專利名稱：基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法。具體說(shuō)，該方法特別適合于電站鍋爐水冷壁積灰的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是一種在鍋爐運(yùn)行中避免嚴(yán)重積灰或者結(jié)渣的方法。
背景技術(shù)：
在電站鍋爐中，由于水冷壁所處位置的煙氣溫度最高，直接與燃料和火焰接觸的機(jī)會(huì)最大，所以最容易發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象，而且主要表現(xiàn)為難以清除的渣。燃煤電站鍋爐爐內(nèi)受熱面的結(jié)渣是一個(gè)普遍存在而又難以有效解決的問(wèn)題。受熱面積灰結(jié)渣所帶來(lái)的危害是非常巨大的，必須采取一定的措施加以防治。許多科研人員一直致力于這方面的研究，希望能從多角度尋求解決鍋爐積灰與結(jié)渣的辦法。為了減少受熱面沾污造成換熱損失，提高鍋爐機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在實(shí)踐中人們摸索對(duì)受熱面進(jìn)行吹灰，問(wèn)題還是難以有效解決。加拿大滑鐵盧大學(xué)開(kāi)發(fā)了專門(mén)針對(duì)爐膛結(jié)渣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在爐膛水冷壁的易結(jié)渣部位安裝了圓盤(pán)式熱流計(jì)，這些熱流計(jì)分為兩類一類是清潔熱流計(jì)，另一類是灰污熱流計(jì)。清潔熱流計(jì)裝有壓縮空氣吹掃裝置，保持熱流計(jì)表面沒(méi)有灰污沉積，用來(lái)測(cè)量鍋爐受熱面能夠接受到的火焰輻射熱流?；椅蹮崃髦退浔谝粯釉獾秸次郏脕?lái)測(cè)量鍋爐受熱面實(shí)際吸收的熱流?；椅蹮崃饔?jì)的輸出信號(hào)取決于兩個(gè)因素的作用，一個(gè)是爐膛火焰的輻射熱流，另一個(gè)是熱流計(jì)表面的灰污沉積。前者隨著鍋爐負(fù)荷、燃燒器擺角、煙氣再循環(huán)量、過(guò)量空氣系數(shù)等運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整而變化。清潔熱流計(jì)的信號(hào)，為過(guò)濾掉這些與從灰污沉積無(wú)關(guān)的變化， 提供了一個(gè)參考值，通過(guò)比較臟熱流計(jì)和清潔熱流汁的信號(hào)，可以判斷出水冷壁的灰污程度。英國(guó)BMS公司采用圓柱熱流計(jì)測(cè)量水冷壁吸收的輻射熱流密度，并且結(jié)合鍋爐負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化運(yùn)行。BMS使用的熱流計(jì)直接安裝在一段管子的表面，做成一個(gè)可以流通工質(zhì)的測(cè)量段，使用時(shí)截掉一小段水冷壁管，用測(cè)量段來(lái)代替。BMS公司已經(jīng)在多臺(tái)鍋爐上應(yīng)用了這種灰污監(jiān)測(cè)和吹灰優(yōu)化系統(tǒng)，起到了提高鍋爐效率、減少噴水量、減輕受熱面腐蝕、降低NOx排放、預(yù)防結(jié)渣事故等作用。LeVert等提出了另外一種監(jiān)測(cè)方法，不再需要設(shè)置清潔熱流作為參考值。該方法使用特制的熱流測(cè)量裝置，在熱流計(jì)內(nèi)部增加了一個(gè)脈沖加熱器，利用熱流計(jì)對(duì)脈沖加熱信號(hào)響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)判斷熱流計(jì)表面的灰污程度。這種熱流計(jì)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在使用前需要標(biāo)定，確定熱流計(jì)在不同灰污狀態(tài)下對(duì)脈沖加熱信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)而提出一種基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，利用聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)爐膛截面煙氣溫度和鍋爐水冷壁溫度進(jìn)行測(cè)量，從而判斷爐膛整體灰污情況和爐膛局部受熱面是否結(jié)焦或積灰；具體方法是首先建立一套成功的爐內(nèi)結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從燃燒區(qū)以上，在按吹灰器分區(qū)，在每面墻、 