TWI845885B - 用於評估鍋爐之條件的方法及系統 - Google Patents

用於評估鍋爐之條件的方法及系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI845885B
TWI845885B TW111102033A TW111102033A TWI845885B TW I845885 B TWI845885 B TW I845885B TW 111102033 A TW111102033 A TW 111102033A TW 111102033 A TW111102033 A TW 111102033A TW I845885 B TWI845885 B TW I845885B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
resistivity
water wall
boiler water
boiler
wall
Prior art date
Application number
TW111102033A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202246770A (zh
Inventor
艾倫 費里
Original Assignee
瑞士商通用電氣技術公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 瑞士商通用電氣技術公司 filed Critical 瑞士商通用電氣技術公司
Publication of TW202246770A publication Critical patent/TW202246770A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI845885B publication Critical patent/TWI845885B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/38—Determining or indicating operating conditions in steam boilers, e.g. monitoring direction or rate of water flow through water tubes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/20—Investigating the presence of flaws
    • 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
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

揭示一種評估鍋爐(12)之條件的方法及系統。評估鍋爐的條件在已知溫度條件下針對鍋爐水壁(23的第一位置建立鍋爐水壁的基線電阻率。在另一溫度條件下測量第一位置的電阻率。比較第一位置的測量電阻率與基線電阻率。基於該比較來判定鍋爐之水壁的條件。

Description

用於評估鍋爐之條件的方法及系統
如本文所述之實施例大致上係關於用於監測複合循環發電廠及蒸汽發電廠之鍋爐的操作之評估方法及系統。更具體而言，本文描述用於評估一鍋爐之一條件（亦即，於鍋爐之水壁上的渣堆積及腐蝕之存在）的系統及方法。
技術討論
鍋爐一般包括爐子，在該爐子中燃料經燃燒以產生熱以產生蒸汽。燃料的燃燒產生熱能或熱，該熱能或熱係用於加熱並蒸發液體，諸如水，此產生了蒸汽。所產生的蒸汽可用於驅動渦輪以產生電力或以提供用於其他目的的熱。化石燃料，諸如粉煤、天然氣、及類似者係在許多用於鍋爐的燃燒系統中使用的一般燃料。當燃燒燃料時產生熱，並且形成煤煙、底部灰、及煙氣。
燃燒容器之壁經常由以熱交換介質（一般係水或蒸氣）填充的一系列熱交換管構成，並且可稱為「水壁」。礦材料可累積在水管之內側表面上，從而形成稱為鍋爐垢的層。鍋爐垢阻礙熱從燃燒容器壁轉移至熱交換介質，從而削弱了鍋爐的效率。熱累積在燃燒容器中，從而提高燃燒室之壁的操作溫度。較高的操作溫度可危險地弱化燃燒室的壁，從而導致過早的失效。
水壁之一側係面對著燃燒室且暴露至燃燒產物，該等燃燒產物可包括熱氣體、灰、及腐蝕性燃燒副產物。燃料（諸如煤）的燃燒導致了在水壁之內側表面上的煤煙及灰沉積物，從而削弱了從燃燒容器中之加熱氣體至水管的熱轉移。在燃燒容器壁上的一層灰或渣阻礙了效率，且因此必須週期性地移除。由於在藉由消耗的化石燃料所沉積的熱氣體及灰中之腐蝕性物質，或由例如在垃圾焚燒發電廠(trash-to-energy plant)中消耗的固體廢物所造成的物理降解，故燃燒容器的壁可隨著時間腐蝕。此腐蝕降低管的壁厚度。燃燒容器的壁必須維持在最小厚度以可靠地承受水管中的高壓。
燃燒容器的適當維護通常需要週期性停工以進行檢查、清潔、及維修關鍵組件。若欲在不損害安全性的情況下避免與工廠停工相關聯的費用，則必須仔細監測並評估燃燒容器內之物理及操作條件以偵測危險的條件。針對這些原因，將係所欲的是提供非侵入式管上(on-line)監測系統，其評估燃燒容器自身之關鍵部分的物理特性，以判定燃燒容器之部分的溫度、熱通量、及厚度。
一個可能的監測方法可係基於已知物理定律，因為其等係與燃燒容器壁及水管之建構材料（一般係碳鋼）相關。例如，導體中的電阻與導體的長度成正比，且與其截面積成反比。根據已知定律，導體的電阻率隨著導體的溫度增加。如本文中所使用之用語電阻率(resistivity)係指「薄層電阻率(sheet resistivity)」，且定義為由一材料提供至電流之流動的電阻乘以電流流動的截面積及電流路徑的每單位長度，或者為電導率的倒數。針對二維板材之用語「薄層電阻率(sheet resistivity)」係定義為每單位材料厚度之電阻率。
例如，如美國專利第3,721,897號所揭示，已知的是傳遞一恆定電流通過燃燒室壁的一部分並測量橫跨該壁之已知長度的電壓降。可使用該恆定電流及該測量電壓來計算燃燒容器壁之部分的電阻。在燃燒容器操作期間所採取的測量係針對溫度而補償，並與基線電阻測量比較。增加的電阻指示了燃燒容器壁面積減少。若電阻增加超出一預定點，則指示一不安全條件（亦即，鍋爐的嚴重薄化），且使未排程停工係合理的。反過來說，管上監測可藉由指示工廠係正常操作而延長介於排程停工之間的時期。
另一方法係採用嵌入至鍋爐水壁中的熱通量感測器以測量從火球至水壁中的熱通量，從而指示鍋爐的此區段是乾淨或骯髒的。在清潔之後，水壁的該區段一般將展示較高的熱通量。在此一方法中，使用記錄通過小於1平方吋之管道的熱通量之小熱通量感測器，以測量數呎寬及高之水壁之區段的乾淨度(cleanliness)。然而，此程序在水壁上的灰或渣不均勻時可能無效，這導致熱通量感測器給出水壁乾淨度的不準確表徵。若熱通量感測器讀數低於該區段的平均值，則將太常清潔水壁，從而可能在水砲用於清潔時導致侵蝕或熱應力破裂。若熱通量感測器讀數高於該區段的平均值，則渣可燒結至水壁，使其難以或不可能透過標準的管上清潔方法移除。由於嵌入至水壁管之區段的微小熱電偶線的緣故，熱通量感測器亦係相對脆弱的。更換熱通量感測器需要切除現存感測器，並將新感測器焊接在內。在一些例子中，用於安裝熱通量感測器的對焊可受損，從而導致管洩漏及潛在的強制鍋爐停工。儘管存在這些已知問題，熱通量感測器仍係用於控制水壁清潔之最廣泛使用的方法。
用以提供能夠執行水壁管之面積平均溫度測量的非侵入式系統所採用之另一方法係稱為電阻測繪(Electrical Resistance Mapping, ERM)。ERM結合4線式電阻測量的概念、由有限數目之電流注入點的電阻測量之網格的數學重建、及使用水壁之已知及測量性質的演算法，以計算在感測器位置之網格中之各位置周圍的平均金屬溫度。美國專利公開案第2003/0055586號（其以引用之方式併入本文中）描述包括正則化模型之方法，該正則化模型在經應用至從燃燒容器壁上之實質上同等間隔節點的二維網格收集的資料時，利用該資料導致計算在誤差程度上的最小化。更具體而言，此一電阻測繪方法利用配置在燃燒容器之水壁的外側表面上之接觸節點的二維網路。已知電流係從複數個源(source)至複數個槽(sink)來疊代地施加在該網路上。在電流源/槽的各疊代期間，在該網路中之各節點之間採取電壓測量。這些電壓測量包括用於計算的資料，以判定所評估之燃燒容器壁之部分的物理特性（例如，電阻或溫度）。
使用此一現存系統，在理想條件下可準確執行測量，這將導致燃燒容器之物理及操作條件的可靠指示。然而，由於測量裝置的有限準確度及在鍋爐內之操作條件的波動，通常需要高電力位準及電流位準以達成可接受的測量。此外，已發現具有雜訊（電雜訊、程序變動、及數學重建演算法的假影(artifact)）的問題，其限制了ERM系統的準確度及/或覆蓋面積。此外，由於管的背側始終處於飽和溫度，故一些鍋爐（具體地，次臨界鍋爐）在隨著熱通量增加時具有較小的平均水壁溫度變化。因此，造成較小的熱通量變化，其已阻礙ERM系統/方法在此類鍋爐上的實際應用。仍進一步，實施ERM系統所需的佈線（其通常橫跨鍋爐水壁延伸）可能阻擋對其他鍋爐組件的取用或在取用此類組件以用於維修時受損。
