专利名称：避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电站锅炉技术领域的方法，具体是一种避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法。
背景技术：
近年来，我国发电行业的高速发展，超临界和超超临界发电机组大量投运，锅炉等级、温度、压力等参数随着提升。目前金属材料已经用到了最高耐温等级，相应的材料应力超温裕量越来越小，运行中多项因素都会引起超温现象，还引发了由于材料超温造成的管内氧化皮的生成过快并脱落引起堵塞爆管等问题。锅炉爆管事故不但会造成上千万元的直接经济损失，导致管组寿命大幅度减小，而且还存在连续爆管的隐患。为了消除电站锅炉过热器和再热器管系在运行中因管壁超温引起的爆管，以及延缓管内氧化皮生成速度和脱落可控以及延长管系的使用寿命，更好地实现电站锅炉炉内的状态检修，急需提出一种电站锅炉过热器和再热器管系内氧化皮减缓生成和脱落可控的方法，对电站锅炉过热器和再热器管系的实时在线运行情况、动态壁温、金属应力强度超温范围、管内氧化皮生成情况进行实时监测。其经济利益、节能减排及运行可靠性要求突出而且迫切，与我国12. 5规划中国家能源建设密切相关。经对现有的技术文献检索发现①专利申请名称电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，专利申请号20101017^98.X，专利公开号CN101832M3A，该技术自述管理方法的步骤为步骤1、将网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与电厂DCS系统或者 MIS系统及在线测点连接；步骤2、读取厂级监控信息系统数据库中锅炉末级过热器和末级再热器在线监测数据，并保存到本地关系型数据库中；步骤3、根据读取到的在线监测数据计算炉内各计算点的蒸汽温度及管壁温度；步骤4、统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布范围及各计算点的超温运行时间；步骤5、实时显示计算结果。该专利的不足之处是(1)如该项专利申请的主题所述，其只对电站锅炉末级过热器和末级再热器两个管组进行智能壁温管理，而大容量锅炉的过热器再熟器管系共有6 个管组，即一级过热器(或称低温过热器)、二级过热器(或称分隔屏过热器)、三级过热器 (即后屏过热器)、四级过热器(即末级过热器)、低温再热器和高温再热器。在锅炉实际运行中约有30 40%的超温爆管发生在一级过热器和二级过熟器，该专利方法没有涉及解决一级过热器和二级过热器两个管组的超温爆管问题；(2)该专利方法中的步骤1和步骤2中，并没有对取得监测数据的测量采集点的选择及其布局这个关系测量值精度和可靠性问题提出技术方案和措施，因此所有炉内计算点(监测点)的汽温和壁温的计算就缺乏依据和难以符合锅炉实际运行工况，如果测量采集点没有选择在温度最高的管子上，或者测量值的准确性不高，监测点的炉内汽温和壁温的计算就严重影响其整个技术方案的技术效果；C3)该技术方法中的步骤3.各计算点的蒸汽温度和管壁温度的计算模型同样存在缺乏建模依据和不符合锅炉实际运行工况的情况，如缺少计算点烟气上游前管屏烟室的辐射(前前辐射)、屏中辐射和屏后辐射对计算点的辐射热量，还缺少各排管子计算点对流吸热量、屏间辐射吸热量和屏前辐射吸热量的偏差。综上所述，该专利并不能实现整个电站锅炉管系的壁温快速在线实时计算和在线监视与控制，也无法实现电站锅炉在服役期内安全运行，以及延长锅炉使用寿命。由于缺乏建模依据和精度和可靠性都存在问题，对于其特指的末级过热器和末级再热器也难以获得积极的技术效果。②专利申请名称一种检测锅炉弯管内氧化皮堆积量的方法，专利申请号 200910226739.3，专利公开号CN 101782420，该技术自述包括下述步骤(1)现场择取样品； (2)模拟现场，在样管一端加入氧化皮；C3)磁化处理；(4)测出剩磁磁场强度值；( 递加氧化皮；(6)重复步骤(3)、步骤(4) ； (7)重复步骤(5)、步骤(6) ； (8)建立关系曲线图；(9) 现场检测，磁化处理；(10)测出剩磁磁场强度值B; (11)使用关系曲线图对照被检测弯管， 查出现场被检测的锅炉弯管内的氧化皮堆积量。首先，该技术的应用范围很有限，其仅对已经生成的管内氧化皮堆积量进行检测， 而没有技术措施减缓氧化皮生成的功能。其次，该技术无法实现在线动态监测。第三，该技术无法对马氏体钢管进行检测。③专利申请名称超临界锅炉高温管内氧化皮堵塞在线预警装置及预警方法，专利申请号201010522422. 7，专利公开号CN 10205^62A，该技术自述包括依次信号连接的温度传感器、数据采集器、数据分析系统、预警控制器和报警设备，所述温度传感器分布在锅炉出口集箱附近的各个高温管道上。