爐膛3的燃燒器6出口及爐膛出口煙道折焰角5處成對(duì)布置爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)1和渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2，在水平煙道4出口布置爐膛內(nèi)煙氣溫度測(cè)點(diǎn)1，共34支測(cè)點(diǎn)，提取有效的衡量結(jié)渣嚴(yán)重程度的特征參數(shù)；通過(guò)上述在電站鍋爐爐膛布置聲波測(cè)溫點(diǎn)，利用聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)爐膛出口煙氣溫度和鍋爐水冷壁溫度進(jìn)行測(cè)量，并且建立爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型， 判斷爐膛整體灰污情況和爐膛局部受熱面是否結(jié)焦或積灰。所述爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型是由爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)1測(cè)量的溫度計(jì)算獲得爐膛平均溫度T1，繪出T1的等溫曲面即為爐膛平均等溫曲面；設(shè)爐內(nèi)在平均溫度等溫曲面以外任一等溫曲面溫度為T(mén)n，攜帶熱量為t，則有=Q1-I = AQ > 0，即等溫曲面越靠近水冷壁溫度越低、最終要和受熱面渣表面溫度相一致；水冷壁表面渣越厚，渣表面溫度越高，等溫曲面越靠近平均等溫曲面T1，當(dāng)Tn = T1時(shí)結(jié)渣嚴(yán)重，則不能運(yùn)行；令渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2 測(cè)量的溫度為T(mén)b，在受熱面未污染時(shí)，即渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2測(cè)量的溫度Tb等于受熱面未污染未污染的壁溫，則Tn = Tb,說(shuō)明鍋爐處于沒(méi)有結(jié)渣的理想狀態(tài)；我們把渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2測(cè)量的受熱面結(jié)渣后的渣層表面溫度定義為T(mén)' b，引入潔凈當(dāng)量￡概念，令由于變化不大，可視為常數(shù)，把0 = 看成爐膛水冷壁結(jié)渣動(dòng)態(tài)特征參數(shù)，
AA
爐膛平均溫度T1,渣層表面溫度T' b，在同一運(yùn)行工況下，這兩個(gè)溫度都在隨蒸發(fā)量、燃燒工況、結(jié)渣傳熱情況變化；令S =T' b/I\模擬渣層厚度，隨著受熱面結(jié)渣厚度的增加，其表層溫度T' “敫增，并逐漸趨近于爐膛平均溫度，結(jié)渣越嚴(yán)重，T' b/I\越接近1，特征參數(shù) θ趨近0，能很好的表達(dá)污染狀況。本發(fā)明的有益效果是選擇動(dòng)態(tài)灰污特征參數(shù)，以爐膛平均溫度為基準(zhǔn)，可以通過(guò)在爐膛不同高度布置聲學(xué)測(cè)溫裝置，測(cè)定水冷壁渣層表面溫度，實(shí)現(xiàn)爐膛局部受熱面灰污監(jiān)測(cè)?？梢员苊庠阱仩t運(yùn)行中嚴(yán)重積灰或者結(jié)渣的現(xiàn)象發(fā)生；本發(fā)明特別適合電站鍋爐水冷壁積灰的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。


圖1為電站鍋爐爐內(nèi)結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。圖2為爐膛平均溫度T1的等溫曲面立體顯示圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法。所述聲學(xué)測(cè)溫的原理是基于聲波的傳播速度直接隨介質(zhì)溫度而變化。由熱力學(xué)中氣體方程和聲學(xué)中的聲波波動(dòng)方程得到聲波傳播速度和介質(zhì)溫度的關(guān)系如下C = f (k, R, Μ, T)其中，C——聲音在介質(zhì)中的傳播速度R——?dú)怏w常數(shù)