鑑於上述，需要用於非侵入性地及準確地評估鍋爐的渣積聚、腐蝕、及侵蝕條件以避免與現存方法相關聯之後勤及實際問題的系統及方法。
在一實施例中，本文描述一種評估一鍋爐之一條件的方法。該方法包括：在一已知溫度條件下，針對一鍋爐水壁之複數個位置的一第一位置建立該鍋爐水壁之一基線電阻率；在另一溫度條件下，針對該鍋爐壁之該複數個位置的該第一位置測量一電阻率；比較該第一位置的該測量電阻率與該第一位置的該基線電阻率；及基於該比較判定該鍋爐之該水壁的一條件。
在另一實施例中，一種用於評估一鍋爐之一條件的系統包括一電阻率感測模組，該電阻率感測模組係在從沿著一水壁之一冷側的複數個位置選定的一第一位置處電氣連接至一鍋爐之該水壁的該冷側。該電阻率感測模組經組態以經由一第一對引線施加一已知電流至該水壁，並經由一第二對引線測量由該電流之該施加所引起的一電壓。該系統亦包括一控制單元，該控制單元與該電阻率感測模組通訊，其中該電阻率感測模組及該控制單元中之至少一者經組態以至少部分地基於該測量電壓來判定該水壁的一條件。
在又另一實施例中，一種用於評估一通道之一內壁之一條件的系統包括：一電阻率感測模組，其電氣連接至該通道之一外壁，該電阻率感測模組包括一電源、一處理器、及一四線式感測器系統，該四線式感測器系統包括一第一對引線及一第二對引線，該第一對引線電氣連接至該通道的該外壁，該第二對引線在與該第一對引線隔開的一位置處電氣連接至該通道的該外壁，該電力感測模組經組態以經由該第一對引線施加一已知電流至該通道的該外壁並經由該第二對引線測量由該電流之該施加所引起的一電壓；及一控制單元，該控制單元與該電阻率感測模組通訊；其中該電阻率感測模組及該控制單元中之至少一者經組態以至少部分地基於該測量電壓來判定該通道之該外壁的該條件。
以下詳細參照如本文所示之例示性實施例，其等之實例係繪示於隨附圖式中。只要係可能的，在全部圖式中使用的相同參考字符係指相同或類似的部件。雖然本文所述的各種實施例適用於搭配所有電力產生系統使用，但是出於說明清楚性的原因，本文中的說明大致上係關於已選定並描述了諸如用於粉煤電廠的粉煤鍋爐。其他系統可包括利用各式各樣燃料（包括但不限於粉煤、油、氣體）的不同類型鍋爐、爐子、及燃燒加熱器。例如，設想的鍋爐可包括但不限於：切向燃燒式(T-fired)及壁燃燒式(wall fired)粉煤鍋爐兩者、循環流體化床(circulating fluidized bed, CFB)鍋爐及鼓泡流體化床(bubbling fluidized bed, BFB)鍋爐、拋煤機鍋爐(stoker boiler)、廢料焚燒發電鍋爐(waste-to-energy boiler)、及用於生質材料鍋爐的懸掛燃燒器。此外，此類鍋爐可包括受控循環鍋爐、天然循環鍋爐、及超臨界鍋爐、及在熱回收蒸氣產生系統中採用之其他者。
如本文所述之實施例係關於一種電力產生系統，其具有燃燒系統及用於該燃燒系統的評估方法及控制方案，該評估方法及控制方案提供用於評估表示燃燒容器鍋爐之電力特性的資料。具體而言，所述實施例係關於利用在判定鍋爐壁之溫度的應用，如可與在鍋爐之水壁上的煤煙及渣積聚、或鍋爐壁之表面的侵蝕相關。應理解，雖然本文中之實施例係參照鍋爐的水壁而描述，但是此描述完全係出於說明之目的，且不應視為限制性。所述實施例同等適用於遭受腐蝕、侵蝕的表面、或者煤煙或渣的堆積可影響表面之材料的性能之情況下。
圖1繪示發電系統10，其具有燃燒系統11，該燃燒系統具有鍋爐12，如在發電應用中所利用者。鍋爐12可係切向燃燒式鍋爐（亦稱為切向燃燒式(T-fired)鍋爐）或壁燃燒式鍋爐。經由燃燒器總成14及/或與該等燃燒器總成14相關聯的噴嘴將燃料及空氣引入至鍋爐12中。燃燒系統10包括燃料源，諸如，例如經組態以將燃料（諸如煤）研磨至所欲細度的粉碎器16。使用一次空氣將粉碎的煤從粉碎器16傳遞至鍋爐12。空氣源18供應二次或燃燒空氣至鍋爐12，該空氣在該鍋爐中與燃料混合並隨後燃燒。在鍋爐12係燃燒氧氣時，空氣源18可係空氣分離單元，其從進入的空氣流或直接從大氣提取氧。
該鍋爐12包括料斗區20，該料斗區位於主燃燒器區22下方，可自該料斗區收集灰以供進行後續移除。鍋爐12的底部及料斗區20具有一格柵（未圖示），該格柵用於引入燃燒或懸浮或流體化氣體（對於床型鍋爐，稱為一次空氣或燃燒空氣），及用於從鍋爐12移除底部灰及其他碎屑。鍋爐12亦包括：一主燃燒器區22（亦稱為風箱），在該主燃燒器區中將空氣及空氣燃料混合物引入鍋爐12中；及一燒盡區24，未在主燃燒器區22中燃燒的任何空氣或燃料均在此燃燒。鍋爐12亦包括：一過熱器區26，其具有過熱器27，在該過熱器中燃燒煙氣使蒸氣過熱(superheat)；及一節熱器區28，其具有節熱器31，在該節熱器區中水可在進入混合球或滾筒(25)之前預熱，以將水進料至水壁23。在主燃燒器區22中，將一次空氣、粉煤、及二次空氣的受控流引入燃燒系統10中，以促進在其中形成旋轉火球。該旋轉火球係一種燃燒程序，該燃燒程序的類型導致有利於在水壁23之火側表面上沉積的材料之釋放。基於碳的燃燒副產物作為渣及/或灰而堆積在水壁23的火側表面上。進入節熱器31的鍋爐給水係源自於蒸汽渦輪50及蒸汽渦輪50下游的冷凝器57。在冷凝物進入節熱器31之前，首先藉助於一或多個低壓預熱器（未圖示）藉由蒸汽加熱該冷凝物。可採用泵40以幫助將水循環至水壁23並穿過鍋爐12。
鍋爐12內使用一次空氣及二次空氣的燃料燃燒產生了煙氣流，該煙氣流最終經處理並經由在節熱器區28下游之煙囪排出。通常，收集來自該煙氣的熱之最終步驟發生在燃燒空氣預熱器17中，在該燃燒空氣預熱器中使用煙氣的熱來加熱用作為燃燒系統11中之燃燒空氣的空氣。在煙氣路徑中，空氣預熱器17之後係靜電過濾器/集塵器或袋式過濾器（未圖示），該靜電過濾器/集塵器或袋式過濾器在煙氣經由煙囪被排放至大氣之前分離煙氣中殘留的任何固體粒子。如本文中所使用，諸如「下游(downstream)」的方向意指煙氣流的一般方向。類似地，用語「上游(upstream)」與「下游(downstream)」之方向相反，與煙氣流的方向相反地行進。
通常，在發電系統10及燃燒系統11之運作中，鍋爐12中的燃料之燃燒加熱鍋爐12之水壁23中的水以產生蒸汽。經加熱蒸汽及水通過蒸汽滾筒（或等效物）（在下文中稱為滾筒25）至過熱器區26中的過熱器27，在該過熱器區中額外的熱係藉由煙氣賦加至該蒸汽。在一超臨界鍋爐中，在水壁23中水沸騰並轉變成蒸汽，從而在水/蒸汽上升通過水壁23的管時導致產生差異甚大的金屬溫度。隨後經由大致上顯示為60的管路系統將來自過熱器27的過熱蒸氣引導至渦輪50的高壓區段52，在該高壓區段中蒸氣經膨脹及冷卻以驅動渦輪50。渦輪機50由此使一發電機58轉動以最終產生電力。隨後來自渦輪50之高壓區段52的膨脹蒸氣可返回至一再熱器29（其來自過熱器27之煙氣的下游）以再加熱蒸汽。後續將經再加熱蒸氣引導至渦輪50的中壓區段54，並最終引導至渦輪50的低壓區段56，在該低壓區段中該蒸氣接連地膨脹及冷卻以進一步驅動渦輪50。
如圖1進一步所示，燃燒系統11包括感測器、致動器、及監測裝置之一陣列，以監測並控制燃燒過程以及與鍋爐操作相關聯的所得結果。例如，在整個系統中使用大致上且共同圖示為36的溫度及壓力監測器，以確保適當的控制、操作並確保不超過鍋爐及燃燒的操作極限。在另一實例中，燃燒系統11可包括複數個流體流動控制裝置30，該複數個流體流動控制裝置將用於燃燒的二次空氣供應至與燃燒器總成14相關聯之各燃料引入噴嘴。在一實施例中，流體流動控制裝置30可係電氣致動的空氣調節器及類似者，其可經調整以改變提供至與各燃燒器總成14相關聯之各燃料引入噴嘴的空氣量。鍋爐12亦可包括在各種空間位置處的其他個別可控的空氣調節器或流體流動控制裝置30。流動控制裝置30之各者可由一控制單元100控制，以確保針對各噴嘴位置達成所欲的空氣/燃料比及火焰溫度。
圖1亦繪示在過熱器27及再熱器29下游之鍋爐12的尾部煙道33。節熱器區段28中的節熱器31配有一監測裝置37。監測裝置37可以可選地經組態以用於測量及評估尾部煙道33內的氣體物種，諸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO 2)、汞(Hg)、二氧化硫(SO 2)、三氧化硫(SO 3)、二氧化氮(NO 2)、一氧化氮(NO)、及氧(O 2)。SO 2及SO 3統稱為SOx。類似地，NO 2及NO統稱為NOx。
