DK174314B1 - Method of thermal monitoring and protection of boilers - Google Patents
Method of thermal monitoring and protection of boilers Download PDFInfo
- Publication number
- DK174314B1 DK174314B1 DK49497A DK49497A DK174314B1 DK 174314 B1 DK174314 B1 DK 174314B1 DK 49497 A DK49497 A DK 49497A DK 49497 A DK49497 A DK 49497A DK 174314 B1 DK174314 B1 DK 174314B1
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- sensor
- boiler
- featured
- temperature
- heat conduction
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
DK 174314 B1DK 174314 B1
Beskrivelse 1 Opfindelsen angår en direkte virkende overvågnings og beskyttelsesmetode til kedler, hvor fyrrummet f.eks. er opbygget af membranvægge. Beskyttelsen og overvågningen baseres på ekstern måling af temperatur differensen mellem f.eks. membran finnematerialet og kedelrørene. På kedel typer hvor der ikke anvendes membranvægge, vil andre 5 målepunkter kunne anvendes såfremt de igennem en øget temperatur difference afspejler en øget termisk belastning. Ud fra temperatur differencen kan kedlens belastning og dermed termiske påvirkning fastlægges, idet der for en given kedel design og belastning hersker et ganske bestemt forhold imellem f.eks. membranmaterialets temperatur og kedelrørene temperatur. En stor temperatur forskel vil således normalt indikere en 10 høj termisk belastning, hvorimod en lille temperaturforskel normalt vil indikere en lille termisk belastning af kedlen.Description 1 The invention relates to a direct-acting monitoring and protection method for boilers, where the boiler room e.g. is made up of membrane walls. The protection and monitoring are based on external measurement of the temperature difference between e.g. membrane fin material and boiler tubes. On boiler types where no membrane walls are used, other 5 measuring points can be used if, through an increased temperature difference, they reflect an increased thermal load. Based on the temperature difference, the boiler load and thus thermal effect can be determined, since for a given boiler design and load, there is a very specific relationship between e.g. the temperature of the membrane material and the boiler tubes temperature. Thus, a large temperature difference will usually indicate a high thermal load, whereas a small temperature difference will usually indicate a small thermal load of the boiler.
Temperatur differencen mellem f.eks. finnematerialet og røret er sammen med det aktuelle kedeltrykket og belastningsgraden, de variable værdier ud fra hvilke kedel-15 materialets termiske belastning løbende fastlægges. Temperaturforskelle mellem finnen og røret samt absolut temperature på såvel finne som rør, måles ved hjælp af en topunkts overflade følere. Føleren er udformet som en bladfjeder med overfladefølere fastgjort til bladfjedrenes to ender. Længden på føleren, og dermed bladfjedrene, afpasses efter rør og finne størrelse, således at føleren opnår bedst mulig kontakt mod 20 målepunkterne. Ved hjælp af de pålimede kileformede styrebrikker fordeles bladfjeder trykket ned imod henholdsvis røret og membranen. For at opnå en sikker og god punkt kontakt og dermed højt varmeledning mellem føler og kedelmaterialet er fjederen presset ud i svag U-profil.The temperature difference between e.g. the fin material and the pipe, together with the actual boiler pressure and the degree of load, are the variable values from which the thermal load of the boiler material is continuously determined. Temperature differences between the fins and the tube as well as the absolute temperature on both the fins and tubes are measured using a two-point surface sensors. The sensor is designed as a leaf spring with surface sensors attached to the two ends of the leaf springs. The length of the sensor, and thus the leaf springs, is adjusted to the tube and fin size, so that the sensor achieves the best possible contact with the 20 measuring points. By means of the glued wedge-shaped guide washers, leaf spring is distributed downwardly against the pipe and the diaphragm respectively. In order to achieve a safe and good point contact and thus high heat conduction between the sensor and the boiler material, the spring is pressed into a weak U-profile.
