CN202902251U - 锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，包括膜式水冷壁，其特征在于：在膜式水冷壁的管壁上横向开孔，在孔内设置有测温热偶，测温热偶连接至控制单元。本实用新型采用特殊加工工艺将直径为φ1mm的测温热电偶植入膜式水冷壁向火侧金属中，并可将信号引入DCS画面中，实际测量并实时监控向火侧管壁温度。本实用新型很好的解决了长久以来水冷壁向火面金属温度测量困难的问题，并且连续测量寿命长、测量准确、安全可靠。

Description

锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置

技术领域

本实用新型为一种锅炉上实用的水冷壁向火面金属温度测量装置，特别是一种安全、准确、长久的水冷壁向火面金属温度测量装置。属于电站锅炉参数测量新技术。

背景技术

目前膜式水冷壁温度的测量方法很多，一般主要有两种方式：一种为测量向火侧管壁温度，另一种为测量背火侧管壁温度。多数水冷壁温度测点均采用第二种方式，即背火面温度测量，这种方法测量结果于实际向火面温度偏差较大，且根据锅炉结构不同偏差值也不固定。有少数锅炉即使采用向火面测量的方式，由于测点受到炉内高温辐射、磨损和腐蚀等恶劣条件的影响，使用寿命很短，一般来说不会超过1个月时间。

对于汽包锅炉来说，由于循环倍率相对较大，水冷壁内部介质温度较低，一般情况下水冷壁内部介质温度均在380℃以内，虽然向火侧接受炉膛1200℃以上的高温辐射，但由于工质温度低、冷却效果强，多数情况水冷壁金属温度相对较低，安全性较高，虽然部分锅炉厂家建议安装水冷壁温度，也多未被采纳。有时汽包锅炉的水冷壁也会出现超温过热、疲劳裂纹等问题，这主要是由于传热恶化造成的，这时水冷壁金属温度测点的安装就很必要。

近年来，随着国家对火力发电机组以大代小、节能减排工作的实施，国内超(超)临界机组得到了快速发展，但目前投产的超(超)临界机组关键技术上基本上是引进的，对于设计、运行特性等问题还处于消化吸收阶段。超(超)临界直流锅炉大比热区布置在炉膛主燃烧区域水冷壁部分，这也使得冷水冷壁安全性与亚临界及以下机组相比换热条件存在较大区别。从节能角度考虑新近投产的超(超)临界机组均为变压运行设计，由于发电结构发生变化，这一部分超(超)临界机组一直参与调峰工作，滑压运行的机组工作压力变化幅度很大，水冷壁的水动力条件变化幅度较大，这种工作条件对水冷壁的安全性威胁更大。变工况时水冷壁温度的变化更为明显，可以在短短几分钟内升高或降低30℃～50℃，峰值根据超临界和超超临界锅炉的不同分别可以达到450℃和550℃。而这些超(超)临界锅炉绝大部分安装的水冷壁温度测点都为背火面金属温度测点，测量温度与炉内向火面金属温度相差较大，个别偏差可以达到100℃以上，所以在极端工况下和出现问题时这种测量方式根本无法保证水冷壁炉内金属安全。如何测量水冷壁向火面金属真实工作温度，确保及提高水冷壁工作安全性成为了近年来困扰超(超)临界机组安全运行的重要问题。

发明内容

发明目的：本实用新型提供了一种锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，其目的是解决以往的水冷壁向火面金属温度测量困难的问题。

技术方案：本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，包括膜式水冷壁，其特征在于：在膜式水冷壁的管壁上横向开孔，在孔内设置有测温热偶，测温热偶连接至控制单元。

测温热偶的外径为φ1mm，孔的内径为φ1.1mm。

孔的外部开口处的内径为φ2mm。

优点及效果：

本实用新型提供一种锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，包括膜式水冷壁，其特征在于：在膜式水冷壁的管壁上横向开孔，在孔内设置有测温热偶，测温热偶连接至控制单元。

本实用新型为一种锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，特别是一种安全、准确、长久的水冷壁向火面金属温度测量装置。通过真实测量水冷壁向火面金属温度可以提高锅炉水冷壁工作安全性，减少水冷壁爆管、漏泄次数。

本实用新型能够准确的测量锅炉水冷壁向火面金属温度，并且结构简单、实际操作性强、测点寿命长。具体优点如下：

1．热电偶的测量端直接接触向火侧管壁，可真实测量向火侧管壁温度；

2．由于热电偶位于开孔内部，避免直接接受炉内高温辐射、磨损和腐蚀等恶劣因素的影响，使用寿命将大大延长；

3．如果热电偶损坏，电厂技术人员就可以自行更换，而且非常容易，不需要任何特定条件。

应用新型测量技术，测点能够准确反映机组升降负荷、切换磨煤机运行方式、锅炉燃烧工况变化以及吹灰器投运对水冷壁温度的影响幅度。

应用该项技术可为监测水冷壁安全稳定运行提供真实可靠的数据保障。运行人员可随时监控水冷壁温度的运行状态，从中直接了解到各种运行方式对水冷壁温度的影响，以及影响的程度，便于发现、分析和解决问题，为锅炉水冷壁安全运行提供真实数据，尤其是超(超)临界直流锅炉。

