CN216924331U - 一种水冷壁高温腐蚀的监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的水冷壁高温腐蚀监控系统，包括多个监控单元具有激光发射、接收装置及控制组件，通过使激光发射、接收装置位于水冷壁的外部并对向设置，使激光发射装置发射的激光贯穿锅炉炉膛形成激光束，使激光束平行于水冷壁并距水冷壁不大于10mm，能够使激光束穿过水冷壁的贴壁气氛，再通过激光接收装置接收激光束并将其转换成电信号输出至控制组件，使得控制组件能够计算出对应的气体浓度并调整锅炉燃烧器的燃烧方式，从而改善水冷壁的贴壁气氛、减缓高温腐蚀，实现了实时监控的技术效果。

Description

一种水冷壁高温腐蚀的监控系统

技术领域

本实用新型属于锅炉水冷壁监控技术领域，具体涉及一种水冷壁高温腐蚀监控系统。

背景技术

随着火电厂超低排放改造的实施，为降低氮氧化物，锅炉燃烧器普遍采用低氮燃烧器，利用空气分级燃烧实现降低氮氧化物的目的，主燃烧区域缺氧运行，煤粉燃烧不完全，烟气处于强还原性气氛，加之煤炭市场形势紧张，为降低燃料成本，火电厂大多掺烧部分高硫煤，导致水冷壁贴壁区域长期处于强还原性气氛中，容易发生还原性气氛下的高温硫腐蚀，该腐蚀会导致水冷壁壁厚减薄，严重的，还会引发锅炉爆管泄漏事故，严重影响机组的安全运行。

现有火电厂对锅炉水冷壁的监控还处于事后处理阶段，大多通过定期检修的方式检查水冷壁的厚度，通过测厚结果评估水冷壁高温腐蚀的程度，再采取换管、防腐喷涂等被动防护措施进行处理，滞后性且不具有实时监控的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种具有实时监控功能的水冷壁高温腐蚀监控系统，本实用新型还提供一种用于确保火电机组安全、稳定运行的水冷壁高温腐蚀的监控方法。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案中的产品是，水冷壁高温腐蚀监控系统，包括多个监控单元，所述监控单元包括激光发射装置、激光接收装置、以及与所述激光接收装置电连接的控制组件，所述激光发射装置、所述激光接收装置位于水冷壁的外部并对向设置，所述激光发射装置发射的激光贯穿锅炉炉膛形成平行于所述水冷壁的激光束，所述激光束距所述水冷壁的距离不大于10mm，所述激光接收装置接收所述激光束并将其转换成电信号输出至所述控制组件，所述控制组件根据所述电信号对应的气体浓度调整锅炉燃烧器的燃烧方式，以改善所述水冷壁的贴壁气氛、减缓高温腐蚀。

优选地，所述激光发射装置包括三个激光二极管，这三个所述激光二极管分别发射波长为760nm、2330nm、2665nm的脉冲激光，分别对应氧气、一氧化碳和硫化氢的吸收光谱，所述激光接收装置包括三个光电探测器，这三个所述光电探测器分别接收三个所述激光二极管发出的脉冲激光。

进一步优选地，所述激光发射装置还包括用于将三个所述激光二极管发射的脉冲激光合成单束激光的合波器，所述激光接收装置还包括用于将该单束激光还原成三束激光的分波器。

进一步优选地，所述合波器、所述分波器的外部设有压缩空气吹扫装置。

优选地，所述监控单元至少有四个，这四个所述监控单元分别对应所述锅炉炉膛的一侧面的水冷壁，相邻的所述监控单元沿所述锅炉炉膛的轴向方向间隔设置。

优选地，所述水冷壁的鳍片上开设有用于所述激光束穿过的监测孔，所述监测孔内嵌设有透明石英玻璃。

优选地，所述激光发射装置、所述激光接收装置连接有同步平移组件，所述同步平移组件用于调整所述激光束距所述水冷壁的距离。

优选地，所述控制组件包括信号处理器、控制器和燃烧器控制单元，所述控制器通过所述信号处理器与所述激光接收装置电连接，所述控制器通过所述燃烧器控制单元调整所述燃烧器的燃烧方式。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案中的方法是，水冷壁高温腐蚀的监控方法，采用上述水冷壁高温腐蚀监控系统对所述水冷壁的高温腐蚀风险进行认定，认定方法为：当所述监控系统检测到氧气浓度大于等于2％时，认定为无风险；当所述监控系统检测到氧气浓度大于等于1％小于2％且一氧化碳浓度小于0.1％时，认定为轻微风险；当所述监控系统检测到氧气浓度小于1％或一氧化碳浓度大于等于0.1％或硫化氢浓度大于等于0.01％时，认定为严重风险；在单位时间内，若轻微风险时间占比小于5％且未有严重风险出现，则按检修周期检修；在单位时间内，若轻微风险时间占比大于等于5％或有严重风险出现，则通过所述控制组件调整所述锅炉燃烧器的燃烧方式；若出现连续两次调整所述燃烧方式的现象，则缩短所述检修周期并发出高温腐蚀预警。