k——?dú)怏w的絕熱指數(shù)M——?dú)怏w分子量T——?dú)怏w溫度。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明予以說(shuō)明。圖1所示為電站鍋爐爐內(nèi)結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。是實(shí)現(xiàn)本方法首先建立的一套成功的爐內(nèi)結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從燃燒區(qū)以上，在按吹灰器分區(qū)，在每面墻、爐膛3的燃燒器6出口及爐膛出口煙道折焰角5處成對(duì)布置爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)1和渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2， 在水平煙道4出口布置爐膛內(nèi)煙氣溫度測(cè)點(diǎn)1，共34支測(cè)點(diǎn)，通過(guò)上述在電站鍋爐爐膛布置聲波測(cè)溫點(diǎn)，提取有效的衡量結(jié)渣嚴(yán)重程度的特征參數(shù)；利用聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)爐膛出口煙氣溫度和鍋爐水冷壁溫度進(jìn)行測(cè)量，并且建立爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型，判斷爐膛整體灰污情況和爐膛局部受熱面是否結(jié)焦或積灰。在鍋爐運(yùn)行中，爐內(nèi)不存在靜止不動(dòng)界面，把握爐內(nèi)水冷壁結(jié)渣對(duì)爐內(nèi)換熱影響， 用動(dòng)態(tài)特征參數(shù)相對(duì)變化更合理。依據(jù)爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型，以動(dòng)態(tài)特征參數(shù)透視表征對(duì)象， 使用動(dòng)態(tài)特征參數(shù)克服非本工況下選定的參照物受固定條件限制，不反應(yīng)多種因素變動(dòng)的缺點(diǎn)。也就是把判別結(jié)渣程度的參照物由原來(lái)靜止的改變?yōu)閯?dòng)態(tài)的，把原來(lái)參照值由絕對(duì)差值，改為相對(duì)差值。如爐膛結(jié)渣動(dòng)態(tài)特征參數(shù)為兩個(gè)同一工況下兩個(gè)變動(dòng)參數(shù)的比值。 前提條件必須是這兩個(gè)參量比值變化能明顯表征結(jié)渣后的特征。把爐內(nèi)溫度看成是均勻的，用T1代表爐膛內(nèi)全部煙氣的平均溫度，由爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)1進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算這些測(cè)量的溫度獲得爐膛平均溫度T1 ；繪出T1的等溫曲面即為爐膛平均等溫曲面(如圖2所示)；設(shè)爐內(nèi)在平均溫度等溫曲面以外任一等溫曲面溫度為T(mén)n，攜帶熱量為Qn，則有=Q1-I =AQ > 0，即等溫曲面越靠近水冷壁溫度越低、最終要和受熱面渣表面溫度相一致；水冷壁表面渣越厚，渣表面溫度越高，等溫曲面越靠近平均等溫曲面T1,當(dāng)Tn = T1時(shí)結(jié)渣嚴(yán)重， 則不能運(yùn)行；令渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2測(cè)量的溫度為T(mén)b，在受熱面未污染時(shí)，即渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2測(cè)量的溫度Tb等于受熱面未污染未污染的壁溫，則Tn = Tb，說(shuō)明鍋爐處于沒(méi)有結(jié)渣的理想狀態(tài)；我們把渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2測(cè)量的受熱面結(jié)渣后的渣層表面溫度定義為T(mén)' b，引入潔凈當(dāng)量￡概念，令
權(quán)利要求
1.一種基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，利用聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)爐膛截面煙氣溫度和鍋爐水冷壁溫度進(jìn)行測(cè)量，從而判斷爐膛整體灰污情況和爐膛局部受熱面是否結(jié)焦或積灰；具體方法是首先建立一套爐內(nèi)結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從燃燒區(qū)以上，在按吹灰器分區(qū)，在每面墻、爐膛(3)的燃燒器(6)出口及爐膛出口煙道折焰角(5)處成對(duì)布置爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