由于超临界锅炉管壁温度与管内氧化皮堵塞存在强烈的耦合关系，当管道的温度偏差大于预先设定值S 1和壁温变化率大于预先设定值 δ 2时，即可以预测该管道发生氧化皮堵塞，从而发出堵塞预警信号。该预警装置还可以显示超临界锅炉不同高温管屏管壁温度及其变化率的实时数据、历史数据，同时兼有超温报警、趋势报警的功能。该技术利用这些测点所测量的温度与管内氧化皮堵塞作藕合关系来监测氧化皮堵塞的方法效率是不高的。因为(1)电站锅炉中一个管组具有上千甚至几千根管子，不可能每根管子上装设测点。如果没有正确选择这些测点的布置位置和安装方法，这些测点的代表性就不高，正好测到温度最高的氧化皮堵塞管子的概率是很低的。(2)没有对一个管组中所有管子炉内各计算管段的汽温和壁温进行全覆改的准确计算，不可能监测到各根管子内壁氧化皮生成的速率和厚度。④专利申请名称一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪及探测方法，专利申请号201010019498. 8，专利公开号=CN 101750011A，该技术自述探测方法是通过测量探头和基准探头分别把来自受检管的待测部位和无氧化皮部位的磁信号转化为电压信号，该两个电压信号经放大电路放大后通过减法器获得差值电压信号，由A/D转换器将差值电压信号转化为数字信号，该数字信号由单片机处理后送到显示器显示。该技术的应用范围很有限，其仅对停运的锅炉上对管内氧化皮作出量化的探测，并没有对运行中锅炉的管内氧化皮进行监测。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法。本发明实现了过热器和再热器管系超温状态和管内氧化皮生成实时动态计算监测，实现了电站锅炉过热器和再热器管系的安全、经济运行，并为锅炉的状态检修提供了直接的数据支持。本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括以下步骤步骤1、通过预计算，得出管组中具有代表性的炉内壁温裕量最小的管子装设炉外壁温测量采集点；步骤2、从电厂实时数据库中读取锅炉实时运行、炉外壁温等计算中需要的数据， 保存到本地服务器的关系型数据库中；步骤3、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系炉内所有管子工质温度和金属壁温，以及应力强度超温值生成实时动态计算；步骤4、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系管内氧化皮生成厚度实时动态计算；步骤5、分离出超过管壁金属应力强度超温值部位的金属管段的数据存入超温汇总数据库；步骤6、分离出炉内各监测点的金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成厚度数据存入氧化汇总数据库；步骤7、显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、 管内氧化皮厚度的分布情况。其中步骤1所述的预计算，就是在锅炉设计阶段预先计算沿锅炉宽度吸热量最大的偏差屏中所有管子各管段管壁金属应力强度壁温裕量，用以找出管屏中容易超温爆管的最危险的管子；通过步骤1所述的预计算得出测量采集点，是指对壁温裕量从小到大进行排序， 通过所述的预计算得出测量采集点，是指对壁温裕量从小到大进行排序，确定沿同片各管及沿锅炉宽度需要监测的取裕量最小的前100位壁温裕量最小的管子。在所述的前100位壁温裕量最小的管子中，取占管屏中管子总数的5 20%的管子作为装设沿同屏各管及沿锅炉宽度炉外壁温测量采集点的布置方案。计算所述的壁温裕量，包括以下步骤a、计算管段的对流热量平均值％ 计算管段的对流热量平均值为Qd = IdKha dHd ( θ -t3)(1)式中ξ d为对流传热偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，a d为对流放热系数， Hd为对流受热面积，θ为烟气温度，、为管子积灰表面温度。根据计算管段在管屏中所处的位置，由烟气对各排管子的对流传热偏差，计算得到管段的对流传热偏差系数ξ d。
