電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，用于監測鍋爐各個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測裝置組、數據采集器、數據顯示器和爐內燃燒控制計算機；每個水冷壁管傳熱特性監測裝置，包括至少三個溫度測量元件，溫度測量元件分別設置于裝置上的特定位置被測用于測量被測水冷壁管的向火側、背火側和工質溫度。通過在鍋爐不同位置布置的監測裝置，能夠實時對鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測，包括水冷壁管向火側壁溫、背火側壁溫和水冷壁管中的工質溫度，便于掌握爐內火焰對水冷壁傳熱性能的變化、工質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測系統
技術領域
[0001]本發明涉及燃煤發電技術領域，尤其涉及一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統與監測方法。
【背景技術】
[0002]鍋爐水冷壁管是電站鍋爐的重要設備，鍋爐的給水通過水冷壁下部集箱進入鍋爐的水冷壁內，給水在鍋爐管內由下至上接受來自爐內火焰的熱量，逐漸轉變為汽水混合物或蒸汽，然后進入其他受熱面繼續加熱后進入汽輪機做工產生電能。冷壁管的傳特性對給水在鍋爐管內被爐膛內的火焰加熱汽化過程具有直接影響，鍋爐管內由水加熱轉變為水蒸氣的過程中，工質水的物性參數如密度、導熱系數、比熱容、粘度系數等都發生了劇烈的變化，加之當前電站鍋爐煤質波動大、普遍調峰運行頻繁、爐內燃燒控制復雜多變，加之鍋爐自身水動力的設計未必盡善盡美等因素，都容易引起水冷壁的傳熱惡化，出現水冷壁金屬超溫現象，嚴重時還會引起水冷壁疲勞、拉裂或過熱失效，導致水冷壁爆管，危害鍋爐的安全運行。
[0003]當前對水冷壁的傳熱特性的檢測方法，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量元件，來測量水冷壁管的溫度，間接反映爐內火焰對水冷壁的傳熱和水冷壁對工質的吸熱情況。該方法的缺點是對爐內火焰與水冷壁間的傳熱缺乏有限監測，不能直接測量向火側管壁的真實溫度，并且對水冷壁管內的工質溫度缺乏測量結果，無法知道工質水的物性狀態，難以掌握和分析管內汽水側的傳熱學特性，對汽水側的傳熱惡化情況無法監測和采取有效的防范措施，無法有針對性的根據水冷壁的實時傳熱情況調整燃燒和水動力的控制參數，提高鍋爐運行的安全性。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測方法與系統，其可以對水冷壁傳熱特性的全面監測，包括向火側溫度及熱流變化狀況，汽水側的工質物性參數和水冷壁管內外側溫差等傳熱特性的狀態，有助于及時發現和解決由于燃燒控制不佳、汽水系統設計或運行中存在的不足以及變工況運行控制方法不得當等原因引發的水冷壁超溫等問題。
[0005]為了解決上述問題，本發明提供一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，用于監測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測裝置組、數據采集器、數據顯示器和爐內燃燒控制計算機;所述傳熱特性監測裝置組通過數據傳輸線將溫度數據傳送到所述數據采集器，所述數據采集器將所述溫度數據傳送至所述數據顯示器和所述爐內燃燒控制計算機;所述傳熱特性監測裝置組包括若干水冷壁管傳熱特性監測裝置，對應設置于若干被測水冷壁管，所述每個水冷壁管傳熱特性監測裝置包括至少三個溫度測量元件和至少三個盲孔，所述被測水冷壁管的向火側、背火側和工質內部分別設置盲孔，所述溫度測量元件放置在相應盲孔內。
[0006]優選方案中，所述傳熱特性監測裝置組包含若干個布置在鍋爐水平和垂直方向上的水冷壁管傳熱特性監測裝置。
[0007]優選方案中，所述水冷壁管傳熱特性監測裝置包括三通件、插入式封頭、集熱塊、三個溫度測量元件和三個盲孔，所述溫度測量元件分別為背火側溫度測量元件、向火側溫度測量元件和工質溫度測量元件;其中，三通件的前后兩端分別與被測水冷壁管連通;所述三通件背火側開設有第一盲孔，所述第一盲孔的方向朝向所述三通件向火側，所述向火側溫度測量元件的測量端設置在第一盲孔內；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有第二盲孔，所述工質溫度測量元件的測量端設置在第二盲孔內；所述集熱塊安裝在三通件的背火側，集熱塊上開設有第三盲孔，所述背火側溫度測量元件的測量端設置在第三盲孔內。
[0008]優選方案中，第一盲孔偏離所述三通件的水冷壁管中軸線一個安全距離，所述安全距離為被測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力校核計算得到。
