電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)鍋爐各個(gè)水冷壁的不同位置的溫度，包括在鍋爐水冷壁不同位置安裝的傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)顯示器和爐內(nèi)燃燒控制計(jì)算機(jī)；每個(gè)水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置，包括至少三個(gè)溫度測(cè)量元件，溫度測(cè)量元件分別設(shè)置于裝置上的特定位置被測(cè)用于測(cè)量被測(cè)水冷壁管的向火側(cè)、背火側(cè)和工質(zhì)溫度。通過在鍋爐不同位置布置的監(jiān)測(cè)裝置，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)，包括水冷壁管向火側(cè)壁溫、背火側(cè)壁溫和水冷壁管中的工質(zhì)溫度，便于掌握爐內(nèi)火焰對(duì)水冷壁傳熱性能的變化、工質(zhì)自身傳熱特性的變化及水冷壁金屬材料溫度分布特性的變化等。
【專利說明】
電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及燃煤發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍋爐水冷壁管是電站鍋爐的重要設(shè)備，鍋爐的給水通過水冷壁下部集箱進(jìn)入鍋爐的水冷壁內(nèi)，給水在鍋爐管內(nèi)由下至上接受來自爐內(nèi)火焰的熱量，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠旌衔锘蛘羝?，然后進(jìn)入其他受熱面繼續(xù)加熱后進(jìn)入汽輪機(jī)做工產(chǎn)生電能。冷壁管的傳特性對(duì)給水在鍋爐管內(nèi)被爐膛內(nèi)的火焰加熱汽化過程具有直接影響，鍋爐管內(nèi)由水加熱轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵獾倪^程中，工質(zhì)水的物性參數(shù)如密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、粘度系數(shù)等都發(fā)生了劇烈的變化，加之當(dāng)前電站鍋爐煤質(zhì)波動(dòng)大、普遍調(diào)峰運(yùn)行頻繁、爐內(nèi)燃燒控制復(fù)雜多變，加之鍋爐自身水動(dòng)力的設(shè)計(jì)未必盡善盡美等因素，都容易引起水冷壁的傳熱惡化，出現(xiàn)水冷壁金屬超溫現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起水冷壁疲勞、拉裂或過熱失效，導(dǎo)致水冷壁爆管，危害鍋爐的安全運(yùn)行。
[0003]當(dāng)前對(duì)水冷壁的傳熱特性的檢測(cè)方法，主要是通過在爐外的水冷壁的背火面安裝集熱塊和溫度測(cè)量元件，來測(cè)量水冷壁管的溫度，間接反映爐內(nèi)火焰對(duì)水冷壁的傳熱和水冷壁對(duì)工質(zhì)的吸熱情況。該方法的缺點(diǎn)是對(duì)爐內(nèi)火焰與水冷壁間的傳熱缺乏有限監(jiān)測(cè)，不能直接測(cè)量向火側(cè)管壁的真實(shí)溫度，并且對(duì)水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)溫度缺乏測(cè)量結(jié)果，無法知道工質(zhì)水的物性狀態(tài)，難以掌握和分析管內(nèi)汽水側(cè)的傳熱學(xué)特性，對(duì)汽水側(cè)的傳熱惡化情況無法監(jiān)測(cè)和采取有效的防范措施，無法有針對(duì)性的根據(jù)水冷壁的實(shí)時(shí)傳熱情況調(diào)整燃燒和水動(dòng)力的控制參數(shù)，提高鍋爐運(yùn)行的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)方法與系統(tǒng)，其可以對(duì)水冷壁傳熱特性的全面監(jiān)測(cè)，包括向火側(cè)溫度及熱流變化狀況，汽水側(cè)的工質(zhì)物性參數(shù)和水冷壁管內(nèi)外側(cè)溫差等傳熱特性的狀態(tài)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決由于燃燒控制不佳、汽水系統(tǒng)設(shè)計(jì)或運(yùn)行中存在的不足以及變工況運(yùn)行控制方法不得當(dāng)?shù)仍蛞l(fā)的水冷壁超溫等問題。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)位于鍋爐水冷壁不同位置的水冷壁管的溫度，包括在鍋爐水冷壁不同位置安裝的傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)顯示器和爐內(nèi)燃燒控制計(jì)算機(jī);所述傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組通過數(shù)據(jù)傳輸線將溫度數(shù)據(jù)傳送到所述數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器將所述溫度數(shù)據(jù)傳送至所述數(shù)據(jù)顯示器和所述爐內(nèi)燃燒控制計(jì)算機(jī);所述傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組包括若干水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)應(yīng)設(shè)置于若干被測(cè)水冷壁管，所述每個(gè)水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置包括至少三個(gè)溫度測(cè)量元件和至少三個(gè)盲孔，所述被測(cè)水冷壁管的向火側(cè)、背火側(cè)和工質(zhì)內(nèi)部分別設(shè)置盲孔，所述溫度測(cè)量元件放置在相應(yīng)盲孔內(nèi)。