b、计算屏间辐射热量平均值％屏间辐射热量平均值为QP= IpKho 0axiapHp[( θ p+273)4-(ts+273)4] (2)式中屏间辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，％为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，ap为屏间烟室黑度，Hp为屏间辐射面积，θ ρ为屏间烟气温度，t3为管子积灰表面温度。根据计算管段在管屏中所处的位置(中间管，首排管，紧贴在一片屏侧面的管子， 两边节距不等管子)，由屏间烟气对各种类型管子的屏间辐射角系数，计算得到各管段的屏间辐射偏差系数ξρ。C、计算屏前辐射热量平均值％屏前辐射热量平均值为=Qtl= IqKho 0axiaqHq[( Θ q+273)4-(ts+273)4] (3)式中ξ ,为屏前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ C1为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，aq为屏前烟室黑度，Hq为屏前辐射面积，θ q为屏前烟气温度，t3为管子积灰表面温度。根据计算管段在管屏中垂直于屏前辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏前烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到各管段的屏前辐射偏差系数ξ QOd、计算屏前前烟室辐射热量平均值Qtw屏前前辐射热量平均值为=Qtw= ξ qqKh σ 0axiaqq(1-xgp) (l-aq)HM[( θ qq+273)4-(t 3+273)4] (4)式中ξ M为屏前前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，aqq为屏前前烟室黑度，xgp为屏前烟室进口管排的角系数，aq 为屏前烟室黑度，Hqq为屏前前辐射面积，θ qq为屏前前烟室的烟温，t3为管子积灰表面温度。根据计算管屏烟气上游高温管屏屏间烟室的辐射热量透过计算管屏的进口管排和屏前烟室，对计算管段的辐射角系数，计算得到各管段的前前辐射偏差系数ξ Μ。e、计算屏中辐射热量平均值Qz屏中辐射热量平均值为QZ= IzKho 0axiazHz[(e z+273)4-(ts+273)4] (5)式中ξ 2为屏中辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，％为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，az为屏中烟室黑度，Hz为屏中辐射面积，θ ζ为屏中烟气温度，t3为管子积灰表面温度
根据计算管段在管屏中垂直于屏中辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏中烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏中辐射偏差系数ξ ζ。f、计算屏后辐射热量平均值％屏后辐射热量平均值为Qh= IhKho AiahHh[ ( θ h+273)4- (ts+273)4] (6)式中屏后辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，ah为屏后烟室黑度，Hh为屏后辐射面积，θ h为屏后烟气温度，t3为管子积灰表面温度。根据计算管段在管屏中垂直于屏后辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏后烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏后辐射偏差系数ξ h。g、计算屏下辐射热量平均值I
屏下辐射热量平均值为QX= IxKho 0axiaxHx [ ( θ χ+273)4- (ts+273)4] (7)式中ξ ,为屏下辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，ax为屏下烟室黑度，Hx为屏下辐射面积，θ χ为屏下烟气温度，t3为管子积灰表面温度。根据计算管段在管屏中垂直于屏下辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏下烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏下辐射偏差系数ξ X。h、计算管段的焓增AiaΔ ia = Kry(Qd+Qp+Qq+Qqq+Qz+Qh+Qx)/ga(8)式中Kry为预计算所设定的宽度吸热偏差系数为管段对流热量平均值为管段屏间辐射热量平均值为管段屏前辐射热量平均值；qm为管段前前辐射热量平均值；QZ为管段屏中辐射热量平均值为管段屏后辐射热量平均值为管段屏下辐射热量平均值；该7项热量的计算式与上述式(1) 式(7)相同。ga为计算管段的蒸汽流量。i、计算管段的蒸汽焓ii = ij+ Σ Δ ii(9)式中ij为计算管的进口蒸汽焓，取用设计值；Σ Δ 为从管子进口到计算点所有管段的蒸汽焓增计算值之和。j、计算管段的工质温度t根据蒸汽的焓温表，由i得出t。k、计算管段外壁沿周界最大热负荷qmqm = η Qd/Hd+Φ (Qp/Hp+Qq/Hq+Qqq/Hqq+Qz/Hz+Qh/Hh+Qx/Hx)(10)式中η为对流热负荷增大系数为对流热量；Hd为对流受热面积；Φ为辐射热负荷曝光系数》ρ为屏间辐射热量；ΗΡ为屏间辐射面积为屏前辐射热量；H,为屏前辐射面积；Qm为屏前前辐射热量；Htw为屏前前辐射面积；QZ为屏中辐射热量；HZ为屏中辐射面积为屏后辐射热量；Hh为屏后辐射面积为屏下辐射热量；HX为屏下辐射面积。
