吹扫部件套管，防止部件套管高温损坏和污染。
本发明具有的有益效果如下：本发明通过调频连续波激光发射信号和反射信号的相位差计算监视装置与水冷壁的监测距离，通过监测距离的变化反映水冷壁管结渣程度，解决了传统方法和装置无法透过火焰精确监视水冷壁管结渣程度的不足，有利于实时精确监视锅炉水冷壁管的结渣程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1一种电站锅炉水冷壁结渣程度监视方法的流程图；
图2为本发明监视方法中所用监视装置的原理示意图；
图3为本发明监视装置在水冷壁结渣前的应用图；
图4为本发明监视装置在水冷壁结渣后的应用图；
图中，1-调频连续波激光雷达发射器，2-准直透镜，3-快速反射镜，4-快速反射镜控制电机，5-功率放大器，6-角度编码器，7-快速反射镜转动杆，8-耐高温透镜，9-反射信号接收器，10-反射信号过滤器，11-光纤，12-数据处理模块，13-监视器，14-部件套管，15-绞龙，16-绞龙控制电机，17-保护套管，18-密封装置，19-高压吹扫气源，20-过滤阀，21-吹扫阀，22-高压吹扫气源出口，23-可伸缩支架，24-观火孔，25-水冷壁，26-结渣，27-下耐高温透镜。
具体实施方式
实施例1
请参阅附图1为本发明实施例一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法的流程图。本发明提供了一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，该方法的具体步骤为：
步骤1：测量结渣前水冷壁与监视装置快速反射镜的距离为基准距离。
步骤2：监测结渣后水冷壁与监视装置快速反射镜的距离为监测距离。
步骤3：监测距离与基准距离的变化量即为水冷壁结渣量。
步骤4：将水冷壁结渣量与预先设定的水冷壁管管壁增长量D0比较。
步骤5：判定水冷壁管是否结渣。
所述调频连续波激光发射信号的表达式为：s(t)＝Asin(ωt+Φ0)。
所述调频连续波激光反射信号的表达式为：s(t)＝ηA sin(ωt+Φ1)。
所述调频连续波激光发射信号与反射信号相位差的表达式为：△Φ＝Φ0-Φ1。
所述相位差计算得出的长度为：L＝c△Φ/ω。
所述基准距离的计算公式为：D1＝(L1-L0)/2。
所述监测距离的计算公式为：D2＝(L2-L0)/2。
所述水冷壁结渣量的计算公式为：△D＝D1-D2。
其中，A为发射信号幅度，ω为发射信号角频率，Φ0为发射相位，η为衰减幅度，Φ1为反射相位，c为连续波激光在空气中的速度，L1为结渣前调频连续波激光雷达发射器经水冷壁反射至反射信号接收器的距离，L0为调频连续波激光雷达发射器至快速反射镜和反射信号接收器至快速反射镜的距离之和，L2为结渣后调频连续波激光雷达发射器经水冷壁反射至反射信号接收器的距离。
具体的，ω由发射信号波长λ确定，为了使发射信号和反射信号在同一时间内处于一个周期内，以避免多周期的不确定性带来的测量不确定性，要求发射信号波长λ大于调频连续波激光雷达发射器至水冷壁管距离的2倍。
具体的，水冷壁结渣量△D是以相同反射镜角度θ对应的基准距离和监测距离计算得出的。
上述监视方法中监视装置，该装置包括：调频连续波激光雷达发射器，用以发射调频连续波激光；反射信号接收器，用以接收反射信号；反射信号过滤器，用以过滤反射信号；数据处理模块用以计算水冷壁结渣量；监视器用以实时显示结渣数据并报警，其原理如图2所示。
监视装置的结构参阅附图3，该装置包括调频连续波激光雷达发射器1、准直透镜2、快速反射镜3、快速反射镜控制电机4、功率放大器5、角度编码器6、快速反射镜转动杆7、耐高温透镜8、反射信号接收器9、反射信号过滤器10、光纤11、数据处理模块12、监视器13、部件套管14、绞龙15、绞龙控制电机16、保护套管17、密封装置18、高压吹扫气源19、过滤阀20、吹扫阀21、高压吹扫气源出口22、可伸缩支架23、观火孔24、水冷壁25、下耐高温透镜27。
调频连续波激光雷达发射器1发射的调频连续波激光经过功率放大器5放大发射信号后通过准直透镜2后形成集中的激光束，激光束经过快速反射镜3反射调频连续波激光透过耐高温透镜8、下耐高温透镜27后发射至水冷壁25上，经过水冷壁25的漫反射后，激光束透过下耐高温透镜27、耐高温透镜8后经过快速反射镜3反射至反射信号接收器9。
