专利名称：电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电站锅炉技术领域的方法，具体是一种电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法。
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接近最高耐温等级，相应的材料在应力超温方面的裕量越来越小，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、延缓管内氧化皮生成速度及延长管系的使用寿命，急需提出一种电站锅炉过热器和再热器管系炉内动态壁温的实时监测方法，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、温度裕量等情况进行实时监测，并能对锅炉的燃烧调整有实际的指导意义。其经济效益、节能减排指标非常突出而且迫切，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。该技术的不足之处是(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热器管系共有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热器，该专利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；( 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。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法。本发明实现过热器和再热器管系超温状态、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、从步骤3计算结果中分离出超过管壁金属应力强度超温值部位金属管段的数据实时显示并存入超温汇总数据库。步骤5、根据各监测管段的超温频次、超温值、超温时间的分布情况，按照排序自动生成直观的分布图表。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。获得所述的管壁金属应力强度壁温裕量，包括以下步骤a、计算管段的对流热量平均值％ =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 ％ :Qp = IpKho 0axiapHp [ ( θ ρ+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m,axi为系统辐射黑度， 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 ％ =Qq = IqKho 0axiaqHq[(e 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 Qqq = ξ qqKh σ 0axiaqq(1-xgp) (l-aq)Hj( θ 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。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 =Qz = IzKho 0axiazHz[(e z+273)4-(t3+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 ％ =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 A =Qx = IxKhO 0axiaxHx[( θ x+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Δ ia Δ 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i :i = i j+ 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qm qm = 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。1、计算管段的金属内壁温度tnb tnb=t+ySqm (!)(11)
al式中t为计算管段工质温度；β为管子外径与内径之比μ η为内壁热量均流系数；α 2为内壁与蒸汽之间的放热系数；qm为外壁沿周界最大热负荷；m、计算管段的管壁温度(热阻均分点温度)tb tb=t+0qm +(12)
al 2(1 + β)式中t为计算管段工质温度；β为管子外径与内径之比；qm为计算管段的外壁沿周界最大热负荷；μ η为内壁热量均流系数；μ Pj为沿管壁厚度的平均热量均流系数； α2为内壁与蒸汽之间的放热系数。O、计算监测点管子金属的允许温度tyx :tyx = f(odt) (13)式中σ dt为计算点管子的动态应力值。ρ、计算监测点管子的管壁金属应力强度壁温裕量δ t δ t = tyx-tb(14)式中tyx为计算监测点管子金属的允许温度；tb为管壁温度(热阻均分点温度)。步骤1所述的通过预计算选择测量采集点，方法如下①通过预计算，找出管屏中容易超温爆管的最危险的管子；②对上述壁温裕量从小到大进行排序，取裕量最小的前100位确定沿同片各管及沿锅炉宽度需要监测的管子。本发明在上述前100位管壁金属应力强度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。
