一种锅炉受热面结垢监测系统及方法与流程

[0001]
本发明属于燃煤电厂设备监测技术领域，涉及一种锅炉受热面结垢监测系统及方法。


背景技术：

[0002]
锅炉是火力发电厂重要的热力设备之一，受热面结垢是影响锅炉健康状况的重要因素。锅炉长期运行过程中，由于锅炉水不断的蒸发浓缩，炉水中的二氧化硅以及铁的氧化物仍然会在锅炉受热面内表面沉积而形成垢。在对大量的火力发电厂水汽品质进行统计后发现，尽管有些电厂水汽品质合格率很高，但是在机组检修检查时仍然发现锅炉受热面存在严重的结垢情况，即使水汽品质达到了标准值要求，也不能避免锅炉受热面结垢的风险。
[0003]
受热面结垢造成传热效率降低，影响传热效果，据估算锅炉受热面水垢厚度每增加1mm，传热效率即降低5％以上。水垢的存在，会使受热面的温度升高，金属过热产生蠕变，从而导致金属鼓包甚至爆破，严重影响锅炉的安全运行。受热面结垢还会引起垢下腐蚀，垢下腐蚀一旦发生，锅炉受热面的腐蚀将会加速，一般运行6000～35000h就会出现烟管渗漏和腐蚀穿孔。
[0004]
火电厂通过检修期间割管取样检测受热面垢量的方法实现对受热面结垢情况的技术监督，受热面垢量的测定只能在检修期间开展，运行期间无法对受热面结垢进行实时在线监测。
[0005]
为实现在线实时监测受热面结垢情况，防止受热面发生严重结垢，提高传热效率，降低机组煤耗，防止发生垢下腐蚀引发爆管事故，保证火电机组的安全、经济、稳定运行，目前亟待一种在线实时监测锅炉受热面结垢的系统及方法。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种锅炉受热面结垢监测系统及方法，通过测量管壁温度得出单位长度热流量的方法测得受热面垢量，实现对受热面垢量的在线实时监测，克服了目前仅能通过检修期间割管取样检测受热面垢量的弊端，根据受热面垢量优化调整化学水处理装置改变入炉水质，降低受热面结垢速率，提高受热面换热能力，防止受热面发生垢下腐蚀造成超温爆管，保障机组的安全、经济、稳定运行。
[0007]
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0008]
一种锅炉受热面结垢监测系统，包括：
[0009]
外壁温度测量装置，所述外壁温度测量装置设置在管子的外壁上，并与信号处理器相连；
[0010]
内壁温度测量装置，所述内壁温度测量装置设置在管子的内壁上，并与信号处理器相连；
[0011]
信号处理器，所述信号处理器根据外壁温度信号和内壁温度信号计算得到管壁垢量，并将管壁垢量输出至控制器；
[0012]
控制器，所述控制器上还连接水质监测装置，控制器根据管壁垢量以及当前水质信息，调节化学水处理装置，用以改变水质。
[0013]
本发明进一步的改进在于：
[0014]
所述外壁温度测量装置和内壁温度测量装置均设置于管子的向火侧。
[0015]
所述外壁温度测量装置和内壁温度测量装置垂直安装在管子的外侧，用于测量管子外壁温度和内壁温度。
[0016]
所述管子的材质、管径、壁厚与系统安装处受热面管子材质、管径、壁厚相同。
[0017]
所述管子采用12cr1movg、15crmog、t91、tp347或super304h。
[0018]
一种锅炉受热面结垢监测方法，包括以下步骤：
[0019]
外壁温度测量装置将外壁温度信号s1发送给信号处理器；
[0020]
内壁温度测量装置将内壁温度信号s2发送给信号处理器；
[0021]
信号处理器根据外壁温度信号s1、内壁温度信号s2，基于圆柱导热原理，运算得出通过管壁的单位长度热流量；根据锅炉负荷、单位长度热流量依据建立的“热流量—垢量”模型得到管壁垢量，实现对管壁垢量的在线实时监测，单位长度热流量q如下：
[0022][0023]
上式中，t
外
表示外壁温度，t
内
表示内壁温度，r
外
表示外壁温度测点到中心距离，r
内
表示内壁温度测点到中心距离，λ表示管子导热系数；
[0024]
控制器根据管壁垢量信号d1调节化学水处理装置，改变入炉水质，并通过水质监测装置监测入炉水质，实现闭环控制。
[0025]
上述方法进一步的改进在于：
[0026]
通过管壁垢量在线监测，得到管壁结垢速率，结垢速率达到预设速度时调整化学水处理装置，改变入炉水质；并预测未来一段时间内管壁垢量，当管壁垢量超出标准要求时，启动化学清洗。