25 Kedler er typisk konstrueret med et strålings fyrrum opbygget af vertikalt stillede vandfyldte kedelrør, som ved hjælp af finner eller indsvejset fladjem danner en gastæt membran og et rum, hvor forbrændingen af det valgte brændsel kan finde sted se fig. 1. Brændslet kan således være olie, gas eller kul. Stråle varmen fra forbrændingen opvarmer finne- og kedelrørsmaterialeme, som vil bevirke dampdannelse i røre-30 ne. Den dannede damp anvendes typisk som proces varme eller som drivmiddel i rotterende maskiner, herunder til elproduktion.Boilers are typically constructed with a radiation boiler compartment made up of vertically positioned water-filled boiler pipes which, by means of fins or welded flat material, form a gas-tight membrane and a space where the combustion of the selected fuel can take place, see fig. 1. The fuel can thus be oil, gas or coal. The radiant heat from the combustion heats the fin and boiler pipe materials which will cause vapor formation in the pipes. The steam generated is typically used as process heat or as a propellant in rotary machines, including for electricity generation.
En af hovedårsagerne til fejl på vandrørskedler er materiale stress på grund af lokal overophedning og overfyring, ukontrolleret temperatur øgning og overbelastning.One of the main causes of water pipe boiler failures is material stress due to local overheating and over-firing, uncontrolled temperature increase and overload.
35 Fejl på kedlens vandfyldte rør kræver stop for reparation ofte i lange perioder, da skadens omfang ofte har bredt sig til flere områder af kedlen. Da fejl på kedler ofte har meget uheldige operationelle aspekter, er der igennem tidens løb forsøgt mange tiltag på at forbedre driftssikkerheden. Således kræver lovgivningen dobbelt uafhængig vandstands sikring imod lav vandstand og dobbeltsikring imod et uønsket højt 40 kedeltryk.35 Failure of the boiler's water-filled pipes often requires stops for repair for long periods, since the extent of the damage has often spread to several areas of the boiler. Since boiler failures often have very unfortunate operational aspects, many efforts have been made over the course of time to improve reliability. Thus, the legislation requires double independent water level protection against low water level and double protection against an undesirably high 40 boiler pressure.
Selv om det som oftest er kedlens absolutte materiale temperaturer og temperatur difference der forsager skader, og dermed giver den bedste indikation af kedlens belastning og kondition, har det ikke været praksis at måle kritiske temperaturer og temera-turforløb over tid, men udelukkende at basere overvågningen og beskyttelsen af 45 2 DK 174314 B1 1 automatiske kedelanlæg på indirekte metoder gennem vandstandssikringen og trykovervågningen.Although the boiler's absolute material temperatures and temperature difference cause damage and thus provide the best indication of the boiler's load and condition, it has not been the practice to measure critical temperatures and temperature over time, but solely to monitor the and the protection of 45 2 DK 174314 B1 1 automatic boiler systems by indirect methods through the water level protection and pressure monitoring.
På industrielle kedler er der igennem tiderne forsøgt flere tiltag på opnåelse af sikker 5 forbrændings -og overfladetemperaturmålinger i fyrrum. Bortset fra infrarød overfladetemperatur målinger, se United States Patent nr. 5,355,845, måles overflade tempe-I raturene ved hjælp af termofølere påmonteret rørene i selve fyrrummet, hvor de ud sættes for ekstreme varme og korrosions påvirkninger og derfor kun har begrænset levetid og er meget kostbare at installere.Industrial boilers have over the years tried several measures to obtain safe combustion and surface temperature measurements in boiler rooms. Apart from infrared surface temperature measurements, see United States Patent No. 5,355,845, surface temperatures are measured using thermo sensors mounted on the pipes in the boiler room, where they are exposed to extreme heat and corrosion impacts and therefore have only a limited lifetime and are very costly. to install.
1010
Ved opfindelsen måles der udelukkende på den kolde side af rørvægen. Ved at måle på kedlens kolde side opnås der udover en væsentlig forøgelse af følernes levetid også at der kan anvendes prisbillige materialer samt at installationsarbejdet gøres betydeligt lettere, idet der ikke skal foretages montage i selve fyrrummet men udelukken-15 de fra kedlens yderside. Måling på kedlens yderside giver et nøjagtigt billede af de påvirkninger kedlen er underlagt, idet der for en given kedel hærsker et bestem forhold mellem den temperatur der kan måles på inder- og ydersiden af membran og rør.In the invention, the cold side of the pipe wall is measured exclusively. By measuring on the cold side of the boiler, in addition to a significant increase in the life of the sensors, it is also possible to use affordable materials and to make the installation work considerably easier, since no installation must be done in the boiler room but exclusively from the outside of the boiler. Measurement on the outside of the boiler gives an accurate picture of the effects the boiler is subject to, for a given boiler, a certain ratio between the temperature that can be measured on the inside and outside of the membrane and pipes prevails.