[0006]優(yōu)選方案中，所述傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組包含若干個(gè)布置在鍋爐水平和垂直方向上的水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置。
[0007]優(yōu)選方案中，所述水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置包括三通件、插入式封頭、集熱塊、三個(gè)溫度測(cè)量元件和三個(gè)盲孔，所述溫度測(cè)量元件分別為背火側(cè)溫度測(cè)量元件、向火側(cè)溫度測(cè)量元件和工質(zhì)溫度測(cè)量元件;其中，三通件的前后兩端分別與被測(cè)水冷壁管連通;所述三通件背火側(cè)開設(shè)有第一盲孔，所述第一盲孔的方向朝向所述三通件向火側(cè)，所述向火側(cè)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端設(shè)置在第一盲孔內(nèi)；所述插入式封頭安裝在三通件的頂端出口處，且插入式封頭的中心開設(shè)有第二盲孔，所述工質(zhì)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端設(shè)置在第二盲孔內(nèi)；所述集熱塊安裝在三通件的背火側(cè)，集熱塊上開設(shè)有第三盲孔，所述背火側(cè)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端設(shè)置在第三盲孔內(nèi)。
[0008]優(yōu)選方案中，第一盲孔偏離所述三通件的水冷壁管中軸線一個(gè)安全距離，所述安全距離為被測(cè)水冷壁管的虛擬半徑。水冷壁管虛擬半徑通過三通件管壁的應(yīng)力校核計(jì)算得到。
[0009]優(yōu)選方案中，所述三通件的左右兩側(cè)均帶有一體化成型的鰭片，鰭片分別與三通件左右兩側(cè)的相鄰的水冷壁管焊接。
[0010]優(yōu)選方案中，所述插入式封頭與三通件的頂端出口處均設(shè)有坡口，且插入式封頭和三通件的頂端通過焊接形成三通頂部封頭焊縫。
[0011]優(yōu)選方案中，所述三通件的前后兩端與鍋爐水冷壁管的連接處均開設(shè)置有坡口，且三通件的前后兩端與鍋爐水冷壁管連接處均通過焊接形成三通兩端連接焊縫。
[0012]優(yōu)選方案中，所述集熱塊上開設(shè)的第三盲孔的中心軸平行于所述鍋爐水冷壁管的中心線，所述背火側(cè)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端通過垂直于第三盲孔中心軸的緊固螺栓固定在第三盲孔內(nèi)。
[0013]優(yōu)選方案中，所述插入式封頭伸入至所述三通件內(nèi)的一端設(shè)置為尖端。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:突破了傳統(tǒng)水冷壁壁溫檢測(cè)系統(tǒng)僅能測(cè)量水冷壁管背火側(cè)溫度的局限，通過在鍋爐不同位置布置的監(jiān)測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在工業(yè)電站鍋爐上，實(shí)時(shí)對(duì)鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)，包括水冷壁管向火側(cè)壁溫、背火側(cè)壁溫和水冷壁管中的工質(zhì)溫度，便于掌握爐內(nèi)火焰對(duì)水冷壁傳熱性能的變化、工質(zhì)自身傳熱特性的變化及水冷壁金屬材料溫度分布特性的變化等，用于監(jiān)測(cè)燃燒、水動(dòng)力和變工況參數(shù)控制策略等因素引起的傳熱惡化或水冷壁超溫等，對(duì)提高鍋爐運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性提供了可靠的監(jiān)測(cè)結(jié)果和調(diào)整依據(jù);本發(fā)明不僅適用于自燃循環(huán)鍋爐系統(tǒng)，也適用于超(超)臨界鍋爐系統(tǒng)水冷壁傳熱特性的監(jiān)測(cè)，可以用于對(duì)爐內(nèi)燃燒及汽水系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，減少爐內(nèi)汽水系統(tǒng)溫度偏差，防止水冷壁超溫，提高水冷壁的安全性和使用壽命。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)裝置的主視圖；
[0016]圖2為本發(fā)明電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)裝置的側(cè)視圖；