该实用新型为研究超临界直流锅炉水冷壁运行温度特性，以及水冷壁的安全运行有着重要意义，尤其是在如何预防水冷壁大比热区传热恶化，导致超温爆管等方面。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式：下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：

如图1所示，本实用新型提供一种锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，包括膜式水冷壁2，在膜式水冷壁2的管壁上横向开孔1，在孔1内设置有测温热偶，测温热偶连接至控制单元，在控制单元测温热偶所采集的信号被引入DCS画面。

测温热偶的外径为φ1mm，孔1的内径为φ1.1mm.

孔1的外部开口处的内径为φ2mm，以便将直径为φ1mm 的测温热偶插入孔内，测量向火侧管壁温度。

图1中的箭头为炉膛辐射。

本实用新型的应力计算分析：超临界直流锅炉水冷壁的规格一般来说是φ32×6mm，在6mm的管壁厚度上开一个直径为1mm的孔后，金属结构发生改变，应力将发生变化，尤其是在超临界压力、及热态条件下，金属强度将发生怎样的变化，能否满足水冷壁的长期运行条件，将是一个考验。

实例选取了12Cr1MnV膜式水冷壁材质、规格是φ32×6mm、运行温度480℃、压力30MPa的结构参数，采用有限元方法进行了水冷壁开孔与不开孔的应力计算对照。在进行有限元应力计算时，为考虑内压对水冷壁管轴向应力的影响，采用将管子一端封堵，另一端约束的方法。根据圣维南原理，在水冷壁上开孔的影响范围在40mm左右，为此，选取长200mm的管段进行计算，其中开孔位于长度100mm的中间位置，计算模型如图2所示。

通过应力计算得出：1．对于未开孔时，最大环向应力95.931MPa；对于开孔时，最大环向应力为96.437MPa，增加0.5%左右，但最大环向应力点都位于膜片处内壁。2．对于未开孔时，最大轴向应力为33.678MPa；对于开孔时，最大轴向应力为 42.887MPa，增加27.3%左右，但最大轴向应力的绝对值远远小于最大环向应力，因此对膜式水冷壁强度破坏主要来自环向应力。3．在开孔位置处，未开孔时内壁最大环向应力75.376MPa，开孔时内壁最大环向应力77.574MPa，内壁最大环向应力增加2.2MPa，约3%左右，仅为膜片处内壁最大环向应力的80%，说明开孔处并非最大应力点。

有限元的应力计算结果表明：虽然开孔后使开孔处的最大环向应力增加了3%，但由于该处不是管子的最大应力处，因此，开孔对管子的强度产生的影响较小，该实施方案是可行的。

经济效益：应用该实用新型可以有效减低因水冷壁金属温度超限而造成的爆管，减少因更换管路而需要的机组停用时间，并且在正常运行时提高机组水冷壁工作安全性，提高机组可用小时数。

由于机组容量不同有较大区别，并且水冷壁超温、爆管等问题比较复杂，所以该项技术对机组经济效益的影响效果也不同。

以1台600MW超超临界直流锅炉为例，假设因水冷壁超温爆管而停炉一次，更换管路的时间一般在4天左右，以每天60%负荷率计算影响电量约34560MW，保守估计每kWh电量上网电价按照0.3元计算，约1040万元。以标煤单价700元/吨，发电成本约730万，电量经济损失300万元。另外机组启动一次，冲洗及并网前所耗油、煤等能源成本损失并为计入，所以应用该项技术的经济效益相当显著。

综上所述，本实用新型的新型锅炉水冷壁金属温度在线测量方式的开发对于水冷壁安全运行是非常必要的，也是应力计算的基础；对于正确评估水冷壁工作特性、可靠性、安全性和有效性都是极其重要的；还可以为基础科研工作提供工程真实数据。

本实用新型采用特殊加工工艺将直径为φ1mm 的测温热电偶植入膜式水冷壁向火侧金属中，并可将信号引入DCS画面中，实际测量并实时监控向火侧管壁温度。本实用新型很好的解决了长久以来水冷壁向火面金属温度测量困难的问题，并且连续测量寿命长、测量准确、安全可靠。

Claims (3)

1.一种锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，包括膜式水冷壁（2），其特征在于：在膜式水冷壁（2）的管壁上横向开孔（1），在孔（1）内设置有测温热偶，测温热偶连接至控制单元。

2.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，其特征在于：测温热偶的外径为φ1mm，孔（1）的内径为φ1.1mm。

3.根据权利要求2所述的锅炉水冷壁向火面金属温度测量装置，其特征在于：孔（1）的外部开口处的内径为φ2mm。

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