本发明在计算出炉内各屏各管的监测点管内所述的管内实时工质温度时，现有技术炉内各点汽温分段计算中，只计算对流、屏间辐射、屏前辐射和屏下辐射热量四种热量。 本发明根据理论研究和实炉测量，增加了前前辐射热量qm，屏中辐射热量ι和屏后辐射热量化。因为随着电站锅炉容量的增大，其结构与以前亚临界锅炉有很大的不同。管屏的横向节距、屏中部的烟室空间和屏后烟室空间在尺度上都增大很多，因此处于计算管屏前(烟气上游)的高温管屏的屏间烟室，计算管屏的屏中烟室和屏后烟室对计算管屏的三种辐射热量是不能忽略的。这三项辐射热量(前前辐射热量Qtw、屏中辐射热量从和屏后辐射热量 Qh)应该在汽温分段计算中予以计算。在分段计算中增加了这三项热量，使管屏的外圈几根管子的计算温度升高，与实测值吻合，提高了计算的精度。现有技术炉内各点汽温计算中，采用沿烟气流程各排管子的对流放热系数α d为一个定值的方法来处理。而目前实际使用是，大容量电站锅炉过热器再热器各级管组都采用纵向密排的管屏，纵向节距比S2/d= 1.3 2。在这种管屏中，烟气在中间管排的管子之间不能有效冲刷，而烟气对首排管的前部和末排管的后部由于纵向没有相邻管子，所以冲刷比较充分。因此它们的α d比中间管大。本发明根据烟气流经首排管和末排管时沿周界的流速变化，用积分方法计算出它们相对于中间管的对流放热偏差系数ξ d，提高了计算的精度。现有技术炉内各点汽温计算中，采用沿烟气流程各排管子的屏间辐射热负荷qp 为一个定值的方法来处理。而目前实际使用是处于管屏中不同位置的管子(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)屏间辐射热负荷qp相差很大。本发明根据各种管型屏间辐射角系数的研究计算，用多重积分方法计算出这些管子相对于中间管的屏间辐射热负荷偏差系数ξ p，提高了计算的精度。本发明在计算出炉内各屏各管的监测点管内所述的管子金属内壁温度时，现有技术对炉内各点管壁温度计算中，由于难于准确计算管内汽温t，所以用平均汽温tpj计算平均热负荷qo，再乘上宽度热负荷偏差系数Kr得到计算点外壁沿周界最大热负荷qm。然而偏差屏中管内的汽温t比平均汽温tpj高很多，这样计算得到的qo值比实际值偏高很多， 导致壁温计算结果与实际严重不相符。本发明由于能够准确计算管内汽温，因此可以直接采用计算管段的工质温度计算qm，使计算结果与实测值吻合，提高了计算的精度。本发明在计算出炉内各屏各管的监测点管内所述的管壁温度(热阻均分点温度) 时，现有技术对炉内各点管壁温度计算中，计算管子内壁和外壁的计算式中的热量均流系数采用同一个值μ。但在现代大容量锅炉的过热器和再热器管屏中，温度和压力比传统的亚临界锅炉大得多。例如超超临界锅炉的过热蒸汽出口压力比亚临界锅炉高50%左右，达 26 27. 5MPa. g，出口温度比亚临界锅炉高35°C，达605°C。所以管子的壁厚增大很多，例如超超临界锅炉末级过热器炉内管子的壁厚达到7 llmm(比亚临界锅炉大40 50% )。 因此管子所吸收的热量沿管子厚度的平均均流系数μ w.与热量达到内壁时的内壁均流系数μ 有较大的差别。本发明是用热量沿管壁厚度均流的数学模型分别计算出管子沿管壁的平均热量均流系数μ w.和内壁热量均流系数μ n，用于管壁热阻均分点温度的计算式中， 提高了壁温计算的准确性。同时，由于管子在受到内部压力时，管壁中从外壁到内壁各点的应力是不同的。根据材料力学的原理，表征管子强度的管径所在就是热阻均分点，所以计算中采用热阻均分点的管壁温度作为检测是否超温的管壁温度值，提高了计算的精度。
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。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 (热阻均分点温度)；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(热阻均分点温度)、金属应力强度超温值、应力超温值、材料和规格。获得步骤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Qtw、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，。该7项热量的计算式与上述式(1) 式(7)相同。b、计算实际运行的宽度吸热偏差系数Kr Kr = 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Aia:Δ 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为管段屏前辐射热量平均值；Qtw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；Kr的计算式与式(15)相同，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。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工质焓增计算值之和。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，计算式与上述式(10)相同。g、计算监测点的金属内壁温度tnb、管壁温度(热阻均分点温度)，该2项的计算式与上述式(11) 式(12)相同。
步骤②中所述的管子管壁金属应力强度超温值，包括以下步骤h、计算监测点管子的金属允许温度tyx tyx = f (Odt)(18)式中σ dt为计算点管子的动态应力值。i、计算监测点管子的管壁金属应力强度超温值dt dt = tb-tyx(19)式中tb为管壁温度(热阻均分点温度)；tyx为管子的金属允许温度。步骤③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 (管壁热阻均分点温度)、金属应力强度超温值、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、材料和规格。步骤4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、超温值、 频次和各超温时刻的锅炉运行状态的数据，其步骤如下①按各计算点管段每次的超过应力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统计查询；②按管组屏号为横坐标、以超温频次、超温值、超温时间为纵坐标，以散点矢量图和表格的方式显示前100 800管段的超温频次、超温值、超温时间的分布图和分布表；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、材料规格及超温时间。用户选择“超温统计”菜单并选择相应管组后，会出现本管组的“超温统计”界面。 以表格的形式将过去系统运行中出现的超温管段详细情况的累积数据展示给用户，包括各管段的累积超温时间、超温详情和管段的位置、材料规格等，并能按照管号或屏号进行排序。相应的表格可以根据需要生成Excel文档输出。在点击每段记录后 面的“查看”按钮后，相应管段的汇总记录会打开，显示本管段的“超温详情”表格，可以看到该管段在每一个小时内的超温时长、达到的最高壁温、最高壁温发生的时刻、最高温度时刻的锅炉发电机有功功率和主汽温度。点击每条记录的“查看”按钮后，系统会进入本条记录最高温度时刻的“历史追忆”。