[0017]圖3為本發(fā)明電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標(biāo)記說明
[0019]1、三通件；2、相鄰水冷壁管；3、向火側(cè)溫度測(cè)量元件;4、鰭片；5、三通頂部封頭焊縫;6、插入式封頭;7、工質(zhì)溫度測(cè)量元件;8、被測(cè)水冷壁管;9、三通兩端連接焊縫；10、緊固螺栓；U、集熱塊；12、背火側(cè)溫度測(cè)量元件；13、水冷壁管虛擬半徑；14、監(jiān)測(cè)裝置組；15、鍋爐；16、數(shù)據(jù)傳輸線；17、數(shù)據(jù)采集器;18、數(shù)據(jù)顯示器;19、爐內(nèi)燃燒控制計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]參見圖1、2、3，本發(fā)明涉及一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括在鍋爐水冷壁不同位置分別安裝的鍋爐15水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組14，數(shù)據(jù)傳輸線16，數(shù)據(jù)采集器17，數(shù)據(jù)顯示器18和爐內(nèi)燃燒控制計(jì)算機(jī)19;其中，每個(gè)水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置，參見圖1和圖2，包括鍋爐水冷壁的向火側(cè)壁溫測(cè)量元件3、三通件1、插入式封頭6、工質(zhì)溫度測(cè)量元件7、集熱塊11及背火側(cè)溫度測(cè)量元件12。
[0022]水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置三通件I為單個(gè)監(jiān)測(cè)裝置的主體部件，三通件I的前后分別與鍋爐水冷壁管8相連通，且三通件I的前后兩端與鍋爐水冷壁管8連接處均開設(shè)置有坡口，三通件I的前后兩端與鍋爐水冷壁管8連接處均通過焊接形成三通兩端連接焊縫9;三通件I的左右兩側(cè)均帶有一體化成型的鰭片4，且三通件I左右兩側(cè)的鰭片4分別與兩側(cè)的相鄰水冷壁管2焊接。
[0023]所述三通件I背火側(cè)開設(shè)有第一盲孔，所述第一盲孔的方向朝向所述三通件I向火側(cè)，鍋爐水冷壁向火側(cè)壁溫測(cè)量元件3的測(cè)量端設(shè)置在第一盲孔內(nèi)；插入式封頭6與三通件I的頂端出口處均開設(shè)有坡口，并通過焊接形成三通頂部封頭焊縫5，且插入式封頭6的中心開設(shè)有第二盲孔，工質(zhì)溫度測(cè)量元件7的測(cè)量端設(shè)置在第二盲孔內(nèi)，用于測(cè)量三通件I內(nèi)的工質(zhì)溫度;集熱塊11安裝在三通件I的背火側(cè)，集熱塊11上開設(shè)有第三盲孔，背火側(cè)溫度測(cè)量元件12的測(cè)量端設(shè)置在第三盲孔內(nèi)，其中，集熱塊11上開設(shè)的第三盲孔的中心軸平行于鍋爐水冷壁管8，背火側(cè)溫度測(cè)量元件12的測(cè)量端通過垂直于第三盲孔中心軸的緊固螺栓10緊固在第三盲孔內(nèi)。
[0024]此外，第一盲孔偏離三通件I的水冷壁管虛擬半徑13，其中，水冷壁管虛擬半徑13是通過三通件I管壁的應(yīng)力校核計(jì)算得到，需要保證正常運(yùn)行時(shí)管件的承壓安全。
[0025]插入式封頭6的材質(zhì)與鍋爐水冷壁管8的材質(zhì)一致，且其插入三通件I內(nèi)部分的長(zhǎng)度和內(nèi)外徑尺寸需要經(jīng)過應(yīng)力應(yīng)變校核計(jì)算，保證安全，且需要經(jīng)過傳熱學(xué)校核計(jì)算，保證該測(cè)點(diǎn)能夠準(zhǔn)確測(cè)量管內(nèi)工質(zhì)溫度水平;此外，插入式封頭6伸入至三通件I內(nèi)的一端設(shè)置為尖立而O
[0026]本發(fā)明通過同時(shí)在三通件I上安裝的向火側(cè)壁溫測(cè)量元件3測(cè)量向火側(cè)溫度，工質(zhì)溫度測(cè)量元件7測(cè)量鍋爐水冷壁管8內(nèi)汽水工質(zhì)溫度，背火側(cè)溫度測(cè)量元件12測(cè)量背火側(cè)管壁溫度。這三個(gè)溫度是影響水冷壁傳熱特性的關(guān)鍵參數(shù)，直接反應(yīng)了爐內(nèi)火焰對(duì)水冷壁的放熱、工質(zhì)的吸熱以及工質(zhì)與鍋爐管之間的傳熱，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)水冷壁管傳熱特性的實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0027]此外，本發(fā)明可以將單個(gè)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)測(cè)量的三個(gè)溫度結(jié)果，送入鍋爐運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置組成的單個(gè)監(jiān)測(cè)裝置組就能監(jiān)測(cè)整個(gè)鍋爐的燃燒和水動(dòng)力運(yùn)行情況，不僅作為運(yùn)行操作人員進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整的參考依據(jù)，也可以通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。