Et forhold der udover kedlens renhedsgrad kan fastlægges ud fra belastningsgraden, se det i fig. 7 afbillede temperatur forløb. Den primære måle værdi er difference tem-20 peraturen mellem finnen og rørvægen, da det ved normal vandstand på kedlen og tilførte energimængde giver et direkte billede af varmeoverføringsevnen og dermed af kedlens renhed på såvel vandsiden som røggas siden samt de uheldige påvirkninger kedlen i øvrigt er underlagt igennem belastnings variationer.A ratio which, in addition to the degree of purity of the boiler, can be determined from the degree of load, see that in fig. 7 depicted temperature gradients. The primary measurement value is the difference temperature between the fin and the pipe wall, since at normal water level on the boiler and the amount of energy supplied it gives a direct picture of the heat transfer capacity and thus of the boiler's purity on both the water side and the flue gas side as well as the adverse effects of the boiler. subject to load variations.
25 Ved måling af difference temperaturer mellem finne og rør opnås der igennem temperatur differencen et mål for den termiske stress påvirkning som kedlen er underlagt. Stress påvirkninger der udover den tilførte varme, i form af indfyret oliemængde, er påvirket af kedlens varmeoverførings evne og dermed renhed og design. Da det som oftest er de termiske stress påvirkninger der medføre fejl og skader på kedel, gi-30 ver differens temperatur målinger mellem finde og rør en række fordele, fremfor andre indirekte eller direkte målinger.25 By measuring difference temperatures between fines and pipes, a measure of the thermal stress effect to which the boiler is subjected is obtained through the temperature difference. Stress influences that, in addition to the heat supplied, in the form of fuel oil, are influenced by the boiler's heat transfer ability and thus purity and design. Since it is usually the thermal stress influences that cause boiler failure and damage, the differential temperature measurements provide between find and pipe a number of advantages over other indirect or direct measurements.
Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegning, hvor 35 · fig. 1 viser et fyrrum opbygget af vertikalt stillede fordamperrør sammenbygget ved hjælp af p&svejste finner således at der dannes et gastæt forbrændingskammer.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, in which: Figure 1 shows a boiler compartment made up of vertically positioned evaporator pipes assembled by means of welded fins to form a gas-tight combustion chamber.
• fig. 2 viser føler monteringen på membranvægen • fig. 3 viser selve temperaturfølerens opbygning • fig. 4 viser styrebrikken, som sikre god kontakt mellem føler elementet og måle- 40 punktet.FIG. 2 shows the sensor mounting on the membrane wall. FIG. 3 shows the structure of the temperature sensor itself • fig. 4 shows the control chip which ensures good contact between the sensor element and the measuring point.
• fig. 5 viser system opbygningen og dets intergreing med kedlens eksisterende kontrol system.FIG. 5 shows the system structure and its integration with the boiler's existing control system.
• fig. 6. viser den logiske system opbygning.FIG. 6. shows the logical system structure.
• fig. 7 viser temperatur differencen mellem f.eks. finne- og rørmaterialet i forhold 45 til kedlens belastningsgrad.FIG. 7 shows the temperature difference between e.g. the find and pipe material in relation to the boiler load rating.
3 DK 174314 B1 1 I fig. 1 ses opbygningen af membran rørvæggene i den vertikale kedel type. De enkelte rør (2), som her danner fyrrummet (1), er forbundet ved hjælp af påsvejset finner (3), hvorved der skabes gastæthed ti i omgivelserne. Den viste konstruktion, som her se fra toppen, er på ydersiden forsynet med isolering (4) samt en beskyttende dæk-5 plade (5).3 DK 174314 B1 1 In fig. Figure 1 shows the structure of the membrane pipe walls in the vertical boiler type. The individual tubes (2) forming here the boiler room (1) are connected by means of welded fins (3), thereby creating gas density ten in the surroundings. The construction shown here, seen from the top, is provided on the outside with insulation (4) as well as a protective cover-plate (5).
