本發(fā)明涉及電站鍋爐高溫腐蝕技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電站鍋爐高溫腐蝕的監(jiān)測控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，電站的燃煤鍋爐在響應(yīng)國家環(huán)保政策，對燃煤鍋爐批量進行低氮燃燒改造，但是由于環(huán)保達標(biāo)的時間限制，低氮燃燒改造的技術(shù)參差不齊，給鍋爐造成嚴(yán)重缺氧燃燒或局部缺氧燃燒，加劇了水冷壁的高溫腐蝕可能性。同時還有其它因素如：煤種的因素、燃燒方式、燃燒調(diào)整不到位等原因。目前鍋爐的高溫腐蝕無特別有效的方式進行分析真正造成的原因，也沒有有效的監(jiān)測手段去分析高溫腐蝕的程度，增加了鍋爐后期的運行安全風(fēng)險以及由于高溫腐蝕在檢修期間需要進行大批量更換水冷壁管，增加了成本。

通過研究影響鍋爐高溫腐蝕的火焰沖墻、著火延遲、燃煤品質(zhì)、水冷壁溫、運行因素五大原因。找出不同電站鍋爐高溫腐蝕的不同原因：

其中，鍋爐燃燒器的背火側(cè)會發(fā)生供氧不足，發(fā)生缺氧燃燒，燃燒器發(fā)生缺氧燃燒會產(chǎn)生還原性氣氛，引起燃燒器的火焰沖墻，火焰沖墻會引起硫酸鹽分解、缺氧燃燒、顆粒沖刷鍋爐水冷壁三種結(jié)果，這三種結(jié)果均會引起鍋爐水冷壁高溫腐蝕的發(fā)生，所以準(zhǔn)確的監(jiān)測還原性氣氛中的co濃度值，即可判斷是否發(fā)生火焰沖墻；鍋爐尾部的引風(fēng)機，會迅速帶走鍋爐爐膛內(nèi)的煙氣，發(fā)生著火延遲，著火延遲會產(chǎn)生還原性氣氛和腐蝕性氣體，這兩種情況發(fā)生會引起鍋爐水冷壁高溫腐蝕的發(fā)生，通過準(zhǔn)確監(jiān)測還原性氣氛中的co濃度值，可以判斷是否發(fā)生著火延遲；燃煤品質(zhì)決定不同煤含有的煤高硫份、煤堿金屬、煤氧化物的成分不同，導(dǎo)致產(chǎn)生h2s、so2、so3和s的不同，其中，還原性氣氛中h2s的含量最高，只要監(jiān)測還原性氣氛中h2s濃度值；而且鍋爐水冷壁溫超過350°時會發(fā)生高溫腐蝕；最后是運行因素，當(dāng)運行不穩(wěn)定時，存在火焰切圓直徑、燃燒不穩(wěn)、煙氣沖墻時會產(chǎn)生還原性氣氛，導(dǎo)致鍋爐高溫腐蝕加劇，通過準(zhǔn)確監(jiān)測還原性氣氛中的co濃度值，可以判斷是否發(fā)生運行因素的影響。

通過以上分析，所有因素全部與還原性氣氛密切相關(guān)。通過在線測量還原性氣氛，可以找出五大要素與高溫腐蝕的關(guān)系。從而通過閉環(huán)控制這五大要素，達到控制高溫腐蝕的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電站鍋爐高溫腐蝕的監(jiān)測控制系統(tǒng)及方法，通過在線監(jiān)測還原性氣氛的濃度、在線顯示高溫腐蝕的程度、從而閉環(huán)控制影響高溫腐蝕的因子，實現(xiàn)減緩高溫腐蝕或避免高溫腐蝕，提高鍋爐運行效率，延長鍋爐水冷壁管更換維護周期。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案是：電站鍋爐高溫腐蝕的監(jiān)測控制系統(tǒng)，包括取樣單元、冷卻單元、氣氛預(yù)處理單元和分析單元；

