用于监测蒸汽锅炉的热交换器的质量变化的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于监测蒸汽锅炉的热交换器罐的质量变化的方法，该热交换器 罐被吊杆和支撑梁支撑至蒸汽锅炉的框架梁。本发明也涉及一种用于监测这种热交换器罐 的质量变化的系统。
【背景技术】
[0002] 蒸汽锅炉的上部分设有一组热交换器，其中烟气中所含的热被传递给在管道中流 动的水或者水蒸汽。蒸汽锅炉可具有例如串联连接的八个热交换器罐，每个热交换器罐都 可具有例如25个平面热交换器，待冷却的烟气在平面热交换器之间流动。在最冷的热交换 器罐中，热传递介质为水(给水预热器，即节热器），在下一热交换器罐中，水被蒸发(蒸发 器，即蒸汽产生罐），并且在最靠近炉膛、具有最高温度的热交换器罐中，热传递介质为将过 热(过热器)的蒸汽。
[0003] 为了允许无障碍热膨胀，热交换器通常通过吊杆从支撑梁悬置，支撑梁继而由蒸 汽锅炉的框架梁支撑。翅片板可以布置在以平面形式弯曲的热交换器管道的管段之间，由 此形成热传递板。每个热交换器罐通常都由设有多个垂直吊杆的两个支撑梁支撑，每个吊 杆都连接至各个热传递板的任一端。吊杆也能够在支撑梁或者给水和排水管方向中支撑中 间梁，中间梁支撑热传递板。
[0004] 蒸汽锅炉的热传递表面结垢妨碍热从烟气传递到在热交换器内循环的介质中。用 于燃烧黑液的回收锅炉尤其易于在热传递表面结垢，这是因为大量烟灰夹带在烟气流中流 出回收锅炉的炉膛，这种烟灰在热传递表面上形成难以清除的沉积物。
[0005] 通常，通过吹灰装置从热转移表面清除杂质，从锅炉本身的蒸汽生产获取该操作 的操作蒸汽。仅能够在停机期间使用水冲洗，因为在运行期间，水冲洗将引起热冲击，热冲 击将对热交换器的金属加应力。用于吹灰的蒸汽的内能降低了正在从蒸汽锅炉转移到涡轮 中以及其它过程的蒸汽的内能。对于最优化蒸汽锅炉的整体效率来说，确定吹灰间隔是必 要的。吹灰装置处于各种条件之下，并且基于运行情况和经验而设计运行模式，基于运行模 式使用吹灰装置。在最重要并且最易于结垢的区域中，吹灰装置比其它位置更频繁地运行。
[0006] 吹灰通过从锅炉的热表面规律地清除所沉积的烟灰和炉渣而保持锅炉的效率和 蒸汽产生能力。因此，重要的是通过过程测量形成对锅炉吹灰需求的认识，以便能够在适当 的时间，在锅炉的适当部分中实现吹灰。通过根据需求实现吹灰，能够节省相当大量的蒸 汽，并且提高锅炉的效率。
[0007] 从US 6,323,442 A公开本身已知监测热交换器的质量变化，以确定最优化吹灰间 隔，其中通过联接至吊杆的应变计测量从吊杆悬置的热交换器罐的质量。叠加各个应变计 指示的质量变化，由此获得整个热交换器罐的质量变化。吊杆支撑热交换器罐的进口和出 口流的集热器管，集热器管继而支撑各个热交换器。例如因为难以更接近热交换器地布置 充分稳固的支撑，所以使用基于吊杆的结构。在该公开的示例中，每个热交换器罐的吊杆以 及它们的应变计的数目为20。另外，必须测量吊杆的温度，以提供温度补偿。因而，对于每个 热交换器罐，需要总共40个测量通道。在同一申请人的后续公开WO 2004102104 A中，通过 来自吊杆的负荷传感器做出相应的测量。在实践中，难以在现有蒸汽锅炉的其它位置布置 负荷传感器。
[0008] 当要测量几个热交换器罐的质量变化时，对于安装测量系统和设备本身来说，大 量的测量通道是值得注意的问题。因而，大量的测量点对测量系统的设备和安装成本有显 著影响。其中应变计安装在吊杆之下的条件非常不利，特别是在作为改进而将测量布置安 装在现有蒸汽锅炉中时该条件增加成本。为了获得可靠结果，必须平均吊杆的负荷，并且必 须有规律地校准测量系统，这在该实施例中是困难的。