I fig. 2 vises et snit gennem membranvægen og en føler. Føleren, som her er vist monteret i mellem de to pålimede styrebrikker (3), består af en bladfjeder (4) hvorpå der i enderne er indbygget termoelementer (5). Længden på bladfjedren afstemmes 10 efter dimensionerne på membran vægen (1,2), således at fjederkraften fra bladfjed-ren presser termoelementerne ind imod syrebrikkeme med en kraft, der sikre god kontakt mellem følerne og målepunkterne på henholdsvis røret (2) og finnen (1). En elektrisk ledning (6), der står i ledende forbindelse med termoelementerne, er ført gennem bladfjederen (4) og fastgjort til denne ved hjælp af en varmebestandig lim 15 (7). Ledningen (6) tjener til at føre de målte signaler fra termoføleme til signal bear bejdnings enheden, som efterfølgende vil blive benævnt TIP modulet.In FIG. 2 shows a section through the membrane wall and a sensor. The sensor, shown here mounted in between the two glued control pieces (3), consists of a leaf spring (4) on which thermocouples (5) are built into the ends. The length of the leaf spring is adjusted 10 according to the dimensions of the membrane wall (1,2), so that the spring force from the leaf spring presses the thermocouples against the acid chips with a force which ensures good contact between the sensors and the measuring points on the pipe (2) and the fins (1), respectively. ). An electrical conduit (6) which is conductively connected to the thermocouples is passed through the leaf spring (4) and secured to it by means of a heat-resistant glue 15 (7). The wire (6) serves to pass the measured signals from the thermocouples to the signal processing unit, which will subsequently be referred to as the TIP module.
Fig. 3 viser selve differens-temperaturfølerens opbygning. De to føler elementer (3), med elektriske ledninger (4), vælges ud fra det temperaturområde der skal måles og 20 kan være af en hvilken som helst egnet type. Selve føler elementet fastgøres ved hjælp af varmebestandigt lim til et varmeisolerende lag (2), der igen er pålimet bladfjederen (1). Bladfjederen (1) kan være fremstillet af et hvilket som helst egnet materiale der kan sikre en god fjederspænding. I de tilfælde hvor bladfjederen er fremstillet af fibre, eller andet ikke varme ledende materiale, kan det varmeisolerende lag 25 undlades og dermed gøre opbygningen af føleren enklere.FIG. 3 shows the structure of the differential temperature sensor itself. The two sensor elements (3), with electrical wires (4), are selected from the temperature range to be measured and may be of any suitable type. The sensor element itself is fastened by means of heat-resistant glue to a heat-insulating layer (2) which is again glued to the leaf spring (1). The leaf spring (1) can be made of any suitable material which can ensure a good spring tension. In cases where the leaf spring is made of fibers, or other non-heat conductive material, the heat-insulating layer 25 can be omitted, thus simplifying the structure of the sensor.
Fig. 4 viser styrebrikkems udformning. Styrebrikkeme sikre en fiksering af temperaturføleren samt sikre at, der via fjederspændingen, opnås en god varmeledende berøring mellem følerelementeme og kedelmaterialet, i det valgte målepunkt. En sikker 30 berøring frembringes derudover igennem den kileformede udformning af styrebrik keme (2) samt føler styret (3). Styrebrikkeme kan være fremstillet af et hvilket som helst egnet materiale der tillader fastgørelse til kedelmaterialet med varmebestandigt lim.FIG. 4 shows the configuration of the control chip. The control chips ensure a fixation of the temperature sensor and ensure that, through the spring tension, a good heat-conducting contact between the sensor elements and the boiler material is obtained at the selected measuring point. In addition, a secure contact is produced through the wedge-shaped configuration of the control piece core (2) and the sensor guide (3). The control pieces may be made of any suitable material which allows attachment to the boiler material with heat resistant glue.
35 Fig. 5 viser systemets sammenbygning med kedlens eksisterende kontrol panel (4).FIG. 5 shows the system assembly with the boiler's existing control panel (4).
Hardwaren i systemet består af signal opsamling, signal bearbejdning, registrering, overvågning og interaktion med kedlens eksisterende styre systemer (4). I TIP modulet (3) bearbejdes signalerne fra et antal difference temperaturfølere (2), trykføler (7) og belastningsføler (8).The system hardware consists of signal acquisition, signal processing, recording, monitoring and interaction with the boiler's existing control systems (4). In the TIP module (3), the signals from a number of difference temperature sensors (2), pressure sensors (7) and load sensors (8) are processed.