繼續進行鍋爐12的操作，將預定比的燃料與空氣提供至燃燒器總成14之各者以供燃燒。隨著燃料/空氣混合物在爐內燃燒並產生煙氣，燃燒過程及煙氣受到監測。具體而言，感測並監測火球及火焰的各種參數、爐壁上的條件、以及煙氣的多個參數。該等參數被傳輸或以其他方式傳送至燃燒控制單元100，在該燃燒控制單元中根據儲存在記憶體中並由處理器執行的控制演算法對該等參數進行分析及處理。控制單元100經組態以依據一或多個所監測的燃燒及煙氣參數及爐壁條件來控制提供至鍋爐12的燃料及/或提供至鍋爐12的空氣。此外，電力產生系統10可包括複數個流體流動控制裝置66，該複數個流體流動控制裝置控制系統10中的水或蒸汽的流動。在一實施例中，流體流動控制裝置66可係電氣致動閥，其等可經調整以改變流過其中的量。流動控制裝置（例如66）之各者可由控制單元100個別地控制。
除了上文揭示之感測器及監測裝置36、37之外，燃燒系統11亦可包括一用於監測或評估鍋爐12之條件的系統以及具體地於鍋爐12之水壁23上的渣堆積及/或腐蝕之存在。經由分布在水壁23之表面上的整合式感測器模組38之電阻測繪促進如本文所述之評估。如上文所揭示，基於碳的燃燒副產物通常作為渣及/或灰而堆積在水壁23的火側表面上，從而抑制了從燃燒室至水壁23中所載送之水的熱轉移。腐蝕亦可尤其對鍋爐12的組件有害。腐蝕主要是所採用的燃料的燃燒副產物的直接結果。具體而言，從化石燃料和固體廢燃料生成的氣體物種（諸如SOx、氯化物、及類似物）可尤其有腐蝕性。所屬技術領域中具有通常知識者將理解的是，某些燃燒容器（諸如藉由天然氣燃燒者）不以由煤或固體廢料燃燒之燃燒容器的方式腐蝕或耗損。因此，與石化燃料燃燒式燃燒容器的燃燒容器水壁之區段相比，在天然氣燃燒式燃燒容器中的節點之間的燃燒容器水壁之區段的面積隨著時間將維持實質上恆定。因此，在天然氣燃燒式燃燒容器中，電阻測量技術之所測量電壓的波動將實質上與該區段由溫度變化所造成的增加電阻相關。在此類型之燃燒容器（亦即，天然氣燃燒式）的計算中，節點之間的區段之面積為已知，且可根據已知關係將該區段之經計算電阻的所得波動轉換成該區段之溫度的準確測量。
另一方面，在固體廢料或煤燃燒式燃燒容器中，燃燒容器之壁的腐蝕或耗損有規律地發生。在此類條件下，當採用電阻測量時，燃燒容器之評估區段的溫度及面積兩者產生在節點之間的所測量電壓之變化。在這些情況下，將溫度分開測量以消除計算中的多個變數。在針對溫度變化（其係已知）的補償之後，隨後所計算電阻之變化可係歸因於燃燒容器之評估部分的截面積（例如，厚度）之變化。
連結上文，圖2描繪圖1所示之鍋爐12之水壁23的關注部分。水壁23包括如所繪示由材料網連接之並排鋪設的個別水管82。水壁23具有面向鍋爐12之內部的向內表面86。複數個節點88形成配置在水壁23之外側表面72上的矩陣70，使得這些節點88不直接暴露於輻射熱及其他熱條件，水壁23之向內表面86係由於其直接暴露於鍋爐12中之化石燃料的燃燒而暴露於該輻射熱及其他熱條件。例如，水壁23之向內表面86面積可暴露於超過900℃的溫度。（900度C。）。節點88不需呈水壁23上之額外實體結構的形式，但替代地可指定為在水壁23上的位置。節點88係水壁23上的位置，示意性地顯示為圓點。矩陣70可係節點88之任何任意指定配置，且不需藉由水壁23之任何經界定結構而受到實體地定界，但可促進測繪出測試點遍布於水壁23的施加。因此，矩陣70以虛線示意性地顯示於圖2中。所繪示之實施例中的水管82係實質上平行於Y軸而定向，且包括一內表面74。為了簡單起見及運算之目的，在X及Y方向上將節點88有效地、等距地彼此隔開（但非必要），從而形成二維矩陣。用語「有效地等距地隔開(effectively equidistantly spaced)」應理解為涵蓋下列兩者情形：節點88之相鄰對的各別節點彼此係處於一均勻間隔，以及當節點88彼此非實體等距的時候。儘管如此，其等關係為了計算目的可以數學方式調整，使得其等表現得如同等距隔開的節點。換言之，即使節點並非等距，亦可以數學方式輕易地補償差距。在一實施例中，感測器模組38沿著水壁23於如上文所述之節點處配置，以制定矩陣70，如本文所討論。雖然節點88經描繪成相對彼此靠近地隔開，且介於水壁23的水管之間，但此描繪僅係用於說明。節點88可根據需要放置以進行電阻測量，且在一些實施例中，該等節點可能比圖2所示者更顯著分開地隔開。在一些實施例中，節點88可相隔更遠的距離。例如，在一些實施例中，各測量節點88可能在水平上相隔至少10至20個水管82（例如，大約為數吋或數呎）及在垂直上相隔幾呎。節點88如所描繪亦不需位於肋片條的中心上，且可放置於水管82上。
圖3描繪實例導電率/電阻率感測器模組38，其用於監測或評估鍋爐12之條件以及具體地於鍋爐12之水壁上的渣堆積、腐蝕、及/或侵蝕之存在，如可利用於一或多個例示性實施例中。具體而言，在一實施例中，導電率感測器模組38經發展以促進分布在水壁23上之感測器位置（節點88）之網格70中的位置處之連接及測量。
圖4描繪用於材料導電/電阻率之4線式測量的基本概念，其中已知電流係經由相隔一已知距離的兩條導線、引線、或接觸點而施加至材料。在一實施例中，使用兩條額外導線、引線、或接觸點橫跨材料的已知距離來測量電壓。應理解，藉由施用圖4所描繪的方程式，可針對已知、穩定的溫度來計算電阻率。
繼續參照圖3及圖4，所述實施例結合分布的4線式電阻測量及溫度測量的概念、針對一給定溫度之由選定數目之低電流注入點的電阻測量網格之簡化數學建構、及使用水壁23之已知及測量性質的演算法，以計算分布在水壁23上之感測器模組38位置之網格中之各位置周圍的平均金屬溫度。此系統亦能夠藉由比較在已知、穩定溫度下所採取的電阻測量來測量水壁23中之金屬損耗的面積平均。所有機械及電氣連接係於水壁23之外側（「冷」側）執行，在該外側中其等不遭受由渣、侵蝕、或鍋爐火球造成的損壞。在一實施例中，在分布於水壁23（圖1）上之多個位置處（例如，在節點88處），4線式電阻測量概念經部署於導電/電阻率感測模組38中。有利地，此方法減少任何必要的佈線，降低致使電阻測量所需的電力，並減少數個測量雜訊的來源。
繼續參照圖3，在一實施例中，描繪了系統110之實例，該系統用於基於電阻率感測來監測或評估鍋爐12之條件以及具體地於鍋爐12之水壁上的渣堆積及/或腐蝕之存在。在一實施例中，感測模組38可包括電源120、四線式感測器系統130、處理模組140、及通訊介面150。在一實施例中，電源120整合至模組38中，包括用於局部電力產生或能量收集、調節、及儲存的機構。例如，在一個實施例中，熱能可局部地從鍋爐水壁23捕獲，其在操作中可操作為一極佳的熱源。可使用Pelletier熱電裝置將熱能轉化成電力。例如，在大約為兩吋立方體的現有模組化產品可提供多達60瓦之電力。用於能量收集的其他方法可包括射頻(RF)、光子、或動能捕獲及儲存裝置。在一實施例中，電源可包括調節及各種形式的能量儲存系統，諸如電容器或可再充電電池組。
繼續參照圖3及圖4，感測模組38亦可包括四線式感測裝置130。四線式感測裝置130包括但不限於：一電流源132，其可操作以經由引線133及134提供電源電流以實現導電/電阻率測量；及一電壓測量裝置135，其可操作以測量在引線136及137處的電壓。電流源132及電壓測量裝置136可包括任何必要的電子設備及類似者，以促進其等在感測模組38中的整合。感測模組38及發送裝置130亦可包括經由線139至一或多個分開的溫度測量裝置131（例如，熱電偶）的一介面138。溫度感測裝置131係由感測模組38所使用，以在計算材料厚度的減少時從參考讀數（例如，基線溫度及電阻）判定溫度差。溫度範圍（例如，室溫）及溫度歷史亦可用以判定水壁是否可能處於一恆定溫度，其中厚度測量係可能的。
處理模組140可包括必要的電子設備、軟體、記憶體、儲存器、資料庫、韌體、邏輯/狀態機、微處理器、通訊鏈路、顯示器或其他視覺或聽覺使用者介面、印刷裝置、及任何其他輸入/輸出介面，以執行本文所述之功能及/或達成本文所述之結果。例如，如先前所提及，該處理模組可包括至少一處理器142及系統記憶體/資料儲存結構144，其可包括隨機存取記憶體(random access memory, RAM)及唯讀記憶體(read-only memory, ROM)。模組140的至少一處理器142可包括一或多個習知微處理器、微控制器、及一或多個附加性的協同處理器，諸如數學協同處理器或類似者。本文所討論之資料儲存結構可包括磁性、光學、及/或半導體記憶體的適當組合，並可包括例如RAM、ROM、隨身碟、光學磁碟（諸如光碟）、及/或硬式磁碟或驅動機。處理模組140可實施為整合式微控制器，在該整合式微控制器中該等功能之各者可整合至單一封裝中。
此外，模組38可實施為微控制器，該微控制器包括根據需要與各種模組介接以實施本文所述之功能性、處理、及通訊的ASIC、或FPGA。此外，可將調適控制器140以執行本文所揭示之方法的軟體應用程式從電腦可讀媒體讀取至至少一處理器142的主記憶體中。因此，本發明之實施例可即時執行本文所揭示的方法。如本文中所使用，用語「電腦可讀媒體(computer-readable medium)」係指提供或參與提供指令給模組38之至少一處理器142（或本文所述之裝置的任何其他處理器）以供執行之任何媒體。