优选地，所述单位时间为1天。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型提供的水冷壁高温腐蚀监控系统，通过设置激光发射及接收装置产生贯穿锅炉炉膛的激光束，使激光束平行于水冷壁并距水冷壁不大于10mm，能够使激光束穿过水冷壁的贴壁气氛，贴壁气氛中的气体吸收激光束的特定光谱，使激光接收装置接收到的激光束发生变化，该变化影响其转换成的电信号，使得控制组件能够根据该电信号计算出对应的气体浓度，从而根据水冷壁的贴壁气氛对水冷壁的高温腐蚀进行实时监测，再通过控制组件根据气体浓度调整锅炉燃烧器的燃烧方式，能够对水冷壁的高温腐蚀实现实时、及时的控制，从而实现实时监控的技术效果。

通过激光监测贴壁气氛，可监测气体的选择多、测量精度高、稳定性好、不受其他气体干扰、监测范围大，能准确反应水冷壁的贴壁气氛，并能够形成截面气体浓度云图，清晰直观地反应出水冷壁的高温腐蚀情况，为后续处理提供依据。

本实用新型提供的水冷壁高温腐蚀的监控方法，先根据水冷壁贴壁气氛中各气体的浓度对水冷壁高温腐蚀的风险进行评估，再根据风险时间在单位时间内的占比针对性地实施控制策略，从而实现实时优化调整的技术效果，确保火电机组安全、经济、稳定地运行，还能在控制无效时，发出预警，提醒运行人员存在的潜在风险。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的主视示意图。

图2是图1中A-A处的剖视示意图，仅展示了部分监控单元。

图3是图1中B-B处的剖视示意图。

其中：10.监控单元；10a.第一监控单元；10b.第二监控单元；10c.第三监控单元；10d.第四监控单元；11.激光发射装置；111.激光二极管；112.合光器；113.吹扫装置；114.同步平移组件；12.激光接收装置；121.光电探测器；122.分光器；123.吹扫装置；124.同步平移组件；13.控制组件；131.信号处理器；132.控制器；133.燃烧器控制单元；20.炉膛；21.水冷壁；211.监测孔；212.透明石英玻璃。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1至3所示，本实用新型提供的水冷壁高温腐蚀监控系统，包括四个监控单元10，这四个监控单元10分别为第一监控单元10a、第二监控单元10b、第三监控单元10c和第四监控单元10d，这四个监控单元10分别对应锅炉炉膛20一侧面的水冷壁，相邻的监控单元10沿锅炉炉膛20的轴向方向间隔设置；每个监控单元10均包括激光发射装置11、激光接收装置12、以及与激光接收装置12电连接的控制组件13，激光发射装置11、激光接收装置12位于水冷壁21的外部并对向设置，激光发射装置11发射的激光贯穿锅炉炉膛20形成平行于水冷壁21的激光束，激光束距水冷壁21的距离不大于10mm，以便贯穿水冷壁21的贴壁气氛，激光接收装置12用于接收激光束并将其转换成电信号后输出至控制组件13，使得控制组件13能够根据该电信号计算出对应的气体浓度，从而根据该气体浓度调整锅炉燃烧器的燃烧方式，以改善水冷壁的贴壁气氛、减缓水冷壁的高温腐蚀，控制组件13包括信号处理器131、控制器132和燃烧器控制单元133，控制器13通过信号处理器131与激光接收装置12电连接，控制器13通过燃烧器控制单元133调整燃烧器的燃烧方式，控制器13还与激光发射单元11电连接，用于控制激光发射单元11发射激光，锅炉燃烧器燃烧方式的调整可采用改变燃烧器喷射角度、粉管进粉量等现有技术实现，在此不再赘述。

这样设置的好处在于，能够对水冷壁的贴壁气氛进行实时监测，并根据监测结果实时调整锅炉燃烧器的燃烧方式，改善水冷壁的贴壁气氛，从而实现对水冷壁高温腐蚀的实时监控；通过激光监测贴壁气氛，可监测气体的选择多、测量精度高、稳定性好、不受其他气体干扰、监测范围大，能准确反应水冷壁的贴壁气氛，并能够形成截面气体浓度云图，清晰直观地反应出水冷壁的高温腐蚀情况，为后续处理提供依据。