表格的上部还有可以根据开始结束时间和超温时间长短查询的模糊查询框，可以按照条件查询所需的每个管组的超温情况。相应的表格可以根据需要生成EXCEL 文档输出。在“超温汇总查询”表中，用户可以选择不同的管组、超温的时长范围、超温的位置、超温日期进行组合查询，系统会访问数据库历史中已有的超温等信息，根据条件汇总后在显示到客户端界面上。步骤5中所述的分布图表，是指超温值、超温时长、超温频次的分布图表。用户可以按管组屏号为横坐标、以超温频次、超温值、超温时间为纵坐标，以散点矢量图和表格的方式显示前100 800管段的超温频次、超温值、超温时间的分布图和分布表。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、超温时间。本发明为了消除电站锅炉过热器和再热器管系在运行中因为管壁金属应力强度超温引起的爆管以及延长管系的使用寿命，首先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进行实际检测，根据实测建立模型，进一步进行计算，以实测数据和计算结果为依据，给出电站锅炉避免超温运行及延长管系的使用寿命的措施。本发明实现的电站锅炉过热器和再热器管系延长管系的使用寿命的方法，可以实现锅炉过热器和再热器管系所有管组炉内动态壁温、金属应力强度的实时在线监测。 如果发生过热器和再热器管系中某些管段的超温或区域温度过低，则可以通过反切风、不同磨煤机的运行配合、燃烧器的就地煤粉分配器调整等燃烧调整方式来调平炉内金属壁温，使之不再超温和防止区域温度过低，达到消除超温引起的爆管、延缓管内氧化皮生成和延长管系使用寿命的技术效果。本发明与现有技术相比，具有显著的技术效果和技术进步(1)本发明对过热器再热器所有管组均进行监测，提高了安全运行的覆盖面，明显能够克服局限于仅对一、两个管组进行监测存在的问题；( 本发明通过有效地选择管组中温度最高的管子装设炉外壁温测量采集点，使计算的准确性有了坚实的基础；(3)本发明根据当前大容量锅炉结构的特点，增加了前前辐射、屏中辐射和屏后辐射热量，同时充分考虑了不同位置管段的各种辐射和对流吸热量的偏差的影响，使对汽温的计算、监测与实测结果更为吻合；(4)本发明在炉内壁温的计算、监测中，直接采用监测点的汽温和烟温计算最大热负荷qm，并根据高参数锅炉管壁厚度大的特点，分别计算平均热量均流系数和内壁热量均流系数μη，使壁温计算结果准确性更高。(5)本发明实现了过热器和再热器管系炉内动态壁温、金属应力强度超温值的动态在线计算和在线监测，能够消除锅炉运行中过热器和再热器管系炉内因管壁金属应力强度超温引起的爆管，达到延长管系使用寿命的技术效果；解决了当前我国的电站锅炉技术领域急需解决的重大的技术难题，能够准确给出防止电站锅炉高温管系超温爆管的预置措施，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。具体效益指标如下①启停炉效益分析以一台锅炉每年减少一次非停、每次停炉抢修6天、负荷率 60%、发电利润按0. 1元/kWh计算的经济效益为(以下数据不包括电网对非停事故的罚款)
权利要求
1.一种电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，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工质温度和金属壁温生成实时动态计算；步骤4、从步骤3计算结果中分离出超过管壁金属应力强度超温值部位金属管段的数据实时显示并存入超温汇总数据库；步骤5、根据各监测管段的超温频次、超温加剧幅度、超温时间的分布情况，按照排序自动生成直观的分布图表。
2.根据权利要求1所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，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。
3.根据权利要求2所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，获得所述的管壁金属应力强度壁温裕量，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；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[(6 p+273)4-(ts+273)4](2)式中ξ p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％屏前辐射热量平均值为=Qtl = IqKh 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Qtw 屏前前辐射热量平均值为Qqq = I qqKh σ 0axiaqq (1-xgp) (1—aq) H J ( θ 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Qz屏中辐射热量平均值为=Qz = IzKh σ 0axiazHz[(9 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 ζ为屏中烟气温度，t3为管子积灰表面温度；f、计算屏后辐射热量平均值％屏后辐射热量平均值为Qh = IhKho 0axiahHh[( Θ h+273)4-(ts+273)4] (6) 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，Hb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I屏下辐射热量平均值为 = IxKho 0axiaxHx [ ( θ x+273)4- (ts+273)4] (7) 式中ξ χ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；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，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i
4.根据权利要求3所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤a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。
