專利名稱：超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍋爐制造領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明是關(guān)于超超臨界鍋爐的受熱面壁 溫監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
節(jié)能、減排、降本要求火電機組提高效率，促進了超臨界、超超臨界機組的非常規(guī) 快速發(fā)展，但從目前已運行的相關(guān)機組來看，末級過熱器、屏式過熱器和末級再熱器奧氏體 不銹鋼材料，管徑細，管道節(jié)流孔小，對鍋爐制造安裝的潔凈度控制要求更高，鍋爐沖管期 間節(jié)流孔堵塞概率更高；奧氏體不銹鋼材料正常運行期間易氧化，很容易剝落，并在彎管處 形成沉積物，嚴重時會堵塞管道彎頭，導(dǎo)致過熱爆管。近幾年來，全國火電廠因基建異物、 氧化皮堵塞而引起爆管事故頻繁發(fā)生，有些機組一年發(fā)生多次這類事故，嚴重的達10次之
^^ o目前國內(nèi)外鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控受投資成本影響，只是對局部范圍監(jiān)控監(jiān)視，監(jiān) 視范圍在總量的10%以下，只是選擇局部有代表性的位置安裝壁溫測點，不能對高溫受熱 面進行有效監(jiān)控，運行中存在長期超溫的管子，直至最后爆管才發(fā)現(xiàn)。中國專利局于2006年12月13日公開了一份CN1877193號文獻，名稱為鍋爐過熱 器、再熱器爐內(nèi)壁溫在線監(jiān)測方法及裝置，該裝置利用過熱器或再熱器管組少量管子的進 出口爐外汽溫測點所測得的溫度值以及鍋爐的某些運行參數(shù)，輸入計算機計算處理，實時 計算該管組所有管子沿長度各段管子的爐內(nèi)壁溫值，以判斷是否超溫及計算壽命損耗，并 計算煙溫差。計算結(jié)果在監(jiān)視器上顯示并在數(shù)據(jù)庫中記錄。實現(xiàn)“狀態(tài)檢修”和“壽命監(jiān)測” 的功能。該裝置的缺點是不能對鍋爐過熱器、再熱器是否有堵塞及鍋爐是否存在偏燒進行 監(jiān)測及報警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的鍋爐內(nèi)末級過熱器、屏式過熱器的受熱管子是否 存在堵塞及鍋爐是否存在偏燒不能進行全面監(jiān)測和及時報警的問題，提供了一種切實可行 的、低成本的，可以對鍋爐內(nèi)末級過熱器、屏式過熱器的受熱管子進行全面實時監(jiān)測，對鍋 爐內(nèi)加熱狀態(tài)進行實時監(jiān)測，當有管子發(fā)生堵塞，或鍋爐加熱發(fā)生偏燒能及時進行報警的 超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明包括熱電偶、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入端與熱電偶相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端與監(jiān)控系統(tǒng)相連， 在鍋爐屏式過熱器和末級過熱器的每一路管路上都設(shè)有一熱電偶，并按管路在鍋爐內(nèi)沿爐 膛寬度方向的實際排列順序依次與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。鍋爐水冷壁、包覆墻、頂棚過熱器 低溫過熱器運行溫度較低，選用的金屬材料溫 度裕量較大，運行過程不易引起管壁溫度超限；如某超超臨界鍋爐的高溫再熱器正常運行 溫度603°C，管壁報警溫度650°C，再熱器管運行溫度裕量較大，并且高溫再熱器管道節(jié)流孔較大，直徑為62r30mm，因此在比較亞臨界鍋爐運行情況后，對鍋爐水冷壁、包覆墻、頂 棚過熱器、低溫過熱器、再熱器等受熱面管道不進行全范圍的監(jiān)控，只是選取部分典型管子 測量壁溫，以降低整個系統(tǒng)的成本；