取樣單元包括取樣管和取樣探頭，取樣管安裝在鍋爐爐壁上，取樣探頭安裝在取樣管的內(nèi)部，取樣探頭用于抽取粉塵與還原性氣氛的混合物，并濾除粉塵與還原性氣氛的混合物中的粉塵；

冷卻單元把還原性氣氛中的水蒸氣以液態(tài)水的形式排出；

氣氛預(yù)處理單元包括排凝系統(tǒng)、氣氛干燥系統(tǒng)和二級微粒過濾器，還原性氣氛經(jīng)排凝系統(tǒng)排出液態(tài)水，再經(jīng)氣氛干燥系統(tǒng)干燥，最后經(jīng)二級微粒過濾器濾除微小顆粒；

分析單元包括氣氛分析儀、plc控制器和dcs系統(tǒng)，經(jīng)氣氛預(yù)處理單元處理后的還原性氣氛進入氣氛分析儀進行紅外測量，測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc控制器中，plc控制器經(jīng)過處理后給出還原性氣氛中各氣體濃度的測量值和分析得到鍋爐的高溫腐蝕程度，所述的plc控制器將報警信號輸出至dcs系統(tǒng)，plc控制器根據(jù)還原性氣氛中各氣體濃度的測量值對造成鍋爐的高溫腐蝕的因素進行調(diào)整，減緩鍋爐的高溫腐蝕。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，電站鍋爐的高溫腐蝕監(jiān)測控制系統(tǒng)還包括反吹單元，取樣探頭的尾部設(shè)置有三通球閥，反吹單元通過三通球閥的一個出氣端口連接在取樣探頭的尾部。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，取樣探頭為不銹鋼粉末燒結(jié)濾棒。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，取樣管的安裝位置與氣氛分析儀的距離不超過10米。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，冷卻單元包括散熱片、冷卻風(fēng)系統(tǒng)和冷卻器，還原性氣氛進入到冷卻器中進行冷凝，散熱片用于冷卻器的散熱，冷卻風(fēng)系統(tǒng)采用壓縮空氣對散熱片進行連續(xù)吹掃。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，分析單元還包括液晶觸摸屏，液晶觸摸屏與plc控制器相連。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，利用電站鍋爐高溫腐蝕的監(jiān)測控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制的方法，包括如下步驟：

步驟1：取樣管安裝在鍋爐爐壁上，取樣探頭安裝在取樣管的內(nèi)部，取樣探頭抽取粉塵與還原性氣氛的混合物；

步驟2：取樣探頭濾除粉塵與還原性氣氛的混合物中的粉塵，然后傳輸至冷卻單元，冷卻單元把還原性氣氛中的水蒸氣以液態(tài)水的形式排出；

步驟3：經(jīng)過冷卻單元處理后的還原性氣氛再經(jīng)氣氛預(yù)處理單元處理，使得處理后的還原性氣氛不含水分與未燃燒顆粒；

步驟4：經(jīng)過氣氛預(yù)處理單元處理后的還原性氣氛進入到氣氛分析儀進行分析，氣氛分析儀將分析結(jié)果傳入plc控制器，plc控制器經(jīng)過數(shù)字濾波、線性插值和溫度補償后，得到還原性氣氛中各氣體濃度的測量值；

步驟5：plc控制器將報警信號輸出至dcs系統(tǒng)，plc控制器根據(jù)還原性氣氛中各氣體濃度的測量值對造成鍋爐高溫腐蝕的因素進行調(diào)整，減緩鍋爐的高溫腐蝕。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，在步驟4中，plc控制器建立還原性氣氛與鍋爐高溫腐蝕的軟件模型：

其中，f(t)為鍋爐的腐蝕程度，t為時間變量，k1、k2和k3為常量，x1為實時在線測量的co濃度，x2為實時在線測量的h2s濃度，a、b為在線設(shè)置參數(shù)。

