专利名称：空气预热器热电偶温度监测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气预热器热电偶温度监测方法及系统，用于大型火力发电机组锅炉的空气预热器热电偶温度监测上，属于空气预热器热电偶温度监测技术领域。
背景技术：
空气预热器是大型发电机组锅炉的重要配套设备，在空气预热器内部，沉积在受热元件表面未完全燃烧的积聚物，遇到空气进口处充足的氧气，容易产生热点，若该热点慢慢扩散，便会导致受热元件起火燃烧，形成火灾，将造成严重的、不可挽回的损失，为了防止空气预热器着火，需要在空气预热器系统内安装监测装置，常用的有红外热点探测器和热电偶探测器，它们的探测基理只监测空气预热器空气进口处或出口处的温度，忽视了空气预热器其它各处进出口的温度波动对整个空气预热器温升的影响，是用比较温度的绝对值来判定是否有热点产生，这些设备在安全性、可靠性和使用寿命上还存在一些问题，并且容易产生误报警。
发明内容
本发明的目的是发明一种能实时监测空预器内部烟气与空气的温度，减少误报警、稳定可靠、精确度高、维护方便的空气预热器热电偶温度监测方法及系统。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种空气预热器热电偶温度监测方法及系统，其特征在于，采用多点温度数据采集，可编程序控制器及触摸屏一体化控制，计算空气预热器热效值来监测温度，其监测方法包括(1)在空气预热器内A、B侧的空气出口处按预热器半径大小，沿半径方向上安装m只专用热电偶探针组，在空气进口处各安装n只专用热电偶探针，在烟气进口处各安装n只专用热电偶探针；(2)在预热器转动轴上安装感应片安装箍和接近开关；(3)合上控制柜内的空气开关，然后再合上控制柜面板上的转换开关，即整套装置已上电开始运行；(4)对控制柜内温控仪进行温度设定；(5)来自专用热电偶探针的毫伏信号被送入信号预处理模块进行预处理，转换为温度信号，再由可编程序控制器将空气进口处、烟气进口处及空气出口处的温度进行计算，得出一组空预器的温度效率值En；(6)转子每转一周，可编程序控制器将会计算出这一周的一组空气预热器的温度效率平均值；(7)触摸屏显示器实时显示空气预热器内部测点附近的温度值、空气预热器温度效率值及整个空气预热器空气出口处的平均温度；(8)当出现报警或断偶现象时，触摸屏将会给出报警指示。
(9)当转子发生转动异常时，触摸屏将会给出报警指示。
使用这个方法所需的装置包括2(m+2n)只专用热电偶探针和控制柜。
所述的控制柜包括信号预处理模块、可编程序控制器及相关软件和触摸屏显示器。
温度监测是通过布置在空气预热器A、B两侧空气出口处沿半径方向的一排热电偶传感器，每支探针负责一定区域的温度，这样转子旋转后，热电偶探测范围就可覆盖整个预热器传热元件，不会出现死角。在空气预热器空气进口处和烟气进口处分别布置一支高灵敏度热电偶探针，用来监测该区域的平均温度，该温度值还作为系统计算热效率值的参考值，为了保障监测系统的安全可靠，此处的热电偶探针有备用件，当主探针发生故障时，系统将自动切换到备用探针，同时通知管理人员采取必要措施。
当空气预热器热电偶温度监测系统工作时，来自专用热电偶的毫伏信号被送入信号预处理模块进行预处理，转换为温度信号。再由可编程序控制器PLC将空气进口处、烟气进口处及空气出口处的温度进行计算，得出一组空气预热器的温度效率值En，热效率值计算公式En＝(Tao-Tai)/(Tgi-Tai)式中Tao-各热电偶测得的空气出口处温度；Tai-空气进口处温度；Tgi-烟气进口处温度。
随着转子每转一周，PLC将会计算出这一周的一组空气预热器的温度效率平均值En-alarm。采用计算空预器热效率值的方法比仅仅用比较温度的绝对值来判定是否有热点产生更为有效，由于En对空气进口处温度Tai的波动不太敏感，而它对烟气进口温度Tgi与空气出口处各热电偶测得的温度Tao之间的细微变化却非常敏感，这样就有助于降低误报警率，同时本系统能查看各测点2小时内的记录值趋势曲线，方便运行人员判别，如果空预器中的转子在转动过程中有“热点”产生，该区域的温度就会突然上升。当热电偶监测系统检测到空气出口处的这个突然产生的温度增加，并超过报警设定值时，系统就会将报警信号送至集控室。然后由操作人员到现场查看，进行必要的判断并采取有效措施，以防事故的发生。