[0009] 从文献FR 2555740 A1已知一种解决方案，其中测量承载整个燃煤锅炉的负荷的 框架的变形，以便监测锅炉的炉渣量。所使用的传感器为振弦式传感器，其被固定至框架梁 的上和下凸缘，并且根据框架梁的弯曲变化而改变振动频率。这些传感器沿框架梁的未被 支撑长度在中心固定。被固定至框架梁的上凸缘的传感器测量压缩应变，并且被固定至框 架梁的下凸缘的传感器测量拉伸应变。这些传感器允许人对整个锅炉重量有所了解，但是 它们不给出对锅炉的不同部分重量的任何理解。
[0010] 本发明的目标在于消除涉及现有技术解决方案的这些问题。
【发明内容】
[0011] 根据本发明的方法的特征在于权利要求1的特征部分中限定的内容。相应地，根据 本发明的系统的特征在于权利要求10的特征部分中限定的内容。
[0012] 本发明的第一方面是一种用于监测蒸汽锅炉的热交换器罐的质量变化的方法，该 热交换器罐被吊杆和支撑梁支撑至蒸汽锅炉的框架梁。根据本发明，支撑梁的垂直支撑元 件设有应变计，通过应变计测量在支撑梁中由热交换器罐的质量产生的应变状态的变化。
[0013] 本发明的第二方面是一种用于监测蒸汽锅炉的热交换器罐的质量变化的系统，该 热交换器罐被吊杆和支撑梁支撑至蒸汽锅炉的框架梁。根据本发明，该系统包括:固定至支 撑梁的腹板的多个应变计，用于测量在支撑梁中由热交换器罐的质量产生的应变状态;数 据记录装置，用于记录测量数据;和计算机或者类似的计算单元，用于处理测量数据。
[0014] 在本发明的一个实施例中，应变计在支撑梁上靠近支撑点定位，支撑梁在支撑点 处安置在框架梁上。
[0015] 在本发明的一个实施例中，每个支撑点处的应变状态的变化由形成惠斯通全桥连 接的四个应变计测量。
[0016] 在本发明的一个实施例中，在四个应变计中，两个应变计被定位在主应变方向上， 并且两个应变计被定位成垂直于所述主应变方向。
[0017] 在本发明的一个实施例中，通过有限元法确定靠近支撑点的支撑梁的主应变，优 选包括其方向。
[0018] 在本发明的一个实施例中，在支撑点处，应变计被固定至支撑梁的两个垂直支撑 元件，以便补偿支撑梁的任何可能弯曲。
[0019] 在本发明的一个实施例中，应变计位于支撑梁的腹板的如下点处，其中框架梁的 支撑力以约45°的角度向该点施加主应变。
[0020] 在本发明的一个实施例中，如果需要，则通过在支撑梁的已知位置，优选在一个或 者更多吊杆处放置已知质量，来校准测量系统。
[0021]在本发明的一个实施例中，如果需要，则通过有限元法来校准测量系统。
[0022]本发明基于下列理解，即通过在几个点处测量支撑热交换器罐的梁的应变状态的 变化，能够通过计算确定所讨论的热交换器罐的质量变化。该测量方法允许人甚至在具有 合理并且可行数量的测量点和测量通道的二维或者三维范围内获得质量变化的充分信息。
[0023] 与现有技术的解决方案相比，从支撑梁执行测量的另一优点在于下列事实，即通 过从两个梁做出的测量，能够获得关于热交换器罐的不同区域中的烟灰层的浓度的二维信 息，以及通过吹灰而从其中移除质量的区域的信息。通常，热传输表面的结垢是单侧的，或 者区域性地发生。
[0024] 也可以从框架梁测量相应的支撑反作用力，但是因为框架梁远比支撑梁更坚固， 所以测量值的分辨率将较差。