繼續參照圖3，在一實施例中，在感測模組38中利用一低電力通訊介面150。通訊介面150經組態以與互連件/網路160介接，該互連件/網路將感測模組38及一或多個控制器（諸如控制單元100）互連。網路160可係有線組件及無線組件之混合，並且可利用包括IP網路在內之通訊網路。應理解，互連件/網路160可包括有線組件或無線組件、或其組合。此類有線組件可包括正規網路纜線、光纖、電線、或者任何其他類型的實體結構（感測模組38、控制100、以及該鍋爐系統的其他裝置可經由其通訊）。此外，互連件160可包括無線組件，且可包括無線電鏈路、光學鏈路、磁性鏈路、聲波鏈路、或者感測模組38\及控制單元100可經由其通訊的任何其他類型的無線鏈路。
通訊介面150可係有線的或無線的、或其組合。在一實施例中，使用無線通訊介面150及無線網路160。例如，通訊介面150可採用各種技術、科技、及協定來促進所述實施例之實施，並且絕非為限制性的。例如，通訊介面150及網路160可實施為乙太網路、WiFi®、Bluetooth®、NFC、及類似者。網路160可以集線器及輪輻型構造實施，或作為網狀網路(mesh network)構造來實施。在一些實施例中，無線網狀網路可用以允許在鍋爐12水壁23周圍部署的感測器模組38之網格陣列（例如，70）彼此通訊、協調測量、及將資料傳回至控制單元100。有利地，將無線局部電源120與無線通訊介面150及網路160組合，顯著地降低各感測模組38及整個系統之安裝成本，同時避免先前系統的一些限制。可使用以下來採用各感測模組38：對應於4線式引線的四個接腳，其附接至鍋爐壁之外側；一或多個獨立溫度測量裝置，諸如熱電偶；加上用於至鍋爐12之水壁23的良好熱連接之一個較大連接，以支援模組38的電子設備並提供熱至電源120的Pelletier裝置（如果是為了能量收集而採用），如可用於向感測器模組38供電，包括四線式感測器系統130及溫度感測器131及介面138。在一實施例中，點焊可用於將引線附接至水壁23。然而，其他低電阻連接之手段係可能的，包括焊接(welding)、硬焊(soldering)、螺栓連接(bolting)、螺紋連接(screwing)、及軟焊(soldering)，且甚至在一些條件下可利用環氧樹脂黏著劑。
應理解，雖然監測系統110及更具體地整合式導電/電阻率感測模組38經描述為包括電源120、四線式感測器系統130、處理模組140、及通訊介面150的分開模組，但是此類描述僅係說明性。在一或多個實施例中，所述組件之全部或一些的功能性可根據需要輕易地整合或組合。例如，在一實施例中，四線式感測器系統130、處理模組140、及通訊介面150之功能性可整體地或部分地整合至微控制器、ASIC、FPGA、及類似者中。
在所述實施例中，系統110（且更具體地，分布在如本文所述之網格70中的各感測模組38），針對選定位置測量鍋爐水壁23的電阻率，並比較所測量之目前電阻率與在已知恆定溫度下測量的電阻率（或多個電阻率），以建立水壁23的已知基線。使用電阻率對水壁合金之溫度的相關，基於電阻率的（多個）差來計算溫度（或溫度變化）。此一方法假設水壁材料厚度不變（例如，由於侵蝕）。隨後，為了評估厚度損耗測量（如可因為腐蝕而表現出來），在已知燃燒室恆溫下完成新的電阻率測量。該等測量可隨後針對由參考讀數與目前讀數之間的溫度差所造成的任何電阻率變化而補償。最後，電阻率之任何所得變化係歸因於材料損耗（或增加），且基於在參考測量處之材料的已知厚度計算新的平均厚度。
應理解，先前系統（諸如美國專利公開案第20030055586號中所描述者）使用散布橫跨水壁之大面積的四個電流注入點。不幸地，此注入技術需要相對高的電力（50至180 Amps），以提供橫跨11x11電壓測量網格的足夠電壓讀數，以達成可用的測量。在上述情況之任一者中，由於在操作條件下之導電測量之準確度及異常的眾所皆知問題，因此所收集的資料本身含有誤差。此外，使用Kirchoff定律或其對零線積分的延伸將所測量之電壓反推（作為運算之一部分）為經計算之電阻率的問題造成數學挑戰，亦即，該測量電壓的小變化可在經計算的電阻率中產生實質變化，從而導致運算困難。因此，在其他情況可接受的測量誤差因計算的形式而被放大，一般導致經計算的電阻率具有振盪表現。
有利地，將測量分成一系列的局部四線式測量（兩個電流注入點、兩個電壓測量點）所提供之可用電壓讀數具有低得多的注入電流。此外，在一實施例中，採取步驟以確保水壁上之多於一個位置中的同時電流注入不影響由其他感測模組38（尤其是對於該電流注入及測量之附近者）的其他電壓讀數。例如，在一實施例中，橫跨矩陣70之來自選定感測模組38之分開的4線式測量可經協調或排程（例如，藉由控制單元100），使得在任何時間下僅進行一個測量，或在水壁23上之給定面積中一次執行一個測量。在一實施例中，可利用經由網路160的控制單元100，以協調各感測器模組38處的操作及測量（以避免測量位置之間的影響）。無線網路160亦將用於將測量值傳輸回控制單元100，以及將來自控制單元100的任何測量或校準指令發送至感測器或感測器模組38。類似地，在另一實施例中，四線式模組38上的引線（例如，133、134、136、137）係與水壁23（或無論何種被測量的材料）之合金類似的合金。此一組態有助於消除由熱電偶效應造成的外來電壓，其在兩個相異金屬接合在一起的情況中於增加的溫度下產生增加的電壓。使用用於模組38的類似合金消除這些熱電偶電壓，並提供更準確的電壓測量。
現轉而參考圖5，繪示了用於監測由鍋爐12之水壁23上的侵蝕或腐蝕所造成之渣堆積及/或材料厚度損耗的方法200。該方法起始於在一經建立或已知溫度下針對選定位置測量鍋爐水壁23的電阻率，如程序步驟210所描繪。在已知溫度下的測量實現針對該選定位置建立一基線電阻率。如程序步驟220所描繪，在操作條件下，採取了新的電阻率測量。將新測量的電阻率與水壁23在該選定位置處之已知或恆定溫度下建立的基線電阻率相比（如在程序步驟210中所描述）。使用從在已知條件下所採取之先前測量的電阻率變化來計算該材料的目前平均溫度。在一實施例中，可選地，執行水壁溫度的獨立溫度測量以驗證其係在測量區域周圍相對恆定及隨著時間相對恆定。若相對恆定，則完成電阻測量。若這些預測試失敗，則可中止在程序步驟220及230中所描繪的電阻率測量，因為條件不適合於新的測量（例如，鍋爐水壁23溫度正在變化）。如程序步驟240中所描繪，從與在程序步驟210中所測量的基線溫度、電阻率及厚度相比的電阻率變化來計算材料厚度的變化。
方法200在程序步驟230處繼續；隨後，在已知穩定溫度下完成新的電阻率測量。如程序步驟240處所描繪，可基於比較來自步驟230的新電阻率測量與基線厚度的基線電阻率測量、及來自程序之步驟210之參考測量處的該材料之已知溫度，來判定水壁23的平均厚度。在一些例子中，基線厚度可係已知或基於水壁、管件、及類似者的規格。在其他例子中，從初始測量運算/推算基線厚度。如在程序步驟250處所描繪，方法200繼續如下：可選地針對第二選定位置重複上述步驟。最後，如在程序步驟260處所描繪，方法200繼續如下：至少部分地基於在選定位置（且可選地係第二選定位置）處的測量來判定鍋爐的條件。應理解，雖然以特定順序描繪方法200之各種步驟，但該等步驟無需按照該特定順序，且以此一順序描述僅用以說明實施例的實例。一些步驟可輕易地以不同的次序進行。
雖然前文所揭示之本發明包括複數個感測器模組38，該複數個感測器模組個別地與控制單元100通訊用於向其中繼資料（例如，電阻、溫度測量），但在一實施例中，系統110可替代地（或額外地）提供感測器模組38與其等自身之間的通訊（例如，低電力無線電通訊）（從而形成節點至節點網狀型網路）。
在任一組態中，本發明之系統110使用感測器模組之陣列以沿著鍋爐10之水壁23處的各種位置進行電阻測量。隨後藉由控制單元100利用這些電阻測量以及其他系統測量，以判定鍋爐的水壁23之熱側上是否存在任何渣/灰積聚及/或腐蝕（及任何此類堆積或腐蝕之程度）。例如，可對在各位置處的測量取平均，以判定橫跨水壁23之較大面積的平均材料厚度。取平均得出由遍布水壁23熱側表面之表面的渣或灰、或腐蝕/侵蝕所造成之堆積存在的準確指示，同時淡化從個別感測器模組位置之任何離群值測量）。基於此判定，可在最佳化鍋爐操作及最小化不必要停機時間的適當間隔下，排程並進行清潔或維修操作。使用低電力電子設備、無線網狀網路、及類似者降低安裝成本及減少已阻礙現存系統的雜訊問題。例如，進行局部電阻率測量的能力（亦即，其中藉由各感測器模組38執行電流注入及電壓測量）排除了在整個網格上供應高電力的需要（此在先前係必需的，以便提供可用電壓讀數）。此外，使用無線通訊手段以協調各感測器模組38的操作及將所測量值傳送至控制單元100中消除了將專用纜線運行至感測器之各者的需求。因此，可最佳化鍋爐及電力產生系統的整體性能。