[0009]優選方案中，所述三通件的左右兩側均帶有一體化成型的鰭片，鰭片分別與三通件左右兩側的相鄰的水冷壁管焊接。
[0010]優選方案中，所述插入式封頭與三通件的頂端出口處均設有坡口，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]優選方案中，所述集熱塊上開設的第三盲孔的中心軸平行于所述鍋爐水冷壁管的中心線，所述背火側溫度測量元件的測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。
[0013]優選方案中，所述插入式封頭伸入至所述三通件內的一端設置為尖端。
[0014]本發明的有益效果為:突破了傳統水冷壁壁溫檢測系統僅能測量水冷壁管背火側溫度的局限，通過在鍋爐不同位置布置的監測裝置，能夠實現在工業電站鍋爐上，實時對鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測，包括水冷壁管向火側壁溫、背火側壁溫和水冷壁管中的工質溫度，便于掌握爐內火焰對水冷壁傳熱性能的變化、工質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，用于監測燃燒、水動力和變工況參數控制策略等因素引起的傳熱惡化或水冷壁超溫等，對提高鍋爐運行安全性和經濟性提供了可靠的監測結果和調整依據;本發明不僅適用于自燃循環鍋爐系統，也適用于超(超)臨界鍋爐系統水冷壁傳熱特性的監測，可以用于對爐內燃燒及汽水系統運行方式進行調整和優化，減少爐內汽水系統溫度偏差，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為本發明電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測裝置的主視圖；
[0016]圖2為本發明電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測裝置的側視圖；
[0017]圖3為本發明電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統結構示意圖。
[0018]附圖標記說明
[0019]1、三通件；2、相鄰水冷壁管；3、向火側溫度測量元件;4、鰭片；5、三通頂部封頭焊縫;6、插入式封頭;7、工質溫度測量元件;8、被測水冷壁管;9、三通兩端連接焊縫；10、緊固螺栓；U、集熱塊；12、背火側溫度測量元件；13、水冷壁管虛擬半徑；14、監測裝置組；15、鍋爐；16、數據傳輸線；17、數據采集器;18、數據顯示器;19、爐內燃燒控制計算機。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。
[0021]參見圖1、2、3，本發明涉及一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，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測裝置組14，數據傳輸線16，數據采集器17，數據顯示器18和爐內燃燒控制計算機19;其中，每個水冷壁管傳熱特性監測裝置，參見圖1和圖2，包括鍋爐水冷壁的向火側壁溫測量元件3、三通件1、插入式封頭6、工質溫度測量元件7、集熱塊11及背火側溫度測量元件12。
[0022]水冷壁管傳熱特性監測裝置三通件I為單個監測裝置的主體部件，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的左右兩側均帶有一體化成型的鰭片4，且三通件I左右兩側的鰭片4分別與兩側的相鄰水冷壁管2焊接。
[0023]所述三通件I背火側開設有第一盲孔，所述第一盲孔的方向朝向所述三通件I向火側，鍋爐水冷壁向火側壁溫測量元件3的測量端設置在第一盲孔內；插入式封頭6與三通件I的頂端出口處均開設有坡口，并通過焊接形成三通頂部封頭焊縫5，且插入式封頭6的中心開設有第二盲孔，工質溫度測量元件7的測量端設置在第二盲孔內，用于測量三通件I內的工質溫度;集熱塊11安裝在三通件I的背火側，集熱塊11上開設有第三盲孔，背火側溫度測量元件12的測量端設置在第三盲孔內，其中，集熱塊11上開設的第三盲孔的中心軸平行于鍋爐水冷壁管8，背火側溫度測量元件12的測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。
[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管壁的應力校核計算得到，需要保證正常運行時管件的承壓安全。
[0025]插入式封頭6的材質與鍋爐水冷壁管8的材質一致，且其插入三通件I內部分的長度和內外徑尺寸需要經過應力應變校核計算，保證安全，且需要經過傳熱學校核計算，保證該測點能夠準確測量管內工質溫度水平;此外，插入式封頭6伸入至三通件I內的一端設置為尖立而O