4040
Fig. 6 viser den logiske opbygning af TIP modulet: Den centrale enhed i TIP modulet er mikroprocessoren (1) som kan være en standard PLC enhed med tilstrækkelig regnekapacitet til at bearbejde de indkommende signaler, i forhold til de fastlagte parametre, som er lagret i ROM (2) og RAM (3) udfra erfaring og den pågældende kedel 45 design og operations form. I indgangs modulet (4) konverteres de analoge indgangs-signagler til digitale signaler og i udgangs modulet foretages de nødvendige konverteringer, således at der kan kommunikeres med kedlens eksisterende styrepanel, 4FIG. 6 shows the logical structure of the TIP module: The central unit of the TIP module is the microprocessor (1) which can be a standard PLC unit with sufficient computational capacity to process the incoming signals, relative to the determined parameters stored in the ROM ( 2) and RAM (3) based on experience and the boiler 45 design and operation form. In the input module (4), the analog input signals are converted to digital signals and in the output module the necessary conversions are made so that the boiler's existing control panel can be communicated.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DK49497A DK174314B1 (en) | 1997-05-01 | 1997-05-01 | Method of thermal monitoring and protection of boilers |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DK49497 | 1997-05-01 | ||
DK49497A DK174314B1 (en) | 1997-05-01 | 1997-05-01 | Method of thermal monitoring and protection of boilers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DK49497A DK49497A (en) | 1998-11-02 |
DK174314B1 true DK174314B1 (en) | 2002-12-02 |
Family
ID=8094199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DK49497A DK174314B1 (en) | 1997-05-01 | 1997-05-01 | Method of thermal monitoring and protection of boilers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DK (1) | DK174314B1 (en) |
-
1997
- 1997-05-01 DK DK49497A patent/DK174314B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DK49497A (en) | 1998-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8240913B2 (en) | Fiber optic sensing device and method | |
US7912334B2 (en) | Harsh environment temperature sensing system and method | |
CN101641591B (en) | Hygrometer, and dew-point instrument | |
CN2916602Y (en) | External wall temperature measuring point structure for boiler super-heater/reheater with reduced measuring error | |
CN114005552B (en) | Heat pipe reactor integrated solid reactor core structure easy to measure reactor core temperature | |
RU2711236C1 (en) | Boiler heat exchanger | |
US8955373B2 (en) | Exhaust sensor for an internal combustion engine | |
CN108831571A (en) | Electrical penetration and its manufacturing method electrically run through device | |
CZ285062B6 (en) | Calorimetric measuring apparatus | |
CN112229717A (en) | Load measuring method for pressure pipeline | |
JP4723963B2 (en) | Core coolant temperature measuring device, core coolant temperature measuring method, and reactor monitoring device | |
DK174314B1 (en) | Method of thermal monitoring and protection of boilers | |
CN105674237B (en) | A kind of hearth outlet of power station boiler and horizontal flue flue-gas temperature field real-time measurement method | |
KR20120007494A (en) | Arrangement for mounting a sensor in a heat exchanger wall | |
CN105371973A (en) | Multi-point three-dimensional measurement-based boiler outlet smoke temperature real-time measuring method | |
KR19990081961A (en) | Continuous steam generator | |
RU182291U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF CHANGE DURING OPERATION OF THE CORROSION STATE OF THE SURFACE OF A COAT-AND-TUBE STEAM-AND-TUBE HEAT EXCHANGER ON THE STEAM SIDE | |
GB2173884A (en) | Compact model steam generator having multiple primaries | |
US10060651B2 (en) | Heat flow sensor | |
KR101195326B1 (en) | Temperature sensor for exhaust gas of gas turbine | |
Hyer et al. | Performance of Microreactor Test Article with Embedded Sensors during Testing in the Single Primary Heat Extraction and Removal Emulator | |
US3174340A (en) | Thermocouple and thermometer well | |
JP7460326B2 (en) | temperature measuring device | |
US5380502A (en) | System for suspending reactor tubes in a reactor | |
CN209230799U (en) | A kind of temperature sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B1 | Patent granted (law 1993) | ||
PBP | Patent lapsed |
Country of ref document: DK |