数；
1、计算管段的金属内壁温度tnb
权利要求
1.一种避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、通过预计算，得出管组中具有代表性的炉内壁温裕量最小的管子装设炉外壁温测量采集点；步骤2、从电厂实时数据库中读取锅炉实时运行、炉外壁温等计算中需要的数据，保存到本地服务器的关系型数据库中；步骤3、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系炉内所有管子工质温度和金属壁温生成实时动态计算；步骤4、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系管内氧化皮生成厚度实时动态计算；步骤5、分离出超过管壁金属应力强度超温值部位的金属管段的数据存入超温汇总数据库；步骤6、分离出炉内各监测点的金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成厚度数据存入氧化汇总数据库；步骤7、显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、管内氧化皮厚度的分布情况。
2.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤1所述的预计算，是在锅炉设计阶段预先计算沿锅炉宽度吸热量最大的偏差屏中所有管子各管段管壁金属应力强度壁温裕量，用以找出管屏中容易超温爆管的最危险的管子。
3.根据权利要求2所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，通过所述的预计算得出测量采集点，是指对壁温裕量从小到大进行排序，确定沿同片各管及沿锅炉宽度需要监测的取裕量最小的前100位壁温裕量最小的管子。
4.根据权利要求3所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，在所述的前100位壁温裕量最小的管子中，取占管屏中管子总数的5 20%的管子作为装设沿同屏各管及沿锅炉宽度炉外壁温测量采集点的布置方案。
5.根据权利要求2或者3或者4所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，计算所述的壁温裕量，包括以下步骤a、计算管段的对流热量平均值AQd= ldKhadHd(0"t3)⑴式中ξ d为对流传热偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，a d为对流放热系数，Hd为对流受热面积，θ为烟气温度，、为管子积灰表面温度；b、计算屏间辐射热量平均值％Qp = ξ pKh σ 0axiapHp [ ( θ ρ+273)4- (ts+273)4](2)式中ξ ρ为屏间辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数， axi为系统辐射黑度，ap为屏间烟室黑度，Hp为屏间辐射面积，θ ρ为屏间烟气温度，t3为管子积灰表面温度；C、计算屏前辐射热量平均值％Qq = ξ qKh σ 0axiaqHq [ ( θ q+273)4- (ts+273)4](3)式中ξ ,为屏前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数， axi为系统辐射黑度，aq为屏前烟室黑度，Hq为屏前辐射面积，θ q为屏前烟气温度，t3为管子积灰表面温度；d、计算屏前前烟室辐射热量平均值QtwQqq = I qKho0axiaqq(1-xgp) (l-aq)Hqq[(6 qq+273)4-(ts+273)4] (4) 式中ξ M为屏前前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，aqq为屏前前烟室黑度，xgp为屏前烟室进口管排的角系数，aq为屏前烟室黑度，Hqq为屏前前辐射面积，θ qq为屏前前烟室的烟温，t3为管子积灰表面温度；e、计算屏中辐射热量平均值QzQz= ξ zKh σ 0axiazHz [ ( θ z+273)4- (ts+273)4](5)式中ξ z为屏中辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数， axi为系统辐射黑度，az为屏中烟室黑度，Hz为屏中辐射面积，θ 