反射信号接收器9接收的信号通过反射信号过滤器10的信号过滤后仅保留与发射信号ω角频率相同的正弦波反射信号，通过光纤11传入数据处理模块12。
调频连续波激光雷达发射器1将发射的调频连续波激光信号通过光纤11传入数据处理模块12。
角度编码器6将记录的快速反射镜角度通过光纤11传入数据处理模块12。
数据处理模块12根据角度编码器6记录的相同快速反射镜角度下的发射信号和反射信号的相位差计算水冷壁管结渣量，并与预先设定的水冷壁管管壁增长量比较。
数据处理模块12将结渣量和比较结果通过光纤传入监视器13。
监视器13实时显示结渣数据并报警。
其中，功率放大器5、准直透镜2、反射信号接收器9、快速反射镜3和快速反射镜转动杆7均安装于部件套管14内，部件套管14用于将上述部件与高温烟气隔绝，部件套管14安装于保护套管17内。部件套管14和保护套管17均采用耐高温材料，前端分别装耐高温透镜8、下耐高温透镜27，下耐高温透镜27位于耐高温透镜8的正下方。耐高温透镜材质采用耐高温透镜片。
快速反射镜控制电机4控制快速反射镜转动杆7转动快速反射镜3绕其中心点转动。
绞龙15安装于保护套管17的高压冷却气体出口22处。绞龙15的作用是阻挡大颗粒未燃尽煤粉和渣块进入保护套管17内，防止污染部件套管14。绞龙控制电机16控制绞龙15伸出长度。
保护套管17通过可伸缩支架23支撑，可伸缩支架23可调节保护套管17的高度，根据观火孔24位置进行伸缩调节，使得保护套管17与观火孔24中心平行。
高压吹扫气源19的吹扫气体通过过滤阀20的干燥过滤后进入保护套管17，用以冷却并吹扫部件套管14，防止部件套管14高温损坏和污染，吹扫阀21用以控制高压吹扫气体流量。
参阅附图4，在水冷壁25上沾附有结渣26时，监视装置的使用原理与前述相同。
对所公开实施例的上述说明，使本领域专业人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的修改对本领域专业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，在其他实施例中实现。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点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，包括：
保持监视装置与水冷壁相对位置固定，测量结渣前水冷壁与监视装置中快速反射镜的距离为基准距离；
监测结渣后水冷壁与监视装置中快速反射镜的距离为监测距离；
监测距离与基准距离的变化量即为水冷壁结渣量；
将水冷壁结渣量与预先设定的水冷壁管管壁增长量比较，判定水冷壁管是否结渣；若水冷壁结渣量超过预先设定的水冷壁管管壁增长量时即判定水冷壁管结渣。
2.根据权利要求1所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，所述的基准距离和监测距离均通过调频连续波激光发射信号和反射信号的相位差计算得出；
调频连续波激光发射信号的表达式为：s(t)＝Asin(ωt+Φ0)，其中，A为发射信号幅度，ω为发射信号角频率，Φ0为发射相位；
调频连续波激光反射信号的表达式为：s(t)＝ηAsin(ωt+Φ1)，其中，η为衰减幅度，Φ1为反射相位；
调频连续波激光发射信号与反射信号相位差的表达式为：△Φ＝Φ0-Φ1；
根据相位差计算得出的距离为：L＝c△Φ/ω，其中，c为连续波激光在空气中的速度。
3.根据权利要求2所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，
ω由发射信号波长λ确定，为了使发射信号和反射信号在同一时间内处于一个周期内，要求发射信号波长λ大于监视装置中调频连续波激光雷达发射器至水冷壁管距离的2倍。
4.根据权利要求2所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，
基准距离的计算公式为：D1＝(L1-L0)/2，其中，L1为结渣前监视装置中调频连续波激光雷达发射器经水冷壁反射至反射信号接收器的距离，L0为监视装置中调频连续波激光雷达发射器至快速反射镜和反射信号接收器至快速反射镜的距离之和；