5.根据权利要求3所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤b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。
6.根据权利要求3所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是， 步骤c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 ,。
7.根据权利要求3所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤d所述的前前辐射偏差系数，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 Μ。
8.根据权利要求3所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤e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。
9.根据权利要求3所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤f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€h。
10.根据权利要求3所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤g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
11.根据权利要求1或者2所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤1所述的通过预计算选择测量采集点，方法如下①通过预计算，找出管屏中容易超温爆管的最危险的管子；②对壁温裕量从小到大进行排序，取裕量最小的前100位确定沿同片各管及沿锅炉宽度需要监测的管子。
12.根据权利要求11所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是， 所述的通过预计算选择测量采集点，在前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。
13.根据权利要求1所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，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所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，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所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是， 获得步骤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、Qd为管段对流热量平均值、Qp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、％为管段屏后辐射热量平均值、1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ii = 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14所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是， 获得步骤②中所述的管子管壁金属应力强度超温值，包括以下步骤a、计算监测点管子的金属允许温度tyxtyx = f (σ dt)(18)式中σ dt为计算点管子的动态应力值；b、计算监测点管子的管壁金属应力强度超温值dtdt = tb-tyx (19)式中tb为管壁温度；tyx为管子的金属允许温度。
17.根据权利要求14所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是， 步骤③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、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、材料和规格。
18.根据权利要求1所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤4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，其步骤如下①按各计算点管段每次的超过应力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统计查询；②按管组屏号为横坐标、以超温频次、超温值、超温时间为纵坐标，以散点矢量图和表格的方式显示前100 800管段的超温频次、超温值、超温时间的分布图和分布表；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、材料规格及超温时间。
19.根据权利要求1所述的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，其特征是，步骤5中所述的分布图表，是指超温值、超温时长、超温频次的分布图表。
全文摘要
一种电站锅炉技术领域的电站锅炉高温管系炉内动态壁温监测的方法，本发明通过预计算，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；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；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工质温度和金属壁温生成实时动态计算；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。本发明有效地结合了实际工况动态在线计算和在线监测，达到延长管系使用寿命的技术效果，解决了防止电站锅炉管系超温爆管的技术难题。
文档编号F22B35/18GK102494325SQ20111042792
公开日2012年6月13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