雖然系統110係用於判定於石化燃料、切向燃燒式鍋爐之水壁上的渣及/或腐蝕之存在，但本發明並非受限於此方面。具體而言，預期到的是可與電力產生或熱產生技術領域中已知之任何類型的鍋爐或燃燒系統連接來使用系統100。仍進一步，在一實施例中，可利用系統110以判定或評估在任何載送流體的腔室、通道、或管道（諸如，管路、管道系統）之「熱側hot-side」表面或內部表面上的腐蝕、侵蝕、或渣、灰、或其他材料的堆積。具體而言，在一實施例中，感測器模組38可部署於管路之肘部的外部表面上，其可能易受到化學侵蝕或經由材料或流體流動於其中的侵蝕。厚度測量之另一可能應用係可因流體加速腐蝕(flow accelerated corrosion)損壞的節熱器頭及管道。因為金屬並非從外側加熱而只從流體內側加熱，所以在絕緣的頭或管道中的金屬溫度將非常均勻，從而允許在較高操作溫度下之管上(on-line)厚度測量。評估渣或腐蝕/侵蝕的存在之感測器模組38及系統110的仍進一步使用包括在石化裂煉廠中使用的儲存槽及裂煉塔(cracking column)上。
最後，亦應理解，系統110及/或控制單元100可包括必要的電子設備、軟體、記憶體、儲存器、資料庫、韌體、邏輯/狀態機、微處理器、通訊鏈路、顯示器、或其他視覺或聽覺使用者介面、印刷裝置、及任何其他輸入/輸出介面，以執行本文所述之功能及/或達成本文所述之結果。例如，如先前所提及，該系統可包括至少一處理器及系統記憶體/資料儲存結構，其可包括隨機存取記憶體(RAM)及唯讀記憶體(ROM)。系統110的至少一處理器可包括一或多個習知微處理器及一或多個附加性的協同處理器，諸如數學協同處理器或類似者。本文所討論之資料儲存結構可包括磁性、光學及/或半導體記憶體的適當組合，且可包括例如RAM、ROM、隨身碟、光學磁碟（諸如光碟及/或硬式磁碟或驅動機）。
此外，可將調適控制單元100以執行本文所揭示之方法的軟體應用程式從電腦可讀媒體讀取至至少一處理器的主記憶體中。因此，本發明之實施例可即時執行本文所揭示的方法。如本文中所使用，用語「電腦可讀媒體(computer-readable medium)」係指提供或參與提供指令給系統110之至少一處理器（或本文所述之裝置的任何其他處理器）以供執行之任何媒體。此一媒體可採取許多形式，包括但不限於非揮發性媒體及揮發性媒體。非揮發性媒體包括例如光學、磁性、或光磁的磁碟，諸如記憶體。揮發性媒體包括動態隨機存取記憶體(dynamic random-access memory, DRAM)，其一般構成主記憶體。電腦可讀媒體的常見形式包括例如軟碟(floppy disk)、軟性磁碟(flexible disk)、硬碟、固態硬碟(solid-state drive, SSD)、磁帶、任何其他磁性媒體、CD-ROM、DVD、任何其他光學媒體、RAM、PROM、EPROM或EEPROM（電子抹除式可程式化唯讀記憶體）、FLASH-EEPROM、NAND或NOR型快閃記憶體、任何其他記憶體晶片或記憶卡匣、或任何其他電腦可自其讀取的媒體。
此外，所述實施例可合併用於介接感測器模組38、從其擷取資料、及將其處理的各種數值方法技術。例如，獲得用於改良信號雜訊比以確保足夠的信號的各種技術，以用於執行電阻率計算。此外，可採用各種技術以在時間上、空間上或以其他方式對測量取平均或融合該等測量。例如，在一個實施例中，可在選定的持續時間內採取電阻率計算之平均，以在加權或不加權個別測量的情況下擷取一平均測量。在另一實施例中，可使用例如來自選定感測器模組之「附近(neighborhood)」中的感測器模組之資料在空間上對電阻率測量取平均。
在又另一實施例中，取決於在一或多個其他位置處之信號注入的測量效應，可利用自動增益控制及回授，以用具有變化量值的感測器模組注入電流。例如，在一個實施例中，電流供應132及電壓輸入裝置135的濾波可包括在感測模組38的電子電路系統中，以提供更穩定、低雜訊信號，並改良測量準確度。濾波器可係硬體且內建於感測模組38的電路系統中。同樣地，亦可作為執行在處理模組140中之處理的一部分而以軟體實施濾波。濾波器可實施為一高階低通設計以降低較高頻率雜訊對測量的影響。在一實施例中，高階低通濾波器的截止頻率可經設計以在鍋爐12的附近消除來自電力饋送電氣設備的50 Hz或60 Hz AC。在另一實施例中，數位信號處理或濾波演算法（諸如，數位信號處理及濾波技術領域中已知者）可實施在處理模組140中，以從由電壓測量裝置135所記錄之電壓測量移除雜訊。
在另一實施例中，處理模組140可監測從電壓測量裝置135讀取的電壓，並在這些讀數的標準偏差低於某一最大臨限時，選擇在一連續的時間段內的數個讀數來取平均。在又另一實施例中，在處理模組140中運行的軟體演算法可評估來自電壓測量裝置135的一系列電壓讀數，計算測量之群組的標準偏差，從該平均移除任何多於標準偏差之某些數目的測量，以降低雜訊的影響，並隨後計算剩餘電壓測量的平均。在另一實施例中，複數個測量可用以追蹤由溫度或厚度隨著時間及隨著複數個位置變化所造成的電阻率變化，以判定鍋爐的哪個位置經歷最急遽的變化，且因此需要更頻繁的清潔、檢查、或維修。這些實例實施例並非意欲排除熟悉該技術者通常已知的類似方法或技術。
雖然在實施例中，在該軟體應用程式中執行指令序列使至少一個處理器執行本文所述之方法/程序，但可使用硬佈線電路系統(hard-wired circuitry)取代或結合軟體指令，以執行所述之方法/程序。因此，如本文所述之實施例不限於硬體及/或軟體的任何特定組合。
在一實施例中，一種評估一鍋爐之一條件的方法包括：針對一鍋爐水壁之複數個選定位置建立該鍋爐水壁之一基線電阻率；至少在該複數個選定位置之一第一位置處測量一電阻率；比較至少在該第一位置處的該測量電阻率與該基線電阻率；基於該比較判定該鍋爐之該水壁的一條件。在一實施例中，該條件係於該水壁之熱側上的渣或灰堆積之存在，或者於該水壁之熱側上或該水壁之管之內側的該水壁之腐蝕或侵蝕之存在。在一實施例中，至少在該第一位置處測量該電阻率之步驟包括在該複數個選定位置之各者處測量一電阻率，其中該方法進一步包括使用該等測量電阻率之各者連同一分開測量溫度來判定該鍋爐水壁的一平均測量厚度之步驟，在一實施例中，比較至少在該第一位置處的該測量電阻率之步驟包括比較該平均測量電阻率與該基線電阻率。在一實施例中，該方法進一步包括協調在該複數個選定位置之各者處的該等電阻率測量，使得該等電阻率測量中之至少一者發生在不同於該等電阻率測量中之至少另一者的一時間。在一實施例中，針對該鍋爐水壁的該複數個選定位置建立該鍋爐水壁的該基線電阻率之步驟包括：在一已知恆定溫度下於該複數個選定位置之各者處測量一電阻率。在一實施例中，該方法進一步包括基於該電阻率對該水壁合金之溫度的相關，補償在該等已知溫度下測量的該等電阻率。在一實施例中，至少在該複數個選定位置之該第一位置處測量一電阻率之步驟包括在該第一位置處的一第一點處施加一已知電流至該鍋爐水壁，並在該第一位置處之一第二點處測量由電流之該施加所引起的一電壓，其中該第二點與該第一點隔開。在一實施例中，該方法進一步包括以下步驟：在該第一位置處安裝一電阻率感測器模組以在該第一點處放置與該鍋爐水壁電氣連通的該電阻率感測器模組之一第一對引線，並在該第二點處放置與該鍋爐水壁電氣連通的該電阻率感測器模組之一第二對引線。在一實施例中，電阻率感測器模組係安裝在鍋爐水壁的冷側上。在一實施例中，安裝電阻率感測器模組包括使用下列方式中之至少一者將該第一對引線及該第二對引線接至該鍋爐水壁：焊接、點焊、硬焊、螺栓連接、螺紋連接、環氧樹脂黏接、及軟焊。在一實施例中，至少在該複數個選定位置之一第一位置處測量該電阻率包括至少在該複數個選定位置之一部分處測量該電阻率，且該方法進一步包括用一控制單元接收對應於該等選定位置之一部分的複數個測量電阻率之步驟。在一實施例中，該方法進一步包括藉由比較來自選定位置之新電阻率測量與在彼等相同位置處獲得之測量的參考來計算水壁厚度之步驟。在一實施例中，該方法可進一步包括基於該複數個選定位置之該部分處的該等測量電阻率來計算該鍋爐水壁的一平均電阻率、及基於該計算來判定該鍋爐水壁的一平均最小厚度之步驟。此外，在另一實施例中，該方法包括：在一已知溫度條件下，針對一鍋爐水壁之複數個位置的一第一位置建立該鍋爐水壁之一基線電阻率包括基於水壁之一已知厚度來測量該電阻率。
在另一實施例中，一種用於評估一鍋爐之一條件的系統包括：一電阻率感測模組，該電阻率感測模組在已知溫度條件下於複數個位置之一第一位置處電氣連接至一鍋爐之一水壁的一冷測，該電阻率感測模組經組態以經由一第一對引線施加一已知電流至該水壁並經由一第二對引線測量由該電流之該施加所引起的一電壓；及一控制單元，該控制單元與該電阻率感測模組通訊；其中該電阻率感測模組及該控制單元中之至少一者經組態以至少部分地基於該測量電壓來判定該鍋爐的一條件。在一實施例中，該控制單元係經由一無線網路與該電阻率感測模組通訊。在一實施例中，該無線網路係WiFi、藍牙、Zigbee、及NFC中之至少一者。在一實施例中，該無線網路係一網狀網路。在一實施例中，該電阻率感測模組包括：一電源，該電源經組態以經由一能量收集程序產生電力；一處理器；一通訊介面，該通訊介面可操作以經由該通訊網路通訊；及一四線式感測器系統，該四線式感測器系統包括該第一對引線及該第二對引線。在一實施例中，該能量收集程序包括採用一Pelletier效應熱電裝置將從該水壁收集的熱轉換成電。在一實施例中，該能量收集程序使用RF、光子、及/或動態能量捕獲裝置中之至少一者。在一實施例中，該系統進一步包括一電阻率感測模組，該電阻率感測模組在該複數個位置之各者處電氣連接至一水壁的一冷側。在一實施例中，該水壁之該條件係在該水壁之該熱側上的渣堆積、灰堆積、腐蝕、及/或侵蝕中之至少一者，或者在該水壁之管內側的腐蝕及/或侵蝕。
