CN206740607U - 电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电站锅炉高温腐蚀技术领域，尤其涉及一种电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，包括取样单元、冷却单元、气氛预处理单元和分析单元，取样单元包括取样管和取样探头，冷却单元把还原性气氛中的水蒸气以液态水的形式排出，经气氛预处理单元处理后的还原性气氛进入气氛分析仪进行红外测量，测量数据传输到PLC控制器中，PLC控制器对造成锅炉的高温腐蚀的因素进行调整。本实用新型通过在线监测还原性气氛的浓度、在线显示高温腐蚀的程度、从而闭环控制影响高温腐蚀的因子，实现减缓高温腐蚀或避免高温腐蚀。
Description
技术领域
本实用新型涉及电站锅炉高温腐蚀技术领域，尤其涉及一种电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统。
背景技术
目前，电站的燃煤锅炉在响应国家环保政策，对燃煤锅炉批量进行低氮燃烧改造，但是由于环保达标的时间限制，低氮燃烧改造的技术参差不齐，给锅炉造成严重缺氧燃烧或局部缺氧燃烧，加剧了水冷壁的高温腐蚀可能性。同时还有其它因素如：煤种的因素、燃烧方式、燃烧调整不到位等原因。目前锅炉的高温腐蚀无特别有效的方式进行分析真正造成的原因，也没有有效的监测手段去分析高温腐蚀的程度，增加了锅炉后期的运行安全风险以及由于高温腐蚀在检修期间需要进行大批量更换水冷壁管，增加了成本。
通过研究影响锅炉高温腐蚀的火焰冲墙、着火延迟、燃煤品质、水冷壁温、运行因素五大原因。找出不同电站锅炉高温腐蚀的不同原因：
其中，锅炉燃烧器的背火侧会发生供氧不足，发生缺氧燃烧，燃烧器发生缺氧燃烧会产生还原性气氛，引起燃烧器的火焰冲墙，火焰冲墙会引起硫酸盐分解、缺氧燃烧、颗粒冲刷锅炉水冷壁三种结果，这三种结果均会引起锅炉水冷壁高温腐蚀的发生，所以准确的监测还原性气氛中的CO浓度值，即可判断是否发生火焰冲墙；锅炉尾部的引风机，会迅速带走锅炉炉膛内的烟气，发生着火延迟，着火延迟会产生还原性气氛和腐蚀性气体，这两种情况发生会引起锅炉水冷壁高温腐蚀的发生，通过准确监测还原性气氛中的CO浓度值，可以判断是否发生着火延迟；燃煤品质决定不同煤含有的煤高硫份、煤碱金属、煤氧化物的成分不同，导致产生H2S、SO2、SO3和S的不同，其中，还原性气氛中H2S的含量最高，只要监测还原性气氛中H2S浓度值；而且锅炉水冷壁温超过350°时会发生高温腐蚀；最后是运行因素，当运行不稳定时，存在火焰切圆直径、燃烧不稳、烟气冲墙时会产生还原性气氛，导致锅炉高温腐蚀加剧，通过准确监测还原性气氛中的CO浓度值，可以判断是否发生运行因素的影响。
通过以上分析，所有因素全部与还原性气氛密切相关。通过在线测量还原性气氛，可以找出五大要素与高温腐蚀的关系。从而通过闭环控制这五大要素，达到控制高温腐蚀的目的。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，通过在线监测还原性气氛的浓度、在线显示高温腐蚀的程度、从而闭环控制影响高温腐蚀的因子，实现减缓高温腐蚀或避免高温腐蚀，提高锅炉运行效率，延长锅炉水冷壁管更换维护周期。
为了实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，包括取样单元、冷却单元、气氛预处理单元和分析单元；
取样单元包括取样管和取样探头，取样管安装在锅炉炉壁上，取样探头安装在取样管的内部，取样探头用于抽取粉尘与还原性气氛的混合物，并滤除粉尘与还原性气氛的混合物中的粉尘；
冷却单元把还原性气氛中的水蒸气以液态水的形式排出；
气氛预处理单元包括排凝系统、气氛干燥系统和二级微粒过滤器，还原性气氛经排凝系统排出液态水，再经气氛干燥系统干燥，最后经二级微粒过滤器滤除微小颗粒；
分析单元包括气氛分析仪、PLC控制器和DCS系统，经气氛预处理单元处理后的还原性气氛进入气氛分析仪进行红外测量，测量数据传输到PLC控制器中，PLC控制器将报警信号输出至DCS系统。
作为本实用新型的优化方案，电站锅炉的高温腐蚀监测控制系统还包括反吹单元，取样探头的尾部设置有三通球阀，反吹单元通过三通球阀的一个出气端口连接在取样探头的尾部。