在本实施例中，为实现对水冷壁贴壁气氛中氧气、一氧化碳和硫化氢浓度的监测，激光发射装置11包括三个激光二极管111，这三个激光二极管111分别发射波长为760nm、2330nm、2665nm的脉冲激光，分别对应氧气、一氧化碳和硫化氢的吸收光谱，激光接收装置12包括三个光电探测器121，这三个光电探测器121分别接收三个激光二极管111发出的脉冲激光，为避免激光束受到干扰，激光发射装置11还包括用于将三个激光二极管111发射的脉冲激光合成单束激光的合波器112，合波器112靠近激光二极管111设置，合波器112的外部设有用于清洁和降温的压缩空气吹扫装置113，激光接收装置12还包括用于将该单束激光还原成三束激光的分波器122，分波器112靠近光电探测器111设置，分波器112的外部设有用于清洁及降温的压缩空气吹扫装置123。

为避免贴附在水冷壁上的灰烬或飘散在烟气中的灰烬对激光束的影响，提升监测效率，在本实施例中，激光发射装置11、激光接收装置12分别连接有同步平移组件114、115，同步平移组件114、115用于带动激光发射装置11、激光接收装置12同步平移，以调整激光束距水冷壁21的距离。

在本实施例中，水冷壁21的鳍片上开设有用于激光束穿过的监测孔211，为避免锅炉炉膛20内的烟气溢出，监测孔211内嵌设有透明石英玻璃212。

本实用新型提供的水冷壁高温腐蚀的监控方法，采用上述水冷壁高温腐蚀监控系统对水冷壁的高温腐蚀风险进行认定，认定方法为：当监控系统检测到氧气浓度大于等于2％时，认定为无风险；当监控系统检测到氧气浓度大于等于1％小于2％且一氧化碳浓度小于0.1％时，认定为轻微风险；当监控系统检测到氧气浓度小于1％或一氧化碳浓度大于等于0.1％或硫化氢浓度大于等于0.01％时，认定为严重风险；监控方法为：在单位时间内，若轻微风险时间占比小于5％且未有严重风险出现，则按检修周期检修；在单位时间内，若轻微风险时间占比大于等于5％或有严重风险出现，则通过控制组件调整锅炉燃烧器的燃烧方式；若出现连续两次调整燃烧方式的现象，则缩短检修周期并发出高温腐蚀预警。

这样设置的好处在于，能够实现实时优化调整，从而确保火电机组安全、经济、稳定地运行，还能在控制无效时，发出预警，提醒运行人员存在的潜在风险。

优选地，单位时间为1天。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水冷壁高温腐蚀监控系统，包括多个监控单元，其特征在于：所述监控单元包括激光发射装置、激光接收装置、以及与所述激光接收装置电连接的控制组件，所述激光发射装置、所述激光接收装置位于水冷壁的外部并对向设置，所述激光发射装置发射的激光贯穿锅炉炉膛形成平行于所述水冷壁的激光束，所述激光束距所述水冷壁的距离不大于10mm，所述激光接收装置接收所述激光束并将其转换成电信号输出至所述控制组件，所述控制组件根据所述电信号对应的气体浓度调整锅炉燃烧器的燃烧方式，以改善所述水冷壁的贴壁气氛、减缓高温腐蚀。

2.根据权利要求1所述的水冷壁高温腐蚀监控系统，其特征在于：所述激光发射装置包括三个激光二极管，这三个所述激光二极管分别发射波长为760nm、2330nm、2665nm的脉冲激光，所述激光接收装置包括三个光电探测器，这三个所述光电探测器分别接收三个所述激光二极管发出的脉冲激光。

3.根据权利要求2所述的水冷壁高温腐蚀监控系统，其特征在于：所述激光发射装置还包括用于将三个所述激光二极管发射的脉冲激光合成单束激光的合波器，所述激光接收装置还包括用于将该单束激光还原成三束激光的分波器。

4.根据权利要求3所述的水冷壁高温腐蚀监控系统，其特征在于：所述合波器、所述分波器的外部设有压缩空气吹扫装置。

5.根据权利要求1所述的水冷壁高温腐蚀监控系统，其特征在于：所述监控单元至少有四个，这四个所述监控单元分别对应所述锅炉炉膛的一侧面的水冷壁，相邻的所述监控单元沿所述锅炉炉膛的轴向方向间隔设置。

6.根据权利要求1所述的水冷壁高温腐蚀监控系统，其特征在于：所述水冷壁的鳍片上开设有用于所述激光束穿过的监测孔，所述监测孔内嵌设有透明石英玻璃。

7.根据权利要求1所述的水冷壁高温腐蚀监控系统，其特征在于：所述激光发射装置、所述激光接收装置连接有同步平移组件，所述同步平移组件用于调整所述激光束距所述水冷壁的距离。

8.根据权利要求1所述的水冷壁高温腐蚀监控系统，其特征在于：所述控制组件包括信号处理器、控制器和燃烧器控制单元，所述控制器通过所述信号处理器与所述激光接收装置电连接，所述控制器通过所述燃烧器控制单元调整所述燃烧器的燃烧方式。

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