在又另一實施例中，一種用於評估一通道之一內壁之一條件的系統包括：至少一電阻率感測模組，其電氣連接至該通道之一外壁，該（等）電阻率感測模組包括一電源、一處理器、及一四線式感測器系統，該四線式感測器系統包括一第一對引線及一第二對引線，該第一對引線電氣連接至該通道的一外壁，該第二對引線在與該第一對引線隔開的一位置處電氣連接至該通道的該外壁，該電力感測模組經組態以經由該第一對引線施加一已知電流至該通道的該外壁並經由該第二對引線測量由該電流之該施加所引起的一電壓；及一控制單元，該控制單元與該電阻率感測模組通訊；其中該電阻率感測模組及該控制單元中之至少一者經組態以至少部分地基於該測量電壓來判定該通道之該外壁的該條件。在一實施例中，該內壁之該條件係在該內壁上的渣堆積、灰堆積、腐蝕、及/或侵蝕中之至少一者。
在另一實施例中，該感測器模組可具有與該水壁相似之合金的引線。利用類似合金的引線消除由熱電偶效應造成的外來電壓，其在兩個相異金屬接合在一起的情況中於增加的溫度下產生增加的電壓。
如本文中所使用，「電氣通訊(electrical communication)」或「電氣耦合(electrically coupled)」意指某些組件經組態以經由藉由直接或間接電氣連接進行直接或間接傳訊而與彼此通訊。如本文中所使用，「機械耦合(mechanically coupled)」係指能夠支撐用於在組件之間傳輸扭矩的必要力的任何耦合方法。如本文中所使用，「操作性地耦合(operatively coupled)」係指可係直接或間接的連接。連接不一定係機械附接。
如本文中所使用，以單數引用並繼續字詞「一(a/an)」的元件或步驟，應理解為不排除所述元件或步驟之複數，除非明確說明此類排除。再者，對於所述實施例之「一實施例(one embodiment)」的參照並非意圖被解讀為排除亦合併所引述之特徵的額外實施例之存在。此外，除非有明確相反說明，否則「包含(comprising)」、「包括(including)」、或「具有(having)」具有一特定性質的一元件或複數個元件之實施例，可包括不具有彼性質的額外此類元件。
另外，雖然本文中所描述之尺寸及材料類型意欲界定與所述實施例相關聯之參數，但其等並非作為限制且為例示性實施例。對於檢視上述說明後的所屬技術領域中具有通常知識者而言，許多其他實施例將係顯而易見的。因此，本發明之範圍應參照隨附申請專利範圍來判定。此類描述可包括所屬技術領域中具有通常知識者所想到之其他實例，並且若此類其他實例具有不同於申請專利範圍之字面用語的結構元件，或若此類其他實例包括與申請專利範圍之字面用語無實質差異的等效結構元件，則其等係意欲在申請專利範圍之範圍內。在隨附申請專利範圍中，用語「包括(including)」及「其中(in which)」係用作為相對用語「包含(comprising)」與「其中(wherein)」之白話英語等效詞。此外，在下列申請專利範圍中，用語諸如「第一(first)」、「第二(second)」、「第三(third)」、「上(upper)」、「下(lower)」、「底部(bottom)」、「頂部(top)」等僅用作標示，且並非意欲對其對象賦予數字或位置要求。再者，下列申請專利範圍的限制並非以手段加上功能形式書寫且不意欲被如此解讀，除非以及直到此類申請專利範圍限制明確使用用語「用於…的手段(means for)」接著為功能之敘述而無進一步結構。
10:發電系統 11:燃燒系統 12:鍋爐 14:燃燒器總成 16:粉碎器 17:燃燒空氣預熱器；空氣預熱器 18:空氣源 20:料斗區 22:主燃燒器區 23:水壁 24:燒盡區 25:混合球或滾筒 26:過熱器區 27:過熱器 28:節熱器區 29:再熱器 30:流體流動控制裝置；流動控制裝置 31:節熱器 33:尾部煙道 36:溫度及壓力監測器 37:監測裝置 38:整合式感測器模組；感測器模組；導電率/電阻率感測器模組 40:泵 50:蒸汽渦輪 52:高壓區段 54:中壓區段 56:低壓區段 57:冷凝器 58:發電機 60:管路系統 66:流體流動控制裝置；流動控制裝置 70:矩陣；網格；網格陣列 72:外側表面 74:內表面 82:水管 86:向內表面 88:節點 100:控制單元 110:系統；監測系統 120:電源 130:四線式感測器系統；四線式感測裝置 131:溫度測量裝置；溫度感測裝置；溫度感測器 132:電流源；電流供應 133:引線 134:引線 135:電壓測量裝置；電壓輸入裝置 136:引線 137:引線 138:介面 139:線 140:處理模組；模組；控制器 142:處理器 144:系統記憶體/資料儲存結構 150:通訊介面 160:互連件/網路 200:方法 210:程序步驟 220:程序步驟 230:程序步驟 240:程序步驟 250:程序步驟 260:程序步驟
由閱讀下列非限制性實施例之說明，參照隨附圖式，將更理解本文所述的實施例，其中： 〔圖1〕係根據一實施例之具有鍋爐之電力產生系統的簡化示意圖； 〔圖2〕係根據一實施例之鍋爐水壁之區段及網格佈局的圖； 〔圖3〕係根據一實施例之四線式電阻率判定的示意圖； 〔圖4〕係根據一實施例之四線式感測器模組的示意圖；及 〔圖5〕係根據一實施例之鍋爐壁溫度判定的流程圖。
10:發電系統
11:燃燒系統
12:鍋爐
14:燃燒器總成
16:粉碎器
17:燃燒空氣預熱器；空氣預熱器
18:空氣源
20:料斗區
22:主燃燒器區
23:水壁
24:燒盡區
25:混合球或滾筒
26:過熱器區
27:過熱器
28:節熱器區
29:再熱器
30:流體流動控制裝置；流動控制裝置
31:節熱器
33:尾部煙道
36:溫度及壓力監測器
37:監測裝置
38:整合式感測器模組；感測器模組；導電率/電阻率感測器模組
40:泵
50:蒸汽渦輪
52:高壓區段
54:中壓區段
56:低壓區段
57:冷凝器
58:發電機
60:管路系統
66:流體流動控制裝置；流動控制裝置
100:控制單元

Claims (18)

  1. 一種評估鍋爐之條件的方法，該方法包含：在鍋爐水壁的冷側提供複數個間隔開的電阻率感測模組以形成陣列，各該電阻率感測模組代表該陣列中的測量節點，各該電阻率感測模組包括通訊介面，可與該陣列中的其他電阻率感測模組進行通訊，和控制單元，可操作地耦合於該複數個間隔開的該電阻率感測模組、處理模組、四線式感測裝置，以及電源，基於從該鍋爐水壁收集的熱量而轉換成的電力為該通訊介面、該處理模組，和該四線式感測裝置供電；以及協調該複數個電阻率感測模組與該控制單元的操作以獲得該鍋爐水壁的電阻率感測測量值，其中該控制單元在任何時候只允許其中一個該電阻率感測模組獲得電阻率感測測量值，以在測量期間避免其它電阻率感測模組的影響，其中獲得該電阻率感測測量值包括：在一已知溫度條件下，針對該鍋爐水壁之複數個位置的一第一位置建立該鍋爐水壁之一基線電阻率；在另一溫度條件下，針對該鍋爐水壁之該複數個位置的該第一位置測量一電阻率；比較該第一位置的該測量電阻率與該第一位置的該基線電阻率；及基於該比較判定該鍋爐水壁的條件。
  2. 如請求項1之方法，其中： 該鍋爐水壁的該條件係在該鍋爐水壁之該冷側上的渣堆積、灰堆積、腐蝕、或侵蝕中之至少一者，及在該鍋爐水壁之管內側的腐蝕或侵蝕。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包含：在該複數個位置的一第二位置處測量電阻率；比較該第二位置的該測量電阻率與該第二位置的一基線電阻率；及基於在該第一位置處的該電阻率及來自該第二位置的該電阻率中之至少一者，判定該鍋爐水壁的該條件。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包含：協調在該複數個位置之各位置處的該等電阻率測量，使得在該複數個位置處之該等電阻率測量中之至少一者發生在與該複數個位置之另一位置處的該等電阻率測量中之至少另一者之時間不同的一時間。
  5. 如請求項1之方法，其中：針對該鍋爐水壁的該複數個位置建立該鍋爐水壁的該基線電阻率包含：在一已知恆定溫度下至少於該複數個位置之該第一位置處測量一電阻率。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包含：基於該電阻率對該鍋爐水壁在已知溫度下之溫度的一相關，補償所測量的該等電阻率。
  7. 如請求項1之方法，其中：該陣列中的各該電阻率感測模組將來自該四線式感測裝置的第一對引線放置在第一點與該鍋爐水壁形成電連 通，並且將來自該四線式感測裝置的第二對引線放置在第二點與該鍋爐水壁形成電連通，其中該第二點係以一已知距離與該第一點隔開。