作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，plc控制器根據(jù)還原性氣氛中各氣體濃度的測量值對造成鍋爐高溫腐蝕的因素進行相應(yīng)的調(diào)整，調(diào)整涉及三個處理模塊，分別是火焰沖墻處理模塊、著火延遲處理模塊和運行因素處理模塊，火焰沖墻處理模塊向鍋爐的中心調(diào)整燃燒器的角度，所述的著火延遲處理模塊提高磨煤機出口的溫度，運行因素處理模塊用于增加送風(fēng)機的風(fēng)量。

本發(fā)明具有積極的效果：1)本發(fā)明通過采集還原性氣氛對造成鍋爐高溫腐蝕因素進行研究，不僅可以獲取鍋爐高溫腐蝕的程度，然后通過閉環(huán)調(diào)整減緩鍋爐的高溫腐蝕，提高鍋爐的運行效率，延長鍋爐的使用壽命；

2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確，在線顯示鍋爐高溫腐蝕的程度，實現(xiàn)了鍋爐高溫腐蝕的閉環(huán)應(yīng)用調(diào)整。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明對電站鍋爐高溫腐蝕進行閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明公開了電站鍋爐高溫腐蝕的監(jiān)測控制系統(tǒng)，包括取樣單元、冷卻單元、氣氛預(yù)處理單元和分析單元；

取樣單元包括取樣管和取樣探頭，取樣管安裝在鍋爐爐壁上，取樣探頭安裝在取樣管的內(nèi)部，取樣探頭用于抽取粉塵與還原性氣氛的混合物，并濾除粉塵與還原性氣氛的混合物中的粉塵；其中，取樣管安裝在鍋爐爐壁的鰭片上，用來提供傳輸還原性氣氛的通道，使取樣探頭與鍋爐爐內(nèi)連通，保證準(zhǔn)確的采集到鍋爐水冷壁附近產(chǎn)生的還原性氣氛，取樣管包括金屬管、絕緣體、球閥和45度角連接件等構(gòu)件，取樣管整體是密封的。取樣管與鍋爐的水冷壁45°角安裝焊接。

冷卻單元把還原性氣氛中的水蒸氣以液態(tài)水的形式排出；

氣氛預(yù)處理單元包括排凝系統(tǒng)、氣氛干燥系統(tǒng)和二級微粒過濾器，還原性氣氛經(jīng)排凝系統(tǒng)排出液態(tài)水，再經(jīng)氣氛干燥系統(tǒng)干燥，最后經(jīng)二級微粒過濾器濾除微小顆粒；氣氛預(yù)處理單元可以保證進入分析單元的還原性氣氛為純凈的還原性氣氛，不含水分與煤粉未燃燒的顆粒。

分析單元包括氣氛分析儀、plc控制器和dcs系統(tǒng)，經(jīng)氣氛預(yù)處理單元處理后的還原性氣氛進入氣氛分析儀進行紅外測量，測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧lc控制器中，plc控制器經(jīng)過處理后給出還原性氣氛中各氣體濃度的測量值和分析得到鍋爐的高溫腐蝕程度，plc控制器將報警信號輸出至dcs系統(tǒng)，plc控制器根據(jù)還原性氣氛中各氣體濃度的測量值對造成鍋爐的高溫腐蝕的因素進行調(diào)整，減緩鍋爐的高溫腐蝕

電站鍋爐的高溫腐蝕監(jiān)測控制系統(tǒng)還包括反吹單元，取樣探頭的尾部設(shè)置有三通球閥，反吹單元通過三通球閥的一個出氣端口連接在取樣探頭的尾部。正常取樣時，三通球閥直通，采樣氣體(粉塵與還原性氣氛的混合物)直接進入冷卻單元進行后續(xù)處理，當(dāng)需要反吹時，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動三通球閥的閥芯逆時針旋轉(zhuǎn)90度，壓縮空氣向取樣管吹掃。