子积灰表面温度；f、计算屏后辐射热量平均值％ Qh = IhKho 0axiahHh[ ( θ h+273)4- (ts+273)4] 式中ξ h为屏后辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，axi为系统辐射黑度，ah为屏后烟室黑度，Hh为屏后辐射面积，θ f 子积灰表面温度；g、计算屏下辐射热量平均值I Qx= ξ xKh σ 0axiaxHx [ ( θ x+273)4- (ts+273)4]式中ξ x为屏下辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数， axi为系统辐射黑度，ax为屏下烟室黑度，Hx为屏下辐射面积，θ s 子积灰表面温度；h、计算管段的焓增Aia Δ ia = Kry (Qd+Qp+Qq+Qqq+Qz+Qh+Qx) /ga 式中Kry为预计算所设定的宽度吸热偏差系数，％为管段对流热量平均值，％为管段屏间辐射热量平均值，Qq为管段屏前辐射热量平均值，Qqq为管段前前辐射热量平均值，Qz为管段屏中辐射热量平均值，Qh为管段屏后辐射热量平均值，Qx为管段屏下辐射热量平均值， ga为计算管段的蒸汽流量；i、计算管段的蒸汽焓ii = ij+ Σ Δ (9)式中ij为计算管的进口蒸汽焓，取用设计值，Σ Δ 为从管子进口到计算点所有管段的蒸汽焓增计算值之和； j、计算管段的工质温度t 根据蒸汽的焓温表，由i得出t ； k、计算管段外壁沿周界最大热负荷qmqm= η Qd/Hd+ Φ (Qp/Hp+Qq/Hq+Qqq/Hqq+Qz/Hz+Qh/Hh+Qx/Hx)(10)式中n为对流熟负荷增大系数，O1为对流热量，Hd为对流受热面积，Φ为辐射热负荷曝光系数，％为屏间辐射热量，Hp为屏间辐射面积，Qtl为屏前辐射热量，H,为屏前辐射面积， Qtw为屏前前辐射热量，ΗΜ为屏前前辐射面积，Qz为屏中辐射热量，Hz为屏中辐射面积，化为屏后辐射热量，Hh为屏后辐射面积，Qx为屏下辐射热量，Hx为屏下辐射面积；为屏中烟气温度，t3为管(6)ο ^为波尔茨曼辐射常数， 为屏后烟气温度，t3为管(7)ο ^为波尔茨曼辐射常数， .为屏下烟气温度，t3为管⑶I、计算管段的金属内壁温度tnb
6.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤a中所述的计算管段的对流热量平均值，根据计算管段在管屏中所处的位置，由烟气对各排管子的对流传热偏差，计算得到管段的对流传热偏差系数ξ d。
7.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤b中所述的屏间辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中所处的中间管，首排管，紧贴在一片屏侧面的管子，两边节距不等管子的位置，由屏间烟气对各种类型管子的屏间辐射角系数，计算得到各管段的屏间辐射偏差系数ξρ。
8.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤c中所述的屏前辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏前辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏前烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到各管段的屏前辐射偏差系数ξ QO
9.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤d中所述的屏前前辐射偏差系数，根据计算管屏烟气上游高温管屏屏间烟室的辐射热量透过计算管屏的进口管排和屏前烟室，对计算管段的辐射角系数，计算得到各管段的前前辐射偏差系数ξ qqo
10.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤e 中所述的屏中辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏中辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏中烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏中辐射偏差系数ξ ζ。
