专利名称：一种在线监测锅炉水冷壁高温腐蚀的装置和方法
技术领域：
本发明属于锅炉燃烧诊断领域，与锅炉安全运行密切相关，具体涉及一 种在线监测锅炉7jC冷壁高温腐蚀的装置和方法。
背景技术：
目前，中国绝大部分电厂都存在实际燃烧煤种偏离设计煤种的情况，出 于煤碳资源紧张或价格原因，就近掺烧小煤窑，来什么煤烧什么煤，煤种变 化大而且频繁，特别是含硫量较高的煤入炉后，造成锅炉管壁高温腐蚀，加 剧炉管爆漏，直接危害锅炉安全运行，这一趋势在大容量机组上，尤为显著。
对于高温腐蚀的机理，国内外已有大量较为深入的研究。在石油勘探、 开采和化工领域有高温腐蚀检测装置，但未能实现在线监测。更未发现有在 线监测高温腐蚀的装置应用于电站锅炉的报道。通常，电站锅炉高温腐蚀问 题都是在机组大修期间，检查管壁时发现的，因此，发现问题时，管壁已经 发生高温腐蚀，无法提示运行或检修人员及时采取措施，给电厂造成巨大经 济损失。
以下是检索到的与本发明密切相关的文献
专利CN1506616A提出了一种水冷壁高温腐蚀程度的判别方法，该方法先 确定影响水冷壁高温腐蚀的主要因素，然后确定测量条件，测量各有关参数， 最后采用灰色聚类法对水冷壁高温腐蚀倾向进行综合评判。
专利CN1657825A提出了一种防止水冷壁高温腐蚀和结渣的燃烧器墙式 布置的锅炉装置，通过锅炉结构布置上的调整防止高温腐蚀。
专利CN101021315A提出了一种防止高温腐蚀的低N0x旋流燃烧装置，通 过改进燃烧器来防止高温腐蚀。石油仪器.2005， 19(5)文献"基于单片机的高温高压动态腐蚀测试仪的 研制"介绍了用于石油开采领域的以单片机为核心构成的高温高压动态腐蚀 测试仪，具体阐述了腐蚀速率的测试原理，测试仪结构设计，动态腐蚀测试 仪的温度，转速控制等。
机组在向大容量、高参数方向发展过程中，由于炉膛的截面尺寸增加有 限，而送入炉膛的热量大大增加，导致炉膛截面热负荷大幅度增加，燃烧器 区域水冷壁温度过高，加快了高温腐蚀的速率，当壁温在400-50(TC范围内， 壁温每增加5(TC，腐蚀速度提高一倍。
高温腐蚀与运行调整有关，对直流燃烧器而言，配风不合理导致水冷壁 壁面附近缺氧，出现还原性气氛，加剧高温腐蚀，对旋流燃烧器而言，旋流 强度过大易造成未燃尽煤粉冲刷水冷壁，造成管壁高温腐蚀。
此外，高温腐蚀还与煤粉在炉内燃烧时生成的S02 、 S03等酸性气体有直 接关系，这些酸性气体渗透到管壁金属表面，发生腐蚀反应，破坏水冷壁。 另外，由于炉内局部缺氧加高温使得金属表面易生成疏松多孔的FeO，高硫 粉煤燃烧时在缺氧还原性气氛中生成大量H2S， H2S与水冷壁的氧化膜反应并 吸附各种腐蚀性气体，加速高温腐蚀。由于H2S与C0浓度成线性关系，所以 H2S含量可以通过C0含量来表征，若能对水冷壁附近CO浓度、S02浓度和水 冷壁壁温进行在线监测，并通过运行调整来控制这些参数在合理范围，就能 保证水冷壁高温腐蚀的几率大大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线监测锅炉水冷壁高温腐蚀的装置和方法。
为达到上述目的，本发明在沿炉膛高度方向，水冷壁壁面管间连接板上，
开设有l-5层与烟气采样管相连通的 L烟气采样管通过开 L伸入炉膛抽取烟气，烟气采样管通过烟气分析仪与工控机相连，且在水冷壁壁面上还设置有 用于测量水冷壁壁面温度的高温热电偶，高温热电偶将测得的水冷壁壁面的
温度传输给工控机，工控机同时接收电厂MIS系统Oracle数据库中一次风速、 风粉浓度、二次风速运行数据，工控机5的输出还连接有显示器。
为了从众多影响因素中找到最大的影响因素，本发明采用改进的模糊层 次分析法进行分析处理，其具体步骤如下
1) 确定以高温腐蚀A为目标层，以运行因素B1，气氛场B2为准则层，风 粉浓度C1、水冷壁壁温度C2， 一次风速C3， 二次风速C4为准则层运行因素B1 对应下的因素层，壁面02浓度C5， C0浓度C6， S02浓度C7为准则层气氛场B2对 应下的因素层，建立每一层测点所对应的高温腐蚀层次结构模型；
2) 以机组相应设计参数为基准，制定计量权重列表；
3) 确立准则层模糊一致矩阵视运行因素B1和气氛场B2对高温腐蚀影
响程度相同，准则层模糊一致矩阵取为〖;；
4) 确立因素层的模糊一致矩阵，并进行完全一致性检验 根据测量指标的计量权重，令第i种因素所占计量权重为x，第j种因素所
占计量权重为y，则由式r『x-y+0. 5计算构造模糊一致矩阵的相对权重因子， 构造因素层模糊一致矩阵，并进行一致性检验；
一致性检验原则为矩阵任意指定行和其余各行对应之差为某一个常数;
若不满足一致性检验，则按式^丄I:(D+0.5)，B"^"， n为矩阵维数，
对rij重新计算，重新构造模糊一致矩阵；
5) 由式<formula>formula see original document page 6</formula>计算实际权重向量vv,，将准则层
w 2a 2
的实际权重值与本准则层对应的因素层实际权重相乘，得到最终各因素的总排序，找出对高温腐蚀影响最大的因素，如果最终C0浓度、S02浓度或水冷壁 温度排序靠前，说明C0浓度、S02浓度及水冷壁温度高，工控机将指导该区域 加大二次风量和适当减少煤粉投入量，以降低CO浓度、S02浓度及水冷壁温度，
减小对高温腐蚀的不利影响。
本发明装置通过烟气采样管抽取烟气，经烟气分析仪测得烟气中co、 02
和S02三种气体浓度，并结合高温热电偶测得的水冷壁壁温，把测得数据传输
到工控机。同时，工控机接收电厂MIS系统Oracle数据库中一次风速、二次风 速及风粉浓度数据，利用改进的模糊层次分析法进行处理分析，计算出当前 高温腐蚀影响因素的权重大小，并根据权重大小进行实时排序，根据排序结 果指导锅炉的运行。本发明针对煤质频繁变化的现状，实现了在线监测锅炉 水冷壁高温腐蚀，使运行人员对炉内燃烧状态有科学、直观的了解。
图l是本发明装置原理图 图2是取样管原理图； 图3是本发明层次结构图。 其中标号分别表示
1.水冷壁壁面，2.烟气采样管，3.高温热电偶，4.烟气分析仪，5.工 控机，6. Oracle数据库，7.显示器，8.水冷壁管，9.水冷壁管间连接 板
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图l，本发明在沿炉膛高度方向，水冷壁壁面1管间连接板9上开设有 l-5层与烟气采样管2相连通的孔，烟气采样管2通过开 L伸入炉膛抽取烟气， 烟气采样管2通过烟气分析仪4与工控机5相连，且在水冷壁壁面l上还设置有用于测量水冷壁壁面温度的高温热电偶3，高温热电偶3将测得的水冷壁壁面
的温度传输给工控机5，工控机5同时接收电厂MIS系统0racle数据库6中一次 风速、风粉浓度、二次风速运行数据，工控机5的输出还连接有显示器7。
某电厂#3炉系原苏联红色锅炉工作者制造厂生产的EII -670-13. 8-545KT型蒸汽锅炉，单汽包，自然循环，平衡通风，固态排渣煤 粉炉。在燃烧室两侧墙标高13. 6m和18. lm处分上下两层，对冲布置16只燃 烧器，设计一次风速20m/s，设计二次风速28m/s。锅炉自投运以来，运行良 好，近些年由于煤炭紧张，燃用煤种变化较大，严重偏离设计煤种CO. 42%)， 最近几年实际燃煤Sm在1. 5°/^2. 5%范围，在某次机组3C级检修中，通过对水 冷壁外壁12-21m标高范围进行检査，发现前墙南数第20-50根范围内标高 13-20米范围，后墙14-20m范围内有不同程度的高温腐蚀现象，管壁平均腐 蚀减薄0.5-0.8mm，处于需要更换的临界点，急需进行事故分析和处理。