  8. 如請求項7之方法，其中：在該複數個位置之該第一位置處該電阻率之測量包含在該第一位置處從該第一點至該第二點施加一已知電流至該鍋爐水壁，並測量由該第一點至該第二點之該已知電流的該施加所引起的一電壓。
  9. 如請求項7之方法，其中：藉由下列方式中之至少一者將該第一對引線及該第二對引線接至該鍋爐水壁：焊接、點焊、硬焊、螺栓連接、螺紋連接、環氧樹脂黏接、及軟焊在該鍋爐水壁的該冷側提供該複數個間隔開的電阻率感測模組。
  10. 如請求項1之方法，其中：在該複數個位置的一第一位置處測量該電阻率包含至少在該複數個位置的一部分處測量該電阻率；及其中該方法進一步包含藉著該控制單元接收對應於該複數個選定位置之至少一部分的複數個測量電阻率。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包含：基於在該複數個選定位置的該部分處的至少兩個測量電阻率，計算該鍋爐水壁之一平均電阻率或電阻率的變化；及基於該計算，判定該鍋爐水壁的該條件。
  12. 一種用於評估鍋爐之條件的系統，其包 含：複數個間隔開的電阻率感測模組，設置在鍋爐水壁的冷側，該複數個電阻率感測模組形成陣列，各該電阻率感測模組代表該陣列中的測量節點，各該電阻率感測模組包括：通訊介面，可與該陣列中的其他電阻率感測模組進行通訊、處理模組、四線式感測裝置，以及電源，基於從該鍋爐水壁收集的熱量而轉換成的電力為該通訊介面、該處理模組，和該四線式感測裝置供電，其中各該電阻率感測模組經組態以經由來自該四線式感測裝置的第一對引線將已知電流施加於該鍋爐水壁，並且透過該四線式感測裝置的第二對引線測量藉由施加電流而感應的電壓；以及控制單元，可操作地耦合於該複數個間隔開的電阻率感測模組，其中該控制單元經組態以協調該複數個電阻率感測模組與該控制單元的操作以獲得該鍋爐水壁的電阻率感測測量值，其中該控制單元在任何時間只允許其中一個該電阻率感測模組獲得電阻率感測測量值，以在測量期間避免其它電阻率感測模組的影響，其中該電阻率感測模組及該控制單元中之至少一者經組態以至少部分地基於該測量電壓來判定該鍋爐水壁的一條件。
  13. 如請求項12之系統，其進一步包含一溫度感測器，該溫度感測器操作以測量該鍋爐水壁的一溫度，該溫度感測器與該複數個電阻率感測模組及該控制單元中之至少一者操作通訊，其中該複數個電阻率感測模組 及該控制單元中之至少一者經組態以判定該鍋爐水壁的一條件。
  14. 如請求項12之系統，其中：該控制單元係經由一無線網路與該複數個電阻率感測模組通訊。
  15. 如請求項12之系統，其中：各該電阻率感測模組的電源經組態以經由一能量收集程序產生電力。
  16. 如請求項15之系統，其中：該能量收集程序包含採用一佩爾蒂埃效應(Pelletier effect)熱電裝置、RF、光子、及/或動態能量捕捉裝置將從該鍋爐水壁收集的熱轉換成電中之至少一者。
  17. 如請求項12之系統，其中：該鍋爐水壁的該條件係在該鍋爐水壁之該冷側上的渣堆積、灰堆積、腐蝕、或侵蝕中之至少一者，及在該鍋爐水壁之一管內側的腐蝕或侵蝕。
  18. 一種用於評估通道之內壁之條件的系統，其包含：複數個電阻率感測模組，電連接於該通道的外壁，各該電阻率感測模組包括：通訊介面，可與其他電阻率感測模組進行通訊、處理器、及一四線式感測裝置，該四線式感測裝置包含一第一對引線及一第二對引線，該第一對引線電氣連接至該通道的該外壁，該第二對引線在與該第一對引線隔開的一位置處電氣連接至該通道的該外壁，及 電源，基於從該鍋爐水壁收集的熱量而轉換成的電力為該通訊介面、該處理模組，和該四線式感測裝置供電，其中各該電阻率感測模組經組態以經由該第一對引線施加一已知電流至該通道的該外壁，並經由該第二對引線測量由該電流之該施加所引起的一電壓；及一控制單元，可操作地耦合於該複數個間隔開的電阻率感測模組，其中該控制單元經組態以協調該複數個電阻率感測模組的操作以獲得該通道的該外壁的電阻率感測測量值，其中該控制單元在任何時間僅允許一個電阻率感測模組獲得電阻率感測測量值，以在測量期間避免其它電阻率感測模組的影響；其中該電阻率感測模組及該控制單元中之至少一者經組態以至少部分地基於該測量電壓來判定該通道之該內壁的該條件。
TW111102033A 2021-01-29 2022-01-18 用於評估鍋爐之條件的方法及系統 TWI845885B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/161,759 US11480332B2 (en) 2021-01-29 2021-01-29 Method and system for assessing a condition of a boiler
US17/161,759 2021-01-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202246770A TW202246770A (zh) 2022-12-01
TWI845885B true TWI845885B (zh) 2024-06-21

Family

ID=80787280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111102033A TWI845885B (zh) 2021-01-29 2022-01-18 用於評估鍋爐之條件的方法及系統

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11480332B2 (zh)
CA (1) CA3203837A1 (zh)
MX (1) MX2023008850A (zh)
TW (1) TWI845885B (zh)
WO (1) WO2022165482A2 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288528B1 (en) * 1999-05-18 2001-09-11 Alstom Power Inc. Method and system for evaluating a condition of a combustion vessel
US20030055586A1 (en) * 2001-08-21 2003-03-20 Alstom Power N.V. Regularization model for electrical resistance mapping
CN1554018A (zh) * 2001-09-12 2004-12-08 阿尔斯托姆科技有限公司 用于估算代表燃烧室电气特性的数据的设备
CN107389740A (zh) * 2017-08-03 2017-11-24 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种受热面烟气侧磨损量及腐蚀量的在线监测系统

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE320676B (zh) 1968-03-14 1970-02-16 Aka Ab Apparatkemiska
JPH06147404A (ja) 1992-11-09 1994-05-27 Babcock Hitachi Kk ボイラ火炉監視方法および装置
EP1247248A4 (en) 1999-12-14 2010-03-03 Comb Specialists Inc DETECTION SYSTEM FOR DETECTING AND MONITORING / CONTROLLING DEPOSITION ON SUSPENDED TUBES IN RECOVERY AND POWER GENERATION BOILERS
US6919729B2 (en) 2003-01-06 2005-07-19 Rohrback Cosasco Systems, Inc. Corrosivity measuring device with temperature compensation
US7286960B2 (en) 2004-09-30 2007-10-23 General Electric Company Systems and methods for monitoring fouling and slagging in heat transfer devices in coal fired power plants
WO2011046869A2 (en) 2009-10-12 2011-04-21 Abbott Patrick D Targeted equipment monitoring system and method for optimizing equipment reliability
WO2013025843A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 Incube Labs, Llc System and method for thermoelectric energy generation