末級過熱器正常運行溫度較高，如某超超臨界鍋爐的末級過熱器正常運行溫度605°C， 報警溫度630°C ；受熱面金屬溫度裕量低，并且每各管屏上都通過分配集箱上的節(jié)流孔來分 配蒸汽流量，節(jié)流孔直徑小(61(T20mm)易引起堵塞；屏式過熱器在低負荷(50-60%)段， 爐膛火焰充盈度較好，屏式過熱器吸熱較多，但此時蒸汽流量較低，極易引起屏式過熱器超 溫，并且屏式過熱器節(jié)流孔多且內(nèi)徑?。灰虼藢﹀仩t屏式過熱器和末級過熱器的管屏上全 屏安裝壁溫測點，實現(xiàn)全過程監(jiān)控，并將熱電偶按所安裝的管路在鍋爐內(nèi)沿爐膛寬度方向 的實際排列順序依次與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，為后續(xù)的信息處理及故障判斷提供了必要條 件；
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過熱電偶采集包括鍋爐屏式過熱器和末級過熱器的全屏實時溫度數(shù) 據(jù)，并將該數(shù)據(jù)有序傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)的處理與顯示，并在判斷有故障發(fā) 生時發(fā)出報警。作為優(yōu)選，熱電偶從鍋爐的頂部直線引出。常規(guī)安裝的鍋爐壁溫，采用從鍋爐二側(cè) 引出熱電偶的布置方式，在頂棚大罩內(nèi)架設(shè)保護熱電偶的電纜橋架，這樣引出孔較少，但熱 電偶長度較長，平均長度為17 20米左右，熱電偶的價格極高；由于本系統(tǒng)中熱電偶大量 使用(一般有1500支以上)，必須降低熱電偶的成本，否則該系統(tǒng)不具可實施性；從鍋爐頂 部直線引出的布置方式，可使熱電偶的長度大大縮短，并提高熱電偶的成品率，大大降低制 造、采購成本；從而使本系統(tǒng)成為一種切實可行的、低成本的監(jiān)測系統(tǒng)。作為優(yōu)選，熱電偶為金屬鎧裝熱電偶，長度為7-8米，在各熱電偶的輸出端連接 1-3米的連接線。測量鍋爐壁溫的熱電偶因安裝位置特殊，投運后正常情況下熱電偶難以更 換檢修，因此熱電偶的可靠性尤其重要，金屬鎧裝熱電偶具有防護好，不容易損壞，成本適 中的優(yōu)點；長度為7-8米兼顧了熱電偶的實用性與價格；在各熱電偶的輸出端連接1-3米 的連接線使各熱電偶可以直接與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和準確性。作為優(yōu)選，熱電偶設(shè)有保護套管，熱電偶成束穿過保護套管；在熱電偶穿過保護套 管后留下的空隙內(nèi)設(shè)有保溫棉；保溫棉上端面離保護套管的上端面10-20mm，保溫棉上端 面到保護套管的上端面設(shè)有防火澆注料。由于爐頂?shù)臏囟容^高，熱電偶外面設(shè)置保護套管， 保護套管內(nèi)填充保溫棉，可有效防止熱電偶引出位置溫度超溫；在填充保溫棉時，在保護套 管的上部預(yù)留10_20mm深度的凹坑，用防火澆注料澆筑可防止套管漏氣、漏灰。作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放置在爐頂，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括集熱塊，熱電偶的連接線 與集熱塊直接焊接連接。為盡可能的消除熱電偶測量誤差，提高多支熱電偶測量的穩(wěn)定性， 將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放置在爐頂與熱電偶盡量靠近可以取消中間補償電纜，熱電偶與集熱塊的 連接不采用螺栓固定形式，采用集熱塊與熱電偶焊接的形式，消除螺栓固定形式安裝過程 中引起的接觸不良、受熱不均勻的現(xiàn)象，此外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放置在爐頂，使熱電偶與數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)直接連接，省去了大量的連接電纜，使系統(tǒng)成本大大降低。作為優(yōu)選，在熱電偶與管路的連接處設(shè)有與受熱面管同材質(zhì)的金屬貼片，金屬貼 片與管路焊接連接。為避免熱電偶安裝時對受熱面管子的傷害，以及焊接后的熱處理，節(jié)省 現(xiàn)場施工時間，在受熱面工廠制作時，在熱電偶集熱片座焊接位置預(yù)先焊接與受熱面管同