[0026]本發明通過同時在三通件I上安裝的向火側壁溫測量元件3測量向火側溫度，工質溫度測量元件7測量鍋爐水冷壁管8內汽水工質溫度，背火側溫度測量元件12測量背火側管壁溫度。這三個溫度是影響水冷壁傳熱特性的關鍵參數，直接反應了爐內火焰對水冷壁的放熱、工質的吸熱以及工質與鍋爐管之間的傳熱，這樣就實現了對水冷壁管傳熱特性的實時測量。
[0027]此外，本發明可以將單個監測裝置實時測量的三個溫度結果，送入鍋爐運行的實時監控系統，多個監測裝置組成的單個監測裝置組就能監測整個鍋爐的燃燒和水動力運行情況，不僅作為運行操作人員進行運行調整的參考依據，也可以通過工業控制計算機實現自動調整。
[0028]以上是本發明的較佳實施方式，但本發明的保護范圍不限于此。任何熟悉本領域的技術人員在本發明所揭露的技術范圍內，未經創造性勞動想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此本發明的保護范圍應以權利要求所限定的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，用于監測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測裝置組、數據采集器、數據顯示器和爐內燃燒控制計算機;所述傳熱特性監測裝置組通過數據傳輸線將溫度數據傳送到所述數據采集器，所述數據采集器將所述溫度數據傳送至所述數據顯示器和所述爐內燃燒控制計算機;所述傳熱特性監測裝置組包括若干水冷壁管傳熱特性監測裝置，對應設置于若干被測水冷壁管，所述每個水冷壁管傳熱特性監測裝置包括至少三個溫度測量元件和至少三個盲孔，所述被測水冷壁管的向火側、背火側和工質內部分別設置盲孔，所述溫度測量元件放置在相應盲孔內。2.如權利要求1所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，其特征在于:所述傳熱特性監測裝置組包含若干個布置在鍋爐水平和垂直方向上的水冷壁管傳熱特性監測裝置。3.如權利要求2所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，其特征在于:所述水冷壁管傳熱特性監測裝置包括三通件、插入式封頭、集熱塊、三個溫度測量元件和三個盲孔，所述溫度測量元件分別為背火側溫度測量元件、向火側溫度測量元件和工質溫度測量元件；其中，三通件的前后兩端分別與被測水冷壁管連通;所述三通件背火側開設有第一盲孔，所述第一盲孔的方向朝向所述三通件向火側，所述向火側溫度測量元件的測量端設置在第一盲孔內；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有第二盲孔，所述工質溫度測量元件的測量端設置在第二盲孔內；所述集熱塊安裝在三通件的背火側，集熱塊上開設有第三盲孔，所述背火側溫度測量元件的測量端設置在第三盲孔內。4.如權利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，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安全距離，所述安全距離為被測水冷壁管的虛擬半徑。5.如權利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，其特征在于:所述三通件的左右兩側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的相鄰的水冷壁管焊接。6.如權利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，其特征在于:所述插入式封頭與三通件的頂端出口處均設有坡口，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.如權利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，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.如權利要求3所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，其特征在于:所述集熱塊上開設的第三盲孔的中心軸平行于所述鍋爐水冷壁管中心線，所述背火側溫度測量元件的測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。9.如權利要求3至8任一項所述的電站鍋爐水冷壁管傳熱特性的監測系統，其特征在于:所述插入式封頭伸入至所述三通件內的一端設置為尖端。
【文檔編號】G01N25/20GK205538771SQ201620001245
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月4日
【發明人】吳揚, 李斌, 梁學東, 周虹光, 張興豪, 孫中, 時標, 唐為勇, 汪華劍
【申請人】華能南京金陵發電有限公司