在检修更换完水冷壁管后，将本发明的装置应用于该厂，在高温腐蚀区 域，膜式水冷壁管的连接板上打孔，安装烟气和壁温测点，在前墙腐蚀严重 区域，标高15.5、 17.5m处安装两层测点，后墙三次风平台19. 5m处安装一 层测点。
参见图2，在运行中，本发明通过烟气取样管2抽取烟气，烟气取样管2 深入炉膛内侧与水冷壁管8平齐，烟气取样管2抽取炉膛中的烟气经烟气分 析仪4化验分析，将数据实时传给工控机5，同时工控机5接受高温热电偶3 测得的实时壁温数据， 一次风速、二次风速、风粉浓度从电厂MIS系统Oracle 数据库中实时读取，工控机5根据测量的数据利用改进的模糊层次分析法按 以下步骤进行处理
1)建立每层测点层次结构模型以15.5m处测点为例，以运行因素B1， 气氛场B2为准则层，风粉浓度C1、水冷壁壁温度C2， 一次风速C3,， 二次风速C4为准则层运行因素B1对应下的因素层，壁面02浓度C5， C0浓度C6， S02浓度 C7为准则层气氛场B2对应下的因素层，建立该测点所对应的高温腐蚀层次结 构模型见图3;
2)以机组相应设计参数为基准，制定计量权重列表；
采集参数^^^^极端，取0.9强烈，取0.8明显，取0.7稍微，取0.6一般，取0.5
风粉浓度(煤比风)kg/kg〉0,90.8~0.90.7~0.80.6~0.7《0.6
水冷壁壁温°c>485455~485425~455390~425《390
一次风速实际/设计>1.21.1~1.21~1.10.8~1《0.8
二次风速实际/设计>1.41.2~131~1.20.8~1《0.8
o2 %>2.52~2.51.5~21~1.5《1
CO %〉3.53~3.52~31~2《1
SO2 mg/m3>50004000~50003000~40002000~3000《2000
3)确定准则层的模糊一致矩阵:
0.5 0.5 0.5 0.5
4).确立因素层的模糊一致矩阵，并进行完全一致性检验； 根据监测结果，见表l，确立准则层和因素层的模糊一致矩阵:
运行因素:
0.5 0.6 0.5 0.8
0.4 0.5 0.4 0.7
0.5 0.6 0.5 0.8
0.2 0.3 0.2 0.5
5). 由式1^=丄—;+丄t
气氛场:
0.5 0.1 0.2 0.9 0.5 0.6 0.8 0.4 0.5
("2^i)，计算实际权重向量w,，将准则层的
实际权重值与本准则层对应的因素层实际权重相乘，得到最终各因素的总排 序，找出对高温腐蚀影响最大的因素。
表l
、测量风粉浓壁温一次风速02COso2
度°Cm/sm/s%%mg/m3
备注\kg/kg
调翻0.8245023220. 023.7權
权重0.1580.1250. 1580. 0580, 0890. 2220.189
排序3436512
调整后0. 7542020362.60.13950
腿0.1360. 0920.0920.1810. 2330.1000.167
排序4662153
9根据计算结果，运行调整前，C0和S02所占权重较大，前墙15.5m处水 冷壁壁面严重缺氧，处于还原性气氛。运行人员由于担心煤粉堵管， 一直维持 一次风速在较高值，而二次风速的调整完全凭经验进行，二次风速过小，导 致一次风动量流率过大，造成未燃尽煤粉气流刷墙，煤粉在管壁面附近燃烧， 水冷壁壁面缺氧，形成还原性气氛，通过运行调整，适当增加两恻墙侧边燃 烧器二次风量，减少两恻墙侧边燃烧器的风粉浓度，使前后墙壁面氧量充足， 调整后，可以看到，02实际权重最大，摆脱了壁面的还原性气氛，但同时注 意到，原煤中硫含量较高，是造成水冷壁易高温腐蚀的一个主要因素源，但 通过运行调整，可以有效减轻高温腐蚀的发生。本发明装置应用于该厂，运 行半年后停炉检查水冷壁，发现一些管壁仅存在轻度点蚀现象，这与电厂燃用 高硫煤有关，高温腐蚀程度明显减乾效果良好，得到厂方肯定。