4材質(zhì)的金屬貼片，并做完相應(yīng)熱處理，現(xiàn)場施工時，熱電偶集熱片座焊接在貼片座上，施工 過程對管屏母材無損傷，也無需進行熱處理，施工進度加快，可以在鍋爐水壓后安裝。作為優(yōu)選，監(jiān)控系統(tǒng)包括二臺互為冗余的工控機。由于鍋爐在發(fā)電系統(tǒng)中的重要 性，在監(jiān)控系統(tǒng)中采用二臺互為冗余的工控機，一臺工控機工作，一臺工控機備用并進行數(shù) 據(jù)備份，當工作的工控機或連接該工控機的通訊線路發(fā)生故障時，另一臺工控機立即自動 代替工作并發(fā)出報警，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性；同時一般電廠都有兩臺鍋爐同時工 作，或一開一備，因此可將兩臺鍋爐的熱電偶連接到一個監(jiān)控系統(tǒng)中，這樣既便于管理也降 低了系統(tǒng)成本?；诒景l(fā)明所提供的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種 超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括管內(nèi)異物堵塞的監(jiān)控報警方法、鍋爐 偏燒監(jiān)控報警方法所述的管內(nèi)異物堵塞的監(jiān)控報警方法、鍋爐偏燒監(jiān)控報警方法可同時實 施，也可單獨實施，但至少實施一種。管內(nèi)異物堵塞的監(jiān)控報警方法與鍋爐偏燒監(jiān)控報警方 法可以同時實施，也可以分別實施，由于所依賴的硬件系統(tǒng)相同，因此同時實施更合理、更 經(jīng)濟。進一步，管內(nèi)異物堵塞的監(jiān)控報警方法包括將各管屏安裝的熱電偶所采集的溫 度數(shù)據(jù)按熱電偶安裝在鍋爐的沿爐膛寬度方向順序依次輸入工控機；繪制各管屏的沿爐膛 寬度方向的壁溫折線圖；當壁溫折線圖發(fā)生明顯交叉、向上異常突出點時，該管子懷疑有異 物并發(fā)出報警。作為一個本行業(yè)的技術(shù)人員，利用工控機及一些常用的軟件，將采集到的溫 度數(shù)據(jù)繪制成溫度曲線，是容易做到的；將各管屏壁溫折線圖沿爐膛寬度方向順序排列，在 鍋爐沖管及啟停期間以壁溫數(shù)據(jù)變化速率為判據(jù)，可以使監(jiān)控人員直觀、方便地發(fā)現(xiàn)判斷 基建的受熱面節(jié)流孔堵塞及U型屏底異物堆積情況，縮小了沖管后鍋爐受熱面割手孔檢查 范圍。進一步，鍋爐偏燒監(jiān)控報警方法包括將各管屏安裝的熱電偶所采集的溫度數(shù)據(jù) 按熱電偶安裝在鍋爐的沿爐膛寬度方向順序依次輸入工控機；監(jiān)控系統(tǒng)計算受熱面每個管 屏的平均溫度及所有管子的平均溫度；繪制沿爐膛寬度方向的各管屏平均溫度折線圖；當 某管屏的平均溫度與所有管子平均溫度的差值超過限值時，即判斷鍋爐燃燒存在偏燒情況 并發(fā)出報警。由于當鍋爐偏燒與管路堵塞發(fā)生時，都表現(xiàn)為與此相關(guān)的管路溫度升高；然而 鍋爐偏燒所產(chǎn)生的溫度升高一般不會很尖銳，用各管路溫度的平均值可以真實反映爐膛出 口沿寬度方向煙氣溫度分布場，從而區(qū)分管路堵塞與鍋爐偏燒的故障，并采取不同的應(yīng)對 措施。本發(fā)明的有益效果是為超超臨界鍋爐受熱面壁溫提供了切實可行的、低成本的 監(jiān)控系統(tǒng)，可對鍋爐屏式過熱器和末級過熱器的每一路管路全面監(jiān)控，監(jiān)控的可靠性大大 增加；并可方便、直觀地區(qū)分管路堵塞與鍋爐偏燒兩種不同的故障，以便維護人員采取不同 的應(yīng)對措施，增加了鍋爐的可靠性與壽命；熱電偶從爐頂直線引出并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接 相連大大降低了系統(tǒng)成本；監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余技術(shù)，增加了系統(tǒng)的可靠性。


圖1是本發(fā)明超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)的一種系統(tǒng)示意圖； 圖2是本發(fā)明中熱電偶在某一管屏上沿爐膛寬度方向分布示意圖；圖3是按圖2中熱電偶分布順序繪制的某一管屏上沿爐膛寬度方向的壁溫折線圖； 圖4是按圖2中熱電偶分布順序繪制的某一管屏上沿爐膛寬度方向的平均溫度折線圖。圖中1. 一號鍋爐，2. 二號鍋爐，3.熱電偶，4.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，5.工控機，6.套管。