[0025] 通常通过一次吹热交换器板的一侧而运行吹灰装置。另外，吹灰可以在垂直方向 中，在热交换器的不同区域中发生。通过一次对一个区域吹灰并且监测相应的质量变化，能 够达到对其中积累烟灰并且其中应集中吹灰的区域的三维理解。
[0026] 优选地，通过使用能够自动地补偿温度影响的惠斯通全桥执行对支撑梁的应变状 态的测量。因而，不需要用于测量温度的单独的测量通道，并且测量通道的数目减少。在现 有技术的解决方案中，吊杆的温度在运行期间会显著变化，并且即使有温度补偿，这些变化 也能够影响测量结果。与接触热交换器的吊杆的温度相比，离炉膛越远的支撑梁的温度通 常越低，并且更均匀。
[0027]最优选地，测量点位于支撑热交换器罐的梁上的如下点处，其中框架梁的支撑力 以约45°的角度向该点施加主应变。可以通过有限元法确定应变计的最佳定位和方向。将测 量点定位在受到支撑反作用力在支撑梁的腹板上施加的主应变的区域中，也将最好地消除 框架梁在支撑梁应变时变形而引起的变化。
[0028] 除了控制吹灰装置之外，质量变化可以用于确定将在何时执行用于排出沉积物的 临时冷却循环，或者作为替选，关闭蒸汽锅炉，以冲洗热传递表面。
【附图说明】
[0029] 图1示出回收锅炉的热交换器罐以及它们在锅炉的框架梁上的支撑的侧视图。 [0030]图2示出从上方观察的两个热交换器罐的支撑结构。
[0031]图3示出支撑梁的支撑点。
[0032]图4示出将吊杆固定至支撑梁的示例。
[0033]图5示出支撑梁的末端处的测量点。
[0034]图6示出支撑梁中部的测量点。
【具体实施方式】
[0035]从框架柱16和框架梁15悬置蒸汽锅炉的结构性部分促进它们不受阻碍地热膨胀。 图1示出将回收锅炉的热交换器10、11、12支撑至锅炉的框架结构15、16。热交换器罐10、11、 12的数目根据锅炉的类型而变化。在回收锅炉包括八个热交换器罐10、11、12的情况下，其 中在烟气的流动方向中，前五个为过热器10,然后是锅炉管11，并且最后两个热交换器罐为 水预热器12。每个热交换器罐10、11、12都包括由热传递管组成的多个板元件，热传递介质 (水或者蒸汽)在这些元件内流动。释放热的热烟气在形成热交换器罐10、11、12的热交换器 板之间流动。每个热传递板都通过两个吊杆13从两个支撑梁14悬置，支撑梁14继而被支撑 至框架梁15。
[0036]图2示出从锅炉上方观察的两个热交换器罐10、11，每个罐都通过吊杆(未示出）从 两个支撑梁14悬置，支撑梁14被四个框架梁15支撑。每个支撑梁14被每个框架梁15支撑在4 个支撑点81、82、83、84处。图3示出支撑梁14及其支撑点81、82、83、84的侧视图。图4示出一 种将吊杆13固定至支撑梁14的方式。如图所示，吊杆13被布置成穿过支撑梁14,并且吊杆13 的上端通过螺母19固定至支撑梁14的上表面。
[0037]图4中所示的支撑梁14包括下凸缘20、上凸缘21和将下凸缘20连接至上凸缘21的 两个腹板22。上凸缘21承载被吊杆13传递给上凸缘21的热交换器罐10、11、12的重量。下凸 缘20接收由框架梁15在支撑梁14上的支撑点sl、s2、s3和s4处施加的支撑力Rfem。腹板22基 本不承载负荷，但是受到由于支撑力Rfem和吊杆传递的负荷而产生的剪切力。
[0038]支撑梁14可为例如单腹板I形梁或者双腹板箱形梁或者矩形梁。在所有情况下，支 撑梁14都包括上水平支撑元件、下水平支撑元件以及连接它们的至少一个垂直支撑元件。 可以从垂直支撑元件测量支撑梁14中由支撑反作用力R FEM而产生的应变引起的拉伸。