11.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤f 中所述的屏后辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏后辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏后烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏后辐射偏差系数ξ h。
12.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤g 中所述的屏下辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏下辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏下烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏下辐射偏差系数ξ Xo
13.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤2 所述的保存到本地服务器的关系型数据库，方法如下①从电厂提供数据库的KKS清单编号中，包含锅炉实时运行、过热器再热器炉外金属壁温数据的点表清单；②本地计算服务器通过API接口编制数据采集程序，在读取点表清单后，发出命令让电厂实时数据库按要求的格式生成数据文件；③电厂实时数据库把请求的数据按照每分钟2次的间隔和文件名发送到本地计算服务器所指定的位置；④实时保存到本地服务器的实时数据库或关系型数据库中。
14.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤3 中所述的工质温度和金属壁温生成实时动态计算，包括以下步骤①计算出炉内各屏各管的监测点管内实时工质温度、金属内壁温度、管壁温度；②计算出管子管壁金属应力强度超温值；③以动态矢量棒状图、折线图和表格结合动态鼠标响应的方式显示过热器和再热器管系炉内各监测点的工质温度、管壁温度、金属应力强度超温值、材料和规格。
15.根据权利要求14所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤 ①中所述的计算管内实时工质温度、金属内壁温度和管壁温度，包括以下步骤a、计算管段的对流热量平均值％、屏间辐射热量平均值％、、屏前辐射热量平均值％、 屏前前烟室辐射热量平均值Qm、屏中辐射热量平均值Qz，、屏后辐射热量平均值％、屏下辐射热量平均值I，；b、计算实际运行的宽度吸热偏差系数KrKr = Qjs/Qpj(15)式中=Qjs为计算管屏的吸热量；Qpj为各管屏的平均吸热量；C、计算管段的焓增AiaΔ ia = Kr (Qd+Qp+Qq+Qqq+Qz+Qh+Qx) /ga(16)式中Kr为实际运行的宽度吸热偏差系数，％为管段对流热量平均值，％为管段屏间辐射热量平均值，Qq为管段屏前辐射热量平均值，Qqq为管段前前辐射热量平均值，Qz为管段屏中辐射热量平均值，Qh为管段屏后辐射热量平均值，Qx为管段屏下辐射热量平均值，ga 为计算管段的蒸汽流量；d、计算管段的蒸汽焓i和工质温度ti = ij+ Σ Δ (17)式中ij为实际运行管屏的进口蒸汽焓；Σ Δ ii为从管子进口到监测点所有管段的蒸汽焓增计算值之和；e、计算监测点的工质温度t根据蒸汽的焓温表，由i得出t ；f、计算监测点外壁沿周界最大热负荷qm；g、计算监测点的金属内壁温度tnb、管壁温度。
16.根据权利要求15所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的管段的对流热量平均值A、屏间辐射热量平均值％、、屏前辐射热量平均值％、屏前前烟室辐射热量平均值Qm、屏中辐射热量平均值从，、屏后辐射热量平均值％、屏下辐射热量平均值I，，分别如下-^JM , yJTMi^ r Qd= ldKhadHd(0"t3)式中ξ d为对流传热偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，a d为对流放热系数，Hd为对流受热面积，θ为烟气温度，、为管子积灰表面温度； b、计算屏间辐射热量平均值％ Qp = IpKho 0axiapHp [ ( θ p+273)4- (ts+273)4]式中ξ ρ为屏间辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数， axi为系统辐射黑度，ap为屏间烟室黑度，Hp为屏间辐射面积，θ ρ为屏间烟气温度，t3为管子积灰表面温度；C、计算屏前辐射热量平均值％ Qq = IqKho 0axiaqHq [ ( θ q+273)4- (ts+273)4] 式中ξ ,为屏前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数， axi为系统辐射黑度，aq为屏前烟室黑度，Hq为屏前辐射面积，θ c 子积灰表面温度；d、计算屏前前烟室辐射热量平均值QtwQqq = I qqKh σ 0axiaqq (1-xgp) (1—aq) H J ( θ qq+273)4- (ts+273)4] 式中ξ M为屏前前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数，axi为系统辐射黑度，aqq为屏前前烟室黑度，xgp为屏前烟室进口管排的角系数，aq为屏前烟室黑度，Hqq为屏前前辐射面积，θ qq为屏前前烟室的烟温，t3为管子积灰表面温度；e、计算屏中辐射热量平均值Qzο ^为波尔茨曼辐射常数， 为屏前烟气温度，t3为管O ^为波尔茨曼辐射常数， 为屏中烟气温度，t3为管Qz = IzKho 0axiazHz [ ( θ z+273)4- (ts+273)4]式中ξ ζ为屏中辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数， axi为系统辐射黑度，az为屏中烟室黑度，Hz为屏中辐射面积，θ ζ 子积灰表面温度；f、计算屏后辐射热量平均值％Qh = IhKho 0axiahHh[ ( θ h+273)4- (ts+273)4]式中ξ h为屏后辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ ^为波尔茨曼辐射常数， axi为系统辐射黑度，ah为屏后烟室黑度，Hh为屏后辐射面积，θ h为屏后烟气温度，t3为管子积灰表面温度；g、计算屏下辐射热量平均值IQx= ξ xKh σ 0axiaxHx [ ( θ x+273)4- (ts+273)4]ο ^为波尔茨曼辐射常数， :为屏下烟气温度，t3为管式中ξ x为屏下辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数， axi为系统辐射黑度，ax为屏下烟室黑度，Hx为屏下辐射面积，θ s 子积灰表面温度。
17.根据权利要求15所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的监测点外壁沿周界最大热负荷qm方法如下qm= nQ/Hd+Φ (Qp/Hp+Qq/Hq+Qqq/Hqq+Qz/Hz+Qh/Hh+Qx/Hx)式中n为对流热负荷增大系数，O1为对流热量，Hd为对流受热面积，Φ为辐射热负荷曝光系数，％为屏间辐射热量，Hp为屏间辐射面积，Qtl为屏前辐射热量，Htl为屏前辐射面积， Qtw为屏前前辐射热量，ΗΜ为屏前前辐射面积，Qz为屏中辐射热量，Hz为屏中辐射面积，化为屏后辐射热量，Hh为屏后辐射面积，Qx为屏下辐射热量，Hx为屏下辐射面积。
18.根据权利要求15所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的监测点的金属内壁温度tnb、管壁温度方法如下
19.根据权利要求14所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤 ②中所述的管子管壁金属应力强度超温值dt dt = tb-tyx式中tb为管壁温度；tyx为管子的金属允许温度。
20.根据权利要求19所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的金属允许温度tyx = f(o dt)式中σ dt为计算点管子的动态应力值。
21.根据权利要求14所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤 ⑤中所述的显示过热器和再热器管系炉内各监测点的工质温度、金属壁温、金属应力强度超温值、应力超温幅度、材料和规格，是指用户在“汽温和壁温监测报警”菜单中选择屏间和同屏方式显示某一个管段沿屏间方向的汽温和壁温分布显示或者选择某一片管屏所有管子所有管段的汽温和壁温分布情况显示；当金属材料应力超温时，蓝色变为红色报警；当鼠标点到各棒状图上时，都会出现相应计算点管段的鼠标响应，其内容包括当前点所在的位子、当前动态的工质温度、金属壁温、当前管壁金属应力强度超温值、应力超温幅度、材料和规格。
22.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤4 中所述的实时动态计算，是指计算管子内壁工质的边界层温度、金属内壁氧化加剧温度、金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成厚度。
23.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的内壁工质边界层温度为tbj = tb-^qmXRbj/2式中tb为管壁热阻均分点的管壁温度；j为一管壁热阻均分点；β为管子外径与内径之比；qm为监测点管子的外壁沿周界最大热负荷；Rbj为管子内壁工质边界层热阻。