作为本实用新型的优化方案，取样探头为不锈钢粉末烧结滤棒。
作为本实用新型的优化方案，取样管的安装位置与气氛分析仪的距离不超过10米。
为了实现本实用新型的目的，冷却单元包括散热片、冷却风系统和冷却器，还原性气氛进入到冷却器中进行冷凝，散热片用于冷却器的散热，冷却风系统采用压缩空气对散热片进行连续吹扫。
作为本实用新型的优化方案，分析单元还包括液晶触摸屏，液晶触摸屏与PLC控制器相连。
本实用新型具有积极的效果：1)本实用新型通过采集还原性气氛对造成锅炉高温腐蚀因素进行研究，不仅可以获取锅炉高温腐蚀的程度，然后通过闭环调整减缓锅炉的高温腐蚀，提高锅炉的运行效率，延长锅炉的使用寿命；
2)本实用新型结构简单，监测结果准确，在线显示锅炉高温腐蚀的程度，实现了锅炉高温腐蚀的闭环应用调整。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型对电站锅炉高温腐蚀进行闭环控制的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型公开了电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，包括取样单元、冷却单元、气氛预处理单元和分析单元；
取样单元包括取样管和取样探头，取样管安装在锅炉炉壁上，取样探头安装在取样管的内部，取样探头用于抽取粉尘与还原性气氛的混合物，并滤除粉尘与还原性气氛的混合物中的粉尘；其中，取样管安装在锅炉炉壁的鳍片上，用来提供传输还原性气氛的通道，使取样探头与锅炉炉内连通，保证准确的采集到锅炉水冷壁附近产生的还原性气氛，取样管包括金属管、绝缘体、球阀和45度角连接件等构件，取样管整体是密封的。取样管与锅炉的水冷壁45°角安装焊接。
冷却单元把还原性气氛中的水蒸气以液态水的形式排出；
气氛预处理单元包括排凝系统、气氛干燥系统和二级微粒过滤器，还原性气氛经排凝系统排出液态水，再经气氛干燥系统干燥，最后经二级微粒过滤器滤除微小颗粒；气氛预处理单元可以保证进入分析单元的还原性气氛为纯净的还原性气氛，不含水分与煤粉未燃烧的颗粒。
分析单元包括气氛分析仪、PLC控制器和DCS系统，经气氛预处理单元处理后的还原性气氛进入气氛分析仪进行红外测量，测量数据传输到PLC控制器中，PLC控制器经过处理后给出还原性气氛中各气体浓度的测量值和分析得到锅炉的高温腐蚀程度，PLC控制器将报警信号输出至DCS系统，PLC控制器根据还原性气氛中各气体浓度的测量值对造成锅炉的高温腐蚀的因素进行调整，减缓锅炉的高温腐蚀
电站锅炉的高温腐蚀监测控制系统还包括反吹单元，取样探头的尾部设置有三通球阀，反吹单元通过三通球阀的一个出气端口连接在取样探头的尾部。正常取样时，三通球阀直通，采样气体(粉尘与还原性气氛的混合物)直接进入冷却单元进行后续处理，当需要反吹时，旋转气缸驱动三通球阀的阀芯逆时针旋转90度，压缩空气向取样管吹扫。
取样探头为不锈钢粉末烧结滤棒，通过不锈钢粉末烧结滤棒可以滤除20um以上的颗粒。
取样管的安装位置与气氛分析仪的距离不超过10米，不超过10米可以使得测量结果更加准确。
冷却单元包括散热片、冷却风系统和冷却器，还原性气氛进入到冷却器中进行冷凝，散热片用于冷却器的散热，冷却风系统采用压缩空气对散热片进行连续吹扫。通过独立的温控仪使得冷却器的温度在0-4℃，然后凝结的凝露由冷凝水收集器收集后，通过排凝蠕动泵定时排出。
气氛分析仪将经过预处理后的采样气体送入进行红外分析，然后通过通讯模块传入PLC控制器中，经数字滤波、线性插值及温度补偿等后，给出气体浓度测量值，以4～20mA电流信号输出。PLC控制器输出4-20mA标准信号以及各种报警信号到DCS系统。液晶触摸屏用于系统设置、气氛在线显示等。
利用电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统进行监测控制的方法，包括如下步骤：
步骤1：取样管安装在锅炉炉壁上，取样探头安装在取样管的内部，取样探头抽取粉尘与还原性气氛的混合物；
步骤2：取样探头滤除粉尘与还原性气氛的混合物中的粉尘，然后传输至冷却单元，冷却单元把还原性气氛中的水蒸气以液态水的形式排出；
步骤3：经过冷却单元处理后的还原性气氛再经气氛预处理单元处理，使得处理后的还原性气氛不含水分与未燃烧颗粒；