本发明的温度监测系统中新增加转子停转报警。因为当金属受热元件超过一定程度，金属框架结构会受热膨胀，导致结构变形并严重磨损空气预热器内壁，受热元件转速随之大幅下降或不规则跳动，都可能是空气预热器发生着火的重要特征，所以对受热元件的转速进行监测，可以从另一角度预防空气预热器着火，将提高综合报警的可靠性。
本发明的优点是1.采用多点温度数据采集，利用空气预热器热效值作为监测依据，大大降低了背景温度对报警的判断干扰。
2.采用可编程序控制器和触摸屏的一体化控制，实现人机对话，增加了系统的可靠性和使用寿命。
3.在整个监测系统中新增加转子停转报警；提高综合报警的可靠性。
4.系统的多点温度数据采集精度＜0.1％，误报警＜0.03％。
图1为空气预热器热电偶探针布置图；图2为空气预热器热电偶探针布置图B-B剖面图；图3为控制柜结构示意图；图4为控制柜面板示意图；图5为空气预热器热电偶温度监测系统可编程序设计流程图；
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以配300MW锅炉空气预热器为例。
本发明所需的装置包括(1)30只专用热电偶探针；(2)专用热电偶探针安装管；(3)控制柜如图1、2所示，为空气预热器热电偶探针布置图，由空气预热器1、两组空气出口处11只专用热电偶探针组2、两组空气进口处2只专用热电偶探针3，两组烟气进口处2只专用热电偶探针4、热电偶组安装管5、就地接线盒6、停转报警感应片箍7、接近开关8组成。
在空气预热器1内A、B侧的空气出口处按预热器半径大小，沿半径方向上安装11只专用热电偶探针组2，热电偶探针组2套进热电偶组安装管5里，安装在空气预热器1的热端中间梁上，尽可能靠近转子的热表面，在空气进口处各安装2只专用热电偶探针3，在烟气进口处各安装2只专用热电偶探针4，就地接线盒6安装于空气出口处外，所有热电偶探针用电缆连接于就地接线盒6，停转报警感应片箍7安装在空气预热器1的转子上，同时安装接近开关8。
如图3所示，为控制柜示意图，由箱体9、中间继电器10、空气开关和蜂鸣器11、信号预处理模块12、可编程序控制器13、接线端子14组成。(连接方式)本发明使用了7块信号预处理模块12，它们分别对专用热电偶产生的毫伏信号进行转换，使之成为温度信号，输送给可编程序控制器13进行处理。
可编程序控制器13主要把输入的温度信号进行处理、计算出各点的En和En平均值，并把计算出来的数值做分析、比较然后得出报警信号，并将其输出至集控室，同时可编程序控制器13还将信号传送给触摸屏进行显示。
如图4所示，为控制柜面板示意图，由触摸屏显示器15、A、B两侧的系统报警、高温、断偶指示灯和电源、运行、加热、A复位、消声、B复位按钮组成。
触摸屏显示器15主要对当前空预器内部A、B侧温度进行实时监视，操作人员可以通过触摸屏观察到每点的温度值及热效率值趋势走向。还可以对温度比较基值进行必要的设定等等。当出现报警或断偶现象时，触摸屏可以对其进行灯光指示，以引起操作人员注意。
触摸屏显示器15主要由以下5个界面组成1.欢迎界面该界面为开机后自动生成，在显示欢迎界面的同时，系统开始进行内部的自检工作，约15秒后自动进入A/B侧温度监视界面。
2.温度监视界面如上右图所示为A侧温度监视界面，平时正常无任何报警时，显示空气出口11路温度值T、热效率值E和平均温度值，空气进口及烟气进口处温度值。这时的指示灯均为绿色。
当任一路温度值出现高于设定值的情况即高温报警时，其旁边将会有红色指示灯指示。此时该路计算出来的热效率值也将会受到影响。
当温度效率值大于效率值基值即系统报警时，绿色指示转为红色指示灯指示。
当空气出口处十一路中任一路出现断偶时，绿色指示转为黄色指示灯指示，并且平均值只显示使用正常的热电偶的温度平均值。此时该路计算出来的热效率值也将会受到影响而反应不出真实情况，因而会显示“####”。