24.根据权利要求23所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的监测点外壁沿周界最大热负荷qm方法如下qm = nQ./Hd+Φ (Qp/Hp+Qq/Hq+Qqq/Hqq+Qz/Hz+Qh/Hh+Qx/Hx)式中Π为对流熟负荷增大系数，O1为对流热量，Hd为对流受热面积，Φ为辐射热负荷曝光系数，％为屏间辐射热量，Hp为屏间辐射面积，Qtl为屏前辐射热量，H,为屏前辐射面积， Qtw为屏前前辐射热量，ΗΜ为屏前前辐射面积，Qz为屏中辐射热量，Hz为屏中辐射面积，化为屏后辐射热量，Hh为屏后辐射面积，Qx为屏下辐射热量，Hx为屏下辐射面积。
25.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的金属内壁氧化加剧温度，是指决定于金属的材质和钢材的热处理过程的温度，金属成分中耐高温合金元素镍、铬、钼、钒和铌成分含量高，以及晶粒细的钢材，金属内壁氧化加剧温度就高；管子内壁经过细晶粒或喷丸处理的钢材，该钢材金属内壁氧化加剧温度也高也比未经处理的钢材高。
26.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的金属内壁氧化加剧温度裕量为tyy = tyj-tbj式中tyj为金属内壁氧化加剧温度；tbj为管子内壁工质边界层温度。
27.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的管内氧化皮实时生成厚度，按照以下步骤获得在线监测系统的两个动态计算时间段τ内，管子的内壁氧化皮实时生成厚度δρ为δ ρ = (2KXe(Q/EtbJ))°-5XP°-07X τ0.5式中Ρ为锅炉运行压力；tbj为内壁工质边界层温度；τ为计算的时间间隔，每60秒为一次间隔；K、Q、R为与材料有关的特性参数。
28.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤5 中所述的存入超温汇总数据库，包括记录和显示超温累计时长、幅度、频次和各超温时刻的锅炉运行状态的数据。
29.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤6 中所述的存入氧化汇总数据库，包括记录和显示氧化累计时长、幅度、频次和各氧化时刻的锅炉运行状态的数据。
30.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤7 中所述的分布情况，是指显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、管内氧化皮厚度的分布图表，其步骤如下①各计算点管段每次的超过应力允许温度时刻和超过金属管壁内壁氧化允许温度时刻为触发点的一个小时为记录时长，并把每个时长中的锅炉电功率、主汽温度、最高壁温和最高壁温时刻、材料规格记入数据库，并可按管组进行材料应力超温和材料内壁氧化允许温度统计查询；②管组屏号为横坐标、以超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度为纵坐标，以散点矢量图和表格的方式显示前100 800管段的超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度的分布图和分布表；③当鼠标放到各散点上时出现鼠标响应框，内容为该计算点管段的部位、材料规格和管内氧化皮厚度、超温时间。
全文摘要
本发明涉及一种电站锅炉技术领域的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，步骤如下选择管组中具有代表性的管子装设炉外壁温测量采集点；从电厂实时数据库中读取数据，保存到本地服务器的关系型数据库中；对电站锅炉过热器和再热器管系管内氧化皮生成实时动态计算；从计算结果中分离出超过管壁金属应力强度超温值部位的金属管段的数据存入超温汇总数据库；根据计算出内壁工质边界层温度、金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成实时生成厚度，按照排序自动生成直观的分布图表。本发明能够准确给出电站锅炉爆管预警和采取预置措施，避免电站锅炉爆管给企业、给国家造成的巨大的直接经济损失。
文档编号F22B37/38GK102444885SQ20111042830
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者王孟浩, 王衡 申请人:上海望特能源科技有限公司