[0027]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0028]
(1)本发明通过测量管壁温度得出单位长度热流量的方法测得受热面垢量，实现对受热面垢量的在线实时监测，克服了目前仅能通过检修期间割管取样检测受热面垢量的弊端，为运行人员监测受热面结垢情况提供指导。
[0029]
(2)本发明通过试验建立不同负荷下“热流量-垢量”模型，通过长时间管壁垢量在线监测，得到管壁结垢速率，预测未来一段时间内管壁垢量，当管壁垢量超出标准要求时，开展化学清洗，防止受热面发生严重结垢。
[0030]
(3)本发明具有自动控制功能，根据受热面结垢速率调节化学水处理装置，改变入炉水质，并通过水质监测装置监测入炉水质，实现闭环控制。
附图说明
[0031]
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
[0032]
图1为本发明实施例燃煤电厂采用的锅炉受热面结垢监测系统。
[0033]
其中：1-管子，2-外壁温度测量装置，3-内壁温度测量装置，4-信号处理器，5-控制器，6-水质监测装置，7-化学水处理装置。
具体实施方式
[0034]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0035]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0037]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0038]
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0039]
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0040]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0041]
参见图1，本发明锅炉受热面结垢监测系统，包括管子1，外壁温度测量装置2，内壁温度测量装置3，信号处理器4，控制器5，水质监测装置6，化学水处理装置7。
[0042]
信号处理器4接收外壁温度测量装置2测得的外壁温度信号s1和内壁温度测量装置3测得的内壁温度信号s2，运算得出通过管壁的单位长度热流量，根据锅炉负荷、单位长度热流量依据建立的“热流量—垢量”模型得到管壁垢量，将管壁垢量信号d1输入控制器5调节化学水处理装置7，改变入炉水质，并通过水质监测装置6监测入炉水质，实现闭环控制，
[0043]
锅炉受热面结垢监测系统安装于锅炉省煤器、水冷壁、过热器、再热器等受热面最高热负荷区向火侧，用于在线监测受热面垢量。
[0044]
管子1材质、管径、壁厚与系统安装处受热面管子材质、管径、壁厚相同，采用12cr1movg、15crmog、t91、tp347、super304h等材质。
[0045]
外壁温度测量装置2、内壁温度测量装置3垂直安装在管子1外侧，用于测量管子外壁温度s1、内壁温度s2。
[0046]
信号处理器4用于接收外壁温度信号s1、内壁温度信号s2，根据圆柱导热原理，运算得出通过管壁的单位长度热流量；根据锅炉负荷、单位长度热流量依据建立的“热流量—垢量”模型得到管壁垢量，实现对管壁垢量的在线实时监测。
[0047]
单位长度热流量：
[0048]
t
外
—外壁温度；t
内
—内壁温度；r
外
—外壁温度测点到中心距离；r
内
—内壁温度测点到中心距离；λ—管子导热系数。
[0049]
控制器5根据管壁垢量信号d1调节化学水处理装置7，改变入炉水质，并通过水质监测装置6监测入炉水质，实现闭环控制。
[0050]
通过长时间管壁垢量在线监测，得到管壁结垢速率，结垢速率较快时调整化学水处理装置，改变入炉水质；并预测未来一段时间内管壁垢量，当管壁垢量超出标准要求时，开展化学清洗。
[0051]
本实施实例中，通过测量管壁温度得出单位长度热流量的方法测得受热面垢量，实现对受热面垢量的在线实时监测，克服了目前仅能通过检修期间割管取样检测受热面垢量的弊端，根据受热面垢量优化调整化学水处理装置改变入炉水质，降低受热面结垢速率，提高受热面换热能力，防止受热面发生垢下腐蚀造成超温爆管，保障机组的安全、经济、稳定运行。
[0052]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。