当空气进口及烟气进口处出现断偶时，绿色指示转为黄色指示灯指示，并且自动切换至备用支，同时显示备用支的温度，并且其旁边会有绿色指示灯指示。
当空气进口或烟气进口处备用支也出现断偶，其旁边将会有黄色指示灯指示，此时空气出口处十一路的热效率值都将由于该现象而受到影响反应不出真实情况，因而会显示“####”。但是各路热电偶尚能正常地显示各测点处的温度，操作人员仍然能够通过观测各路的绝对温度值来监测空气预热器空气出口处的内部温度情况。
若操作人员需要具体查看某一路温度值及热效率值的实时趋势，可以按该路T值及E值左边的按钮，将会出现如下右图所示的趋势图，按右上角的返回按钮可以返回至温度监视界面。
若操作人员需要查询出现的故障及报警现象时，可以按“故障查询”按钮进入“故障显示界面”进行查询；若操作人员需要查询所出现的所有故障及报警现象时，可以按“历史记录”按钮进入“历史记录显示界面”进行查询；若操作人员需要对设定值进行修改或重新设定，可以按“设定值修改”按钮进入“设定界面”进行操作；另外，系统启动后温度监视界面是以15秒轮流显示的形式监视A、B两侧的温度及热效率值的，若操作人员想停留在某个固定的界面A侧或B侧观测，可以按下“定格”按钮定格，此时“定格”按钮会变为“自动”按钮，若想再恢复到自动切换的状态，按下“自动”按钮即可。
B侧预热器温度监视界面的监视功能与A侧相同。
3.设定界面如上左图所示为设定界面，管理人员可以对温度值进行重新设定及修改，操作时只需按一下所需要修改的数值，屏幕会自动弹出一个小键盘，这时可以输入需要的数值，按回车键以确认。以上操作需输入密码，方可进行参数设定。
4.故障显示界面该界面主要显示(1).报警的位置、类型、当时的温度值或热效率值及时间；(2).断偶的位置、时间，该界面内容会随着新的报警的到来自动更新。若需要返回主界面按“返回”键即可，“清除”键将清除所有记录。
5.历史记录显示界面；该界面主要显示所出现的所有故障及报警现象的历史记录。
(1).报警的位置、类型、当时的温度值或热效率值及时间；(2).断偶的位置、时间。
控制柜面板上共有7个指示灯。
报警灯当系统无论A、B侧发生高温报警、系统报警还是断偶故障中的任何一种报警时，该指示灯都会闪烁指示，提醒操作人员引起注意。并且有一副干接点信号输送至集控室。
高温报警当系统无论A、B侧发生高温报警，相应的A、B侧高温报警指示灯点亮。并且分别有一副干接点信号输送至集控室。
系统报警当系统无论A、B侧发生系统报警，相应的A、B侧系统报警指示灯点亮。并且分别有一副干接点信号输送至集控室。
断偶故障当系统无论A、B侧发生断偶故障，相应的A、B侧断偶故障指示灯点亮。并且分别有一副干接点信号输送至集控室。
外门面板上有总电源、运行和加热等指示灯，另外，还有A复位、B复位和消声三个按钮，它们的功能分别如下A复位当系统A侧发生断偶故障时，操作人员已经由触摸屏和内门面板的指示灯得知该故障，此时按下该“A复位”按钮，可将故障输出复位，即内门面板的“故障指示”灯和“报警”灯停止指示。
B复位当系统B侧发生断偶故障时，操作人员已经由触摸屏和内门面板的指示灯得知该故障，此时按下该“B复位”按钮，可将故障输出复位，即内门面板的“故障指示”灯和“报警”灯停止指示。
消声当整个系统检测到任何故障或是报警情况时，均会有声报警，此时按下“消声”按钮可以消除声报警。
停转报警器设备有装在预热器转动轴上的感应片安装箍7、接近开关8和其安装架组成，预热器转动时，装在预热器出轴上的感应片7依次通过接近开关8处，感应片和接近开关间因间隙变化而产生脉冲信号，PLC对脉冲数量进行计数和计算比较，当单位时间内收到的脉冲数量和预先按正常工作转速设定的数值一致时，表示预热器转动正常，当单位时间内收到的脉冲数量低于预先按正常工作转速设定的数值时，或超出设定时间没有收到脉冲信号，表示转子转速过低或停转，系统发出报警信号。系统能设定成即时显示转动速度。
采用本功能后，控制箱上将增加预热器A停转和预热器B停转指示灯，综合报警灯亮，显示屏故障报警页会出现预热器A或B停转的提示，历史记录页能显示转子转动异常的时间。