步骤4：经过气氛预处理单元处理后的还原性气氛进入到气氛分析仪进行分析，气氛分析仪将分析结果传入PLC控制器，PLC控制器经过数字滤波、线性插值和温度补偿后，得到还原性气氛中各气体浓度的测量值；
步骤5：PLC控制器将报警信号输出至DCS系统，PLC控制器根据还原性气氛中各气体浓度的测量值对造成锅炉高温腐蚀的因素进行调整，减缓锅炉的高温腐蚀。
在步骤4中，PLC控制器建立还原性气氛与锅炉高温腐蚀的软件模型：
其中，F(T)为锅炉的腐蚀程度，T为时间变量，k1、k2和k3为常量，x1为实时在线测量的CO浓度，x2为实时在线测量的H2S浓度，a、b为在线设置参数。软件模型通过自学习优化功能在线修正，通过软件模型可以实现在线监测高温腐蚀的程度，并及时预警。
如图2所示，PLC控制器根据还原性气氛中各气体浓度的测量值对造成锅炉高温腐蚀的因素进行相应的调整，调整涉及三个处理模块，分别是火焰冲墙处理模块、着火延迟处理模块和运行因素处理模块，火焰冲墙处理模块向锅炉的中心调整燃烧器的角度，着火延迟处理模块提高磨煤机出口的温度，运行因素处理模块用于增加送风机的风量。还可以采用低硫煤提高燃煤的品质来降低锅炉高温腐蚀。本实用新型实时闭环控制影响锅炉高温腐蚀的各因子，本闭环控制采用自学习自优化的闭环模糊控制。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，其特征在于：包括取样单元、冷却单元、气氛预处理单元和分析单元；
所述的取样单元包括取样管和取样探头，所述的取样管安装在锅炉炉壁上，所述的取样探头安装在取样管的内部，所述的取样探头用于抽取粉尘与还原性气氛的混合物，并滤除粉尘与还原性气氛的混合物中的粉尘；
所述的冷却单元把还原性气氛中的水蒸气以液态水的形式排出；
所述的气氛预处理单元包括排凝系统、气氛干燥系统和二级微粒过滤器，还原性气氛经排凝系统排出液态水，再经气氛干燥系统干燥，最后经二级微粒过滤器滤除微小颗粒；
所述的分析单元包括气氛分析仪、PLC控制器和DCS系统，经气氛预处理单元处理后的还原性气氛进入气氛分析仪进行红外测量，测量数据传输到PLC控制器中，所述的PLC控制器将报警信号输出至DCS系统。
2.根据权利要求1所述的电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，其特征在于：所述的电站锅炉的高温腐蚀监测控制系统还包括反吹单元，所述取样探头的尾部设置有三通球阀，反吹单元通过三通球阀的一个出气端口连接在取样探头的尾部。
3.根据权利要求1所述的电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，其特征在于：所述的取样探头为不锈钢粉末烧结滤棒。
4.根据权利要求1所述的电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，其特征在于：所述取样管的安装位置与气氛分析仪的距离不超过10米。
5.根据权利要求1所述的电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，其特征在于：所述的冷却单元包括散热片、冷却风系统和冷却器，还原性气氛进入到冷却器中进行冷凝，散热片用于冷却器的散热，所述的冷却风系统采用压缩空气对散热片进行连续吹扫。
6.根据权利要求1所述的电站锅炉高温腐蚀的监测控制系统，其特征在于：所述的分析单元还包括液晶触摸屏，所述的液晶触摸屏与PLC控制器相连。
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| CN112725039A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-30 | 西安鼎研科技股份有限公司 | 煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管co浓度分析系统及方法 |
| CN113310512A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-27 | 扬州华大锅炉有限公司 | 一种热水锅炉用热力系统腐蚀防护在线检测装置 |
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