取樣探頭為不銹鋼粉末燒結(jié)濾棒，通過不銹鋼粉末燒結(jié)濾棒可以濾除20um以上的顆粒。

取樣管的安裝位置與氣氛分析儀的距離不超過10米，不超過10米可以使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

冷卻單元包括散熱片、冷卻風(fēng)系統(tǒng)和冷卻器，還原性氣氛進入到冷卻器中進行冷凝，散熱片用于冷卻器的散熱，冷卻風(fēng)系統(tǒng)采用壓縮空氣對散熱片進行連續(xù)吹掃。通過獨立的溫控儀使得冷卻器的溫度在0-4℃，然后凝結(jié)的凝露由冷凝水收集器收集后，通過排凝蠕動泵定時排出。

氣氛分析儀將經(jīng)過預(yù)處理后的采樣氣體送入進行紅外分析，然后通過通訊模塊傳入plc控制器中，經(jīng)數(shù)字濾波、線性插值及溫度補償?shù)群?，給出氣體濃度測量值，以4～20ma電流信號輸出。plc控制器輸出4-20ma標(biāo)準(zhǔn)信號以及各種報警信號到dcs系統(tǒng)。液晶觸摸屏用于系統(tǒng)設(shè)置、氣氛在線顯示等。

利用電站鍋爐高溫腐蝕的監(jiān)測控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制的方法，包括如下步驟：

步驟1：取樣管安裝在鍋爐爐壁上，取樣探頭安裝在取樣管的內(nèi)部，取樣探頭抽取粉塵與還原性氣氛的混合物；

步驟2：取樣探頭濾除粉塵與還原性氣氛的混合物中的粉塵，然后傳輸至冷卻單元，冷卻單元把還原性氣氛中的水蒸氣以液態(tài)水的形式排出；

步驟3：經(jīng)過冷卻單元處理后的還原性氣氛再經(jīng)氣氛預(yù)處理單元處理，使得處理后的還原性氣氛不含水分與未燃燒顆粒；

步驟4：經(jīng)過氣氛預(yù)處理單元處理后的還原性氣氛進入到氣氛分析儀進行分析，氣氛分析儀將分析結(jié)果傳入plc控制器，plc控制器經(jīng)過數(shù)字濾波、線性插值和溫度補償后，得到還原性氣氛中各氣體濃度的測量值；

步驟5：plc控制器將報警信號輸出至dcs系統(tǒng)，plc控制器根據(jù)還原性氣氛中各氣體濃度的測量值對造成鍋爐高溫腐蝕的因素進行調(diào)整，減緩鍋爐的高溫腐蝕。

在步驟4中，plc控制器建立還原性氣氛與鍋爐高溫腐蝕的軟件模型：

其中，f(t)為鍋爐的腐蝕程度，t為時間變量，k1、k2和k3為常量，x1為實時在線測量的co濃度，x2為實時在線測量的h2s濃度，a、b為在線設(shè)置參數(shù)。軟件模型通過自學(xué)習(xí)優(yōu)化功能在線修正，通過軟件模型可以實現(xiàn)在線監(jiān)測高溫腐蝕的程度，并及時預(yù)警。

如圖2所示，plc控制器根據(jù)還原性氣氛中各氣體濃度的測量值對造成鍋爐高溫腐蝕的因素進行相應(yīng)的調(diào)整，調(diào)整涉及三個處理模塊，分別是火焰沖墻處理模塊、著火延遲處理模塊和運行因素處理模塊，火焰沖墻處理模塊向鍋爐的中心調(diào)整燃燒器的角度，著火延遲處理模塊提高磨煤機出口的溫度，運行因素處理模塊用于增加送風(fēng)機的風(fēng)量。還可以采用低硫煤提高燃煤的品質(zhì)來降低鍋爐高溫腐蝕。本發(fā)明實時閉環(huán)控制影響鍋爐高溫腐蝕的各因子，本閉環(huán)控制采用自學(xué)習(xí)自優(yōu)化的閉環(huán)模糊控制。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。