具體實施例方式下面通過具體實施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例
本實施例的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，參見圖1，同時監(jiān)控一號鍋爐1、二號 鍋爐2的受熱面壁溫，一號鍋爐1、二號鍋爐2中屏式過熱器和末級過熱器的每一路管路上 的熱電偶3分別與兩個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4相連，兩個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4分別與兩個互為冗余的 工控機5相連。參見圖2，某一管屏上的熱電偶3沿爐膛寬度方向分布，熱電偶3安裝在爐頂，熱電 偶3穿過套管6后按熱電偶3沿爐膛寬度方向的排列順序依次與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4相連；本 實施例中，安裝在屏式過熱器中的熱電偶3長度為7米，安裝在末級過熱器中的熱電偶3長 度為8米，每個熱電偶3都留有3米長的連接線，連接線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4中的集熱塊焊接 連接；熱電偶3穿過套管6后，套管6內(nèi)所留下的空隙用保溫棉充填結(jié)實，并在保護套管的 上部預(yù)留15mm深度的凹坑；用流動性較好的防火澆注料澆筑，將凹坑填到與保護套管上口 平齊。在熱電偶3與管路的連接處設(shè)有與受熱面管同材質(zhì)的金屬貼片，金屬貼片與管路 焊接連接。工作時一臺工控機5處于監(jiān)控狀態(tài)，另一臺工控機5處于備用狀態(tài)，備用的工控機 5同步進行數(shù)據(jù)備份，當處于監(jiān)控狀態(tài)的工控機5或通訊線路發(fā)生故障，處于備用狀態(tài)的工 控機5立即自動處于監(jiān)控狀態(tài)，同時發(fā)出報警。本實施例的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控方法，包括管內(nèi)異物堵塞的監(jiān)控報警方 法將各管屏安裝的熱電偶3所采集的溫度數(shù)據(jù)按熱電偶3安裝在鍋爐的沿爐膛寬度方向 順序依次輸入工控機5 ；繪制各管屏的沿爐膛寬度方向的壁溫折線圖，參見圖3 ；當壁溫折 線圖中發(fā)生明顯交叉、向上異常突出點時，如圖3中的10號管所顯示的，該管子懷疑有異物 并發(fā)出報警；鍋爐偏燒監(jiān)控報警方法將各管屏安裝的熱電偶3所采集的溫度數(shù)據(jù)按熱電 偶3安裝在鍋爐的沿爐膛寬度方向順序依次輸入工控機；監(jiān)控系統(tǒng)計算受熱面每個管屏的 平均溫度及所有管子的平均溫度；繪制沿爐膛寬度方向的各管屏平均溫度折線圖，參見圖 4 ；當有管屏的平均溫度與所有管子平均溫度的差值超過限值時，如圖4中的11、12號管屏， 即判斷鍋爐燃燒存在偏燒情況并發(fā)出報警。以上的實施例只是本發(fā)明的最佳方案之一，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制， 在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求
一種超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，包括熱電偶、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入端與熱電偶相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端與監(jiān)控系統(tǒng)相連，其特征在于在鍋爐屏式過熱器和末級過熱器的每一路管路上都設(shè)有一熱電偶，并按所述管路在鍋爐內(nèi)沿爐膛寬度方向的實際排列順序依次與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述熱電 偶從鍋爐的頂部直線引出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述 