WO2013065686A1 (ja) * 2011-11-01 2013-05-10 内外化学製品株式会社 金属管の腐食モニタリング装置およびその用途
GB2498207A (en) * 2012-01-06 2013-07-10 Teledyne Ltd Monitoring a conductive fluid conduit
US9485473B2 (en) 2012-09-13 2016-11-01 Alstom Technology Ltd Method and system for determining quality of tubes
US9638652B2 (en) 2013-01-30 2017-05-02 Giatec Scientific Inc. Electrical methods and systems for concrete testing
KR101528810B1 (ko) 2014-10-14 2015-06-15 한국남동발전 주식회사 무선 네트워크를 기반으로 한 온도 및 부식 모니터링 장치
US10047956B2 (en) 2014-10-22 2018-08-14 Honeywell International Inc. Monitoring efficiency and operational mode changes of combustion equipment
US10495547B2 (en) 2015-06-08 2019-12-03 Hamilton Sundstrand Corporation Plate-fin heat exchanger fouling identification
WO2018006006A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Analog Devices, Inc. Disposable witness corrosion sensor
EP3555607A2 (en) * 2016-12-16 2019-10-23 3M Innovative Properties Company Verifying structural integrity of materials
US11680757B2 (en) 2020-07-09 2023-06-20 General Electric Technology Gmbh System and method for heat exchanger control based on real-time corrosion monitoring

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288528B1 (en) * 1999-05-18 2001-09-11 Alstom Power Inc. Method and system for evaluating a condition of a combustion vessel
US20030055586A1 (en) * 2001-08-21 2003-03-20 Alstom Power N.V. Regularization model for electrical resistance mapping
CN1554018A (zh) * 2001-09-12 2004-12-08 阿尔斯托姆科技有限公司 用于估算代表燃烧室电气特性的数据的设备
CN107389740A (zh) * 2017-08-03 2017-11-24 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种受热面烟气侧磨损量及腐蚀量的在线监测系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022165482A3 (en) 2022-09-09
CA3203837A1 (en) 2022-08-04
TW202246770A (zh) 2022-12-01
WO2022165482A2 (en) 2022-08-04
MX2023008850A (es) 2023-08-31
US11480332B2 (en) 2022-10-25
US20220243909A1 (en) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120067542A1 (en) Measuring device for a heat exchanger
US20180180280A1 (en) System and method for combustion system control
JP5452001B2 (ja) 腐食モニタリングセンサ
US10088157B2 (en) Multi-sensor probe for monitoring combustion in a conduit
US11680757B2 (en) System and method for heat exchanger control based on real-time corrosion monitoring
JPH07502830A (ja) 高温システムにおける実時間腐食度監視装置及び方法
Sobota Improving steam boiler operation by on-line monitoring of the strength and thermal performance
TWI845885B (zh) 用於評估鍋爐之條件的方法及系統
US20030183537A1 (en) Method of spatial monitoring and controlling corrosion of superheater and reheater tubes
US6288528B1 (en) Method and system for evaluating a condition of a combustion vessel
Blondeau et al. Online adjustment of Furnace Exit Gas Temperature field using advanced infrared pyrometry: Case study of a 1500 MWth utility boiler
KR101898775B1 (ko) 보일러 수냉벽 튜브의 고장 진단 장치 및 방법
TWI853171B (zh) 用於基於即時腐蝕監測之熱交換器控制之系統及方法
KR100639785B1 (ko) 보일러의 온도 측정 방법
Sobota Computer monitoring and optimization of the steam boiler performance
Sobota Increasing the Performance and Reliability of Power Boiler by Monitoring Thermal and Strength Parameters
Martinson et al. Energy and exergy analyses of a subcritical pulverised coal-fired boiler based on the effects of slagging and fouling
JP2005221170A (ja) 超臨界圧ボイラの運転方法
Davidson A Practical On-Line Solution of Control Ash Deposition
AU2010201302A1 (en) Condition based soot blowing system
TWI644191B (zh) 智慧型吹灰裝置及方法
EP1287309A1 (en) Monitoring of fouling or of loss of material of heat transfer tubes in a combustion vessel by resistance measurements
Taler et al. Thermal performance and stress monitoring of power boiler
Chudnovsky et al. Boiler Emissions and Performance Improvement due to Utilization Real-Time Intelligent Sootblowing Boiler Monitoring Place
CN112880204B (zh) 一种用于锅炉烟气侧烟幕保护的方法