)(1)和渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)O)，在水平煙道(4)出口布置爐膛內(nèi)煙氣溫度測(cè)點(diǎn)(1)，共34支測(cè)點(diǎn)，提取有效的衡量結(jié)渣嚴(yán)重程度的特征參數(shù)；通過(guò)上述在電站鍋爐爐膛布置聲波測(cè)溫點(diǎn)，利用聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)爐膛出口煙氣溫度和鍋爐水冷壁溫度進(jìn)行測(cè)量，并且建立爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型，判斷爐膛整體灰污情況和爐膛局部受熱面是否結(jié)焦或積灰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型是由爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)(1)測(cè)量的溫度計(jì)算獲得爐膛平均溫度 T1，繪出T1的等溫曲面即為爐膛平均等溫曲面；設(shè)爐內(nèi)在平均溫度等溫曲面以外任一等溫曲面溫度為T(mén)n，攜帶熱量為&，則有=Q1-I = AQ > 0，即等溫曲面越靠近水冷壁溫度越低、 最終要和受熱面渣表面溫度相一致；水冷壁表面渣越厚，渣表面溫度越高，等溫曲面越靠近平均等溫曲面T1，當(dāng)Tn = T1時(shí)結(jié)渣嚴(yán)重，則不能運(yùn)行；令渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)(2)測(cè)量的溫度為T(mén)b，在受熱面未污染時(shí)，即渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)2測(cè)量的溫度Tb等于受熱面未污染未污染的壁溫，則Tn = Tb，說(shuō)明鍋爐處于沒(méi)有結(jié)渣的理想狀態(tài)；我們把渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)(2) 測(cè)量的受熱面結(jié)渣后的渣層表面溫度定義為T(mén)' b，引入潔凈當(dāng)量￡概念，令,, =(1- /(1- ^ = (Tl-Tb)I(Tl-Tb) T1jZk T/由于變化不大，可視為常數(shù)，把0 = 看成爐膛水冷壁結(jié)渣動(dòng)態(tài)特征參數(shù)，爐膛 AA平均溫度T1,渣層表面溫度T' b，在同一運(yùn)行工況下，這兩個(gè)溫度都在隨蒸發(fā)量、燃燒工況、結(jié)渣傳熱情況變化；令S =T' b/I\模擬渣層厚度，隨著受熱面結(jié)渣厚度的增加，其表層溫度T' “敫增，并逐漸趨近于爐膛平均溫度，結(jié)渣越嚴(yán)重，T' b/I\越接近1，特征參數(shù)θ趨近0，能很好的表達(dá)污染狀況。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一種基于聲學(xué)原理的電站鍋爐爐膛積灰監(jiān)測(cè)方法。具體方法是首先建立一套成功的爐內(nèi)結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從燃燒區(qū)以上，在按吹灰器分區(qū)，成對(duì)布置爐膛內(nèi)煙氣聲波測(cè)溫點(diǎn)和渣層表面聲波測(cè)溫點(diǎn)，提取有效的衡量結(jié)渣嚴(yán)重程度的特征參數(shù)；通過(guò)上述在電站鍋爐爐膛布置聲波測(cè)溫點(diǎn)，利用聲波測(cè)溫技術(shù)對(duì)爐膛出口煙氣溫度和鍋爐水冷壁溫度進(jìn)行測(cè)量，并且建立爐膛灰污監(jiān)測(cè)模型，判斷爐膛整體灰污情況和爐膛局部受熱面是否結(jié)焦或積灰，實(shí)現(xiàn)了爐膛局部受熱面灰污實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以避免在鍋爐運(yùn)行中嚴(yán)重積灰或者結(jié)渣的現(xiàn)象發(fā)生；本發(fā)明特別適合電站鍋爐水冷壁積灰的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102253081SQ201110112150
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者安連鎖, 張世平, 楊祥良, 沈國(guó)清 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)