监测距离的计算公式为：D2＝(L2-L0)/2，其中，L2为结渣后监视装置中调频连续波激光雷达发射器经水冷壁反射至反射信号接收器的距离，L0为监视装置中调频连续波激光雷达发射器至快速反射镜和反射信号接收器至快速反射镜的距离之和；
水冷壁结渣量的计算公式为：△D＝D1-D2，水冷壁结渣量是以相同反射镜角度θ对应的基准距离和监测距离计算得出。
5.根据权利要求4所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，水冷壁结渣量△D超过所述反射镜角度θ对应的预先设定的水冷壁管管壁增长量D0时即判定为水冷壁结渣。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，所述的监视装置包括数据处理模块(12)、快速反射镜控制电机(4)、功率放大器(5)、调频连续波激光雷达发射器(1)、快速反射镜(3)、准直透镜(2)、耐高温透镜(8)、下耐高温透镜(27)、反射信号接收器(9)、反射信号过滤器(10)；快速反射镜控制电机(4)通过快速反射镜转动杆(7)与快速反射镜(3)连接，快速反射镜控制电机控制快速反射镜转动杆转动快速反射镜绕其中心点转动；
所述调频连续波激光雷达发射器(1)发射的调频连续波激光经过功率放大器(5)放大发射信号后，通过准直透镜(2)后形成集中的激光束，激光束经过快速反射镜(3)反射调频连续波激光透过耐高温透镜(8)、下耐高温透镜(27)后发射至水冷壁(25)上，经过水冷壁(25)的漫反射后，激光束透过下耐高温透镜(27)、耐高温透镜(8)后经过快速反射镜(3)反射至反射信号接收器(9)；
所述反射信号接收器(9)接收的信号通过反射信号过滤器(10)的信号过滤后仅保留与发射信号ω角频率相同的正弦波反射信号，通过光纤传入数据处理模块(12)；调频连续波激光雷达发射器(1)将发射的调频连续波激光信号通过光纤传入数据处理模块(12)。
7.根据权利要求6所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，通过角度编码器(6)将记录的快速反射镜角度通过光纤传入数据处理模块(12)；
所述的数据处理模块(12)根据角度编码器(6)记录的相同快速反射镜角度下的发射信号和反射信号的相位差计算水冷壁管结渣量，并与预先设定的水冷壁管管壁增长量比较；
所述的数据处理模块(12)将结渣量和比较结果通过光纤传入监视器(13)，监视器(13)实时显示结渣数据并报警。
8.根据权利要求6所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，所述的功率放大器(5)、准直透镜(2)、反射信号接收器(9)、快速反射镜(3)和快速反射镜转动杆(7)均安装于一部件套管(14)内，快速反射镜转动杆(7)的外端贯穿部件套管后与快速反射镜控制电机连接，该部件套管(14)用于将上述部件与高温烟气隔绝，部件套管(14)安装于一保护套管(17)内；部件套管(14)和保护套管(17)均采用耐高温材料，前端分别装耐高温透镜(8)、下耐高温透镜(27)，下耐高温透镜(27)位于耐高温透镜(8)的正下方。
9.根据权利要求8所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，所述保护套管(17)的高压冷却气体出口(22)处装有一绞龙(15)，该绞龙(15)通过一绞龙控制电机(16)控制其伸出长度。
10.根据权利要求8所述的一种电站锅炉水冷壁结渣程度的监视方法，其特征在于，所述的保护套管(17)通过一可伸缩支架(23)支撑，可伸缩支架(23)可调节保护套管(17)的高度，根据水冷壁(25)上的观火孔(24)位置进行伸缩调节，使得保护套管(17)与观火孔(24)中心平行；
高压吹扫气源(19)的吹扫气体通过过滤阀(20)的干燥过滤后进入保护套管(17)，用以冷却并吹扫部件套管(14)，防止部件套管(14)高温损坏和污染。
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