权利要求
1、一种在线监测锅炉水冷壁高温腐蚀的装置，其特征在于在沿炉膛高度方向，水冷壁壁面(1)管间连接板(9)上开设有1-5层与烟气采样管(2)相连通的孔，烟气采样管(2)通过开孔伸入炉膛抽取烟气，烟气采样管(2)通过烟气分析仪(4)与工控机(5)相连，且在水冷壁壁面(1)上还设置有用于测量水冷壁壁面(1)温度的高温热电偶(3)，高温热电偶(3)将测得的水冷壁壁面(1)的壁温传输给工控机(5)，工控机(5)同时接收电厂MIS系统Oracle数据库(6)中一次风速、风粉浓度、二次风速运行数据，工控机(5)的输出还连接有显示器(7)。
2、 如权利要求1所述的在线监测锅炉水冷壁高温腐蚀装置的在线监测方 法，其特征在于，基于改进的模糊层次分析法，其具体步骤如下1) 确定以高温腐蚀A为目标层，以运行因素B1，气氛场B2为准则层，风 粉浓度C1、水冷壁壁温度C2， 一次风速C3， 二次风速C4为准则层运行因素B1 对应下的因素层，壁面02浓度C5， C0浓度C6， S02浓度C7为准则层气氛场B2对 应下的因素层，建立每一层测点所对应的高温腐蚀层次结构模型；2) 以机组相应设计参数为基准，制定计量权重列表；3) 确立准则层模糊一致矩阵视运行因素B1和气氛场B2对高温腐蚀影响程度相同，准则层模糊一致矩阵取为^';2H4) 确立因素层的模糊一致矩阵，并进行完全一致性检验 根据测量指标的计量权重，令第i种因素所占计量权重为x，第j种因素所占计量权重为y，则由式rrX-y+0. 5计算构造模糊一致矩阵的相对权重因子， 构造因素层模糊一致矩阵，并进行一致性检验；一致性检验原则为矩阵任意指定行和其余各行对应之差为某一个常数;若不满足一致性检验，则按式 =l|>r +0.5)，l"',^"， n为矩阵维数，对rij重新计算，重新构造模糊一致矩阵；5)由式w,丄—丄+丄t ，("》y)，计算实际权重向量w,，将准则层 w 2a wa S 2的实际权重值与本准则层对应的因素层实际权重相乘，得到最终各因素的总排序，找出对高温腐蚀影响最大的因素，如果最终C0浓度、S02浓度或水冷壁 温度排序靠前，说明C0浓度、S02浓度及水冷壁温度高，工控机将指导该区域 加大二次风量和适当减少煤粉投入量，以降低CO浓度、S02浓度及水冷壁温度，减小对高温腐蚀的不利影响。
全文摘要
一种在线监测锅炉水冷壁高温腐蚀的方法和装置，本发明装置由烟气采样管、烟气分析仪、工控机、高温热电偶、显示器组成。本发明装置通过在膜式水冷壁壁面管间连接板上开孔，在沿炉膛高度方向上，布置1-5层测点，通过烟气采样管抽取烟气，经烟气分析仪测得烟气中CO、O<sub>2</sub>和SO<sub>2</sub>三种气体浓度，并结合高温热电偶测得水冷壁壁面的壁温，把测得数据传输到工控机。同时，工控机接收电厂MIS系统Oracle数据库中一次风速、二次风速及风粉浓度数据，利用改进的模糊层次分析法进行分析处理，计算出当前高温腐蚀影响因素的权重大小，并根据权重大小进行实时排序，结果在显示器画面上友好显示，同时给出相应诊断意见，并要求运行人员及时调整。
文档编号F23N1/02GK101446417SQ200810236550
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者刘海玉, 徐通模, 惠世恩, 熊小鹤, 谭厚章 申请人:西安交通大学