[0028]以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)位于鍋爐水冷壁不同位置的水冷壁管的溫度，其特征在于:包括在鍋爐水冷壁不同位置安裝的傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)顯示器和爐內(nèi)燃燒控制計(jì)算機(jī);所述傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組通過數(shù)據(jù)傳輸線將溫度數(shù)據(jù)傳送到所述數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器將所述溫度數(shù)據(jù)傳送至所述數(shù)據(jù)顯示器和所述爐內(nèi)燃燒控制計(jì)算機(jī);所述傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組包括若干水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)應(yīng)設(shè)置于若干被測(cè)水冷壁管，所述每個(gè)水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置包括至少三個(gè)溫度測(cè)量元件和至少三個(gè)盲孔，所述被測(cè)水冷壁管的向火側(cè)、背火側(cè)和工質(zhì)內(nèi)部分別設(shè)置盲孔，所述溫度測(cè)量元件放置在相應(yīng)盲孔內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置組包含若干個(gè)布置在鍋爐水平和垂直方向上的水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置。3.如權(quán)利要求2所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述水冷壁管傳熱特性監(jiān)測(cè)裝置包括三通件、插入式封頭、集熱塊、三個(gè)溫度測(cè)量元件和三個(gè)盲孔，所述溫度測(cè)量元件分別為背火側(cè)溫度測(cè)量元件、向火側(cè)溫度測(cè)量元件和工質(zhì)溫度測(cè)量元件；其中，三通件的前后兩端分別與被測(cè)水冷壁管連通;所述三通件背火側(cè)開設(shè)有第一盲孔，所述第一盲孔的方向朝向所述三通件向火側(cè)，所述向火側(cè)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端設(shè)置在第一盲孔內(nèi)；所述插入式封頭安裝在三通件的頂端出口處，且插入式封頭的中心開設(shè)有第二盲孔，所述工質(zhì)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端設(shè)置在第二盲孔內(nèi)；所述集熱塊安裝在三通件的背火側(cè)，集熱塊上開設(shè)有第三盲孔，所述背火側(cè)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端設(shè)置在第三盲孔內(nèi)。4.如權(quán)利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一盲孔偏離所述三通件的水冷壁管中軸線一個(gè)安全距離，所述安全距離為被測(cè)水冷壁管的虛擬半徑。5.如權(quán)利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述三通件的左右兩側(cè)均帶有一體化成型的鰭片，所述鰭片分別與三通件左右兩側(cè)的相鄰的水冷壁管焊接。6.如權(quán)利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述插入式封頭與三通件的頂端出口處均設(shè)有坡口，且插入式封頭和三通件的頂端通過焊接形成三通頂部封頭焊縫。7.如權(quán)利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述三通件的前后兩端與鍋爐水冷壁管的連接處均開設(shè)置有坡口，且三通件的前后兩端與鍋爐水冷壁管連接處均通過焊接形成三通兩端連接焊縫。8.如權(quán)利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述集熱塊上開設(shè)的第三盲孔的中心軸平行于所述鍋爐水冷壁管中心線，所述背火側(cè)溫度測(cè)量元件的測(cè)量端通過垂直于第三盲孔中心軸的緊固螺栓固定在第三盲孔內(nèi)。9.如權(quán)利要求3至8任一項(xiàng)所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述插入式封頭伸入至所述三通件內(nèi)的一端設(shè)置為尖端。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK205538771SQ201620001245
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月4日
【發(fā)明人】吳揚(yáng), 李斌, 梁學(xué)東, 周虹光, 張興豪, 孫中, 時(shí)標(biāo), 唐為勇, 汪華劍
【申請(qǐng)人】華能南京金陵發(fā)電有限公司