当开始工作时，合上控制柜内的空气开关，然后再合上控制柜面板上的转换开关，即整套装置已上电开始运行，对控制柜内温控仪进行温度设定，来自专用热电偶的毫伏信号被送入信号预处理模块12进行预处理，转换为温度信号，再由可编程序控制器13将空气进口处、烟气进口处及空气出口处的温度进行计算，得出一组空预器的温度效率值En，转子每转一周，可编程序控制器13将会计算出这一周的一组空气预热器的温度效率平均值，触摸屏显示器15及时显示空气预热器内部测点附近的温度值、空气预热器温度效率值及整个空气预热器空气出口处的平均温度，当出现报警或断偶现象时，触摸屏显示器15将会给出报警指示。
如图5所示，为空气预热器热电偶温度监测系统可编程序设计流程图，开机后，触摸屏显示器15出现欢迎界面，同时开始自检，自检通过后开始采集热电偶信号进行计算，比较后在触摸屏显示器15及时显示，看是否有异常现象，是否需设定值修改，查看是否记录，然后存入历史记录，如果有故障，触摸屏显示器15的报警和故障显示界面显示并存入历史记录，最后故障消除。
权利要求
1.一种空气预热器热电偶温度监测方法及系统，其特征在于，采用多点温度数据采集，可编程序控制柜盒触摸屏一体化控制，计算空气预热器热效值来监测，其监测方法包括(1)在空气预热器(1)内A、B侧的空气出口处按预热器半径大小，沿半径方向上安装m只专用热电偶探针组(2)，在空气进口处各安装n只专用热电偶探针(3)，在烟气进口处各安装n只专用热电偶探针(4)；(2)在预热器转动轴上安装感应片安装箍(7)和接近开关(8)；(3)合上控制柜内的空气开关，然后再合上控制柜面板上的转换开关，即整套装置已上电开始运行；(4)对控制柜内温控仪进行温度设定；(5)来自专用热电偶探针的毫伏信号被送入信号预处理模块(12)进行预处理，转换为温度信号，再由可编程序控制器(13)将空气进口处、烟气进口处及空气出口处的温度进行计算，得出一组空预器的温度效率值En；(6)转子每转一周，可编程序控制器(13)将会计算出这一周的一组空气预热器的温度效率平均值；(7)触摸屏显示器(15)实时显示空气预热器内部测点附近的温度值、空气预热器温度效率值及整个空气预热器空气出口处的平均温度；(8)当出现报警或断偶现象时，触摸屏显示器(15)将会给出报警指示。(9)当转子发生转动异常时，触摸屏将会给出报警指示。
2.使用这个方法所需的装置包括(1)2(m+2n)只专用热电偶探针；(2)专用热电偶探针安装管；(3)控制柜。
3.根据权利要求2所述的空气预热器热电偶温度监测系统，其特征在于，所述的控制柜包括(1)信号预处理模块(12)；(2)可编程序控制器及相关软件(13)；(3)触摸屏显示器(15)。
全文摘要
本发明涉及一种空气预热器热电偶温度监测方法及系统，其监测方法包括在空气预热器内A、B侧的空气出口处按预热器半径大小，沿半径方向上安装11只专用热电偶探针组，在空气进口处各安装2只专用热电偶探针，在烟气进口处各安装2只专用热电偶探针，在预热器转动轴上安装感应片安装箍和接近开关，合上控制柜内的空气开关，然后再合上控制柜面板上的转换开关，即整套装置已上电开始运行，对控制柜内温控仪进行温度设定，来自专用热电偶的毫伏信号被送入信号预处理模块进行预处理，转换为温度信号，再由可编程序控制器将空气进口处、烟气进口处及空气出口处的温度进行计算，得出一组空预器的温度效率值En，触摸屏显示器及时显示空气预热器内部测点附近的温度值、空气预热器温度效率值及整个空气预热器空气出口处的平均温度，当出现报警或断偶现象时，触摸屏将会给出报警指示。使用这个方法所需的装置包括30只专用热电偶探针和控制柜。本发明的优点是能实时监测空预器内部烟气与空气的温度，减少误报警、稳定可靠、精确度高、维护方便。
文档编号G01K7/02GK1570580SQ03141659
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月17日 优先权日2003年7月17日
发明者蔡明坤, 匡俊, 盛丽, 赖炎显 申请人:上海锅炉厂有限公司, 上海市东方海事工程技术有限公司