熱電偶為金屬鎧裝熱電偶，長度為7-8米，在各熱電偶的輸出端連接1-3米的連接線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述 熱電偶在穿過鍋爐大罩時設(shè)有保護套管，熱電偶成束穿過保護套管；在熱電偶穿過保護套 管后留下的空隙內(nèi)設(shè)有保溫棉；所述的保溫棉上端面離保護套管的上端面10-20mm，在所 述的保溫棉上端面到保護套管的上端面設(shè)有防火澆注料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放置在爐頂，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括集熱塊，所述熱電偶的連接線與集熱塊直接 焊接連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于在所 述熱電偶與管路的連接處設(shè)有與受熱面管同材質(zhì)的金屬貼片，所述的金屬貼片與管路焊接 連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述 監(jiān)控系統(tǒng)包括二臺互為冗余的工控機。
8.一種超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于包括管內(nèi)異物堵 塞的監(jiān)控報警方法、鍋爐偏燒監(jiān)控報警方法，所述的管內(nèi)異物堵塞的監(jiān)控報警方法、鍋爐偏 燒監(jiān)控報警方法可同時實施，也可單獨實施，但至少實施一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在 于所述管內(nèi)異物堵塞的監(jiān)控報警方法包括將各管屏安裝的熱電偶所采集的溫度數(shù)據(jù)按 熱電偶安裝在鍋爐的沿爐膛寬度方向順序依次輸入工控機；繪制各管屏的沿爐膛寬度方向 的壁溫折線圖；當壁溫折線圖發(fā)生明顯交叉、向上異常突出點時，該管子懷疑有異物并發(fā)出 報警。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征 在于所述鍋爐偏燒監(jiān)控報警方法包括將各管屏安裝的熱電偶所采集的溫度數(shù)據(jù)按熱電 偶安裝在鍋爐的沿爐膛寬度方向順序依次輸入工控機；監(jiān)控系統(tǒng)計算受熱面每個管屏的平 均溫度及所有管子的平均溫度；繪制沿爐膛寬度方向的各管屏平均溫度折線圖；當某管屏 的平均溫度與所有管子平均溫度的差值超過限值時，即判斷鍋爐燃燒存在偏燒情況并發(fā)出 報警。
全文摘要
本發(fā)明涉及超超臨界鍋爐受熱面壁溫監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，目的是可以對鍋爐內(nèi)末級過熱器、屏式過熱器的受熱管子進行全面實時監(jiān)測，包括熱電偶、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入端與熱電偶相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端與監(jiān)控系統(tǒng)相連，在鍋爐屏式過熱器和末級過熱器的每一路管路上都設(shè)有一熱電偶，并按管路在鍋爐內(nèi)沿爐膛寬度方向的實際排列順序依次與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連?？煞奖恪⒅庇^地區(qū)分管路堵塞與鍋爐偏燒兩種不同的故障，以便維護人員采取不同的應(yīng)對措施，增加了鍋爐的可靠性與壽命；監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余技術(shù)，增加了系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號F22B35/00GK101975390SQ20101018375
公開日2011年2月16日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者周江, 沈士軍, 沈維君, 許偉峰, 賀益中, 賀賢峰, 陳旭偉 申請人:國電浙江北侖第三發(fā)電有限公司