专利名称：超超临界锅炉受热面壁温监控系统及监控方法
技术领域：
本发明涉及锅炉制造领域，更具体的说，本发明是关于超超临界锅炉的受热面壁 温监控系统及监控方法。
背景技术：
节能、减排、降本要求火电机组提高效率，促进了超临界、超超临界机组的非常规 快速发展，但从目前已运行的相关机组来看，末级过热器、屏式过热器和末级再热器奥氏体 不锈钢材料，管径细，管道节流孔小，对锅炉制造安装的洁净度控制要求更高，锅炉冲管期 间节流孔堵塞概率更高；奥氏体不锈钢材料正常运行期间易氧化，很容易剥落，并在弯管处 形成沉积物，严重时会堵塞管道弯头，导致过热爆管。近几年来，全国火电厂因基建异物、 氧化皮堵塞而引起爆管事故频繁发生，有些机组一年发生多次这类事故，严重的达10次之
^^ o目前国内外锅炉受热面壁温监控受投资成本影响，只是对局部范围监控监视，监 视范围在总量的10%以下，只是选择局部有代表性的位置安装壁温测点，不能对高温受热 面进行有效监控，运行中存在长期超温的管子，直至最后爆管才发现。中国专利局于2006年12月13日公开了一份CN1877193号文献，名称为锅炉过热 器、再热器炉内壁温在线监测方法及装置，该装置利用过热器或再热器管组少量管子的进 出口炉外汽温测点所测得的温度值以及锅炉的某些运行参数，输入计算机计算处理，实时 计算该管组所有管子沿长度各段管子的炉内壁温值，以判断是否超温及计算寿命损耗，并 计算烟温差。计算结果在监视器上显示并在数据库中记录。实现“状态检修”和“寿命监测” 的功能。该装置的缺点是不能对锅炉过热器、再热器是否有堵塞及锅炉是否存在偏烧进行 监测及报警。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的锅炉内末级过热器、屏式过热器的受热管子是否 存在堵塞及锅炉是否存在偏烧不能进行全面监测和及时报警的问题，提供了一种切实可行 的、低成本的，可以对锅炉内末级过热器、屏式过热器的受热管子进行全面实时监测，对锅 炉内加热状态进行实时监测，当有管子发生堵塞，或锅炉加热发生偏烧能及时进行报警的 超超临界锅炉受热面壁温监控系统及监控方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明包括热电偶、数据采集系统、 监控系统，数据采集系统的输入端与热电偶相连，数据采集系统的输出端与监控系统相连， 在锅炉屏式过热器和末级过热器的每一路管路上都设有一热电偶，并按管路在锅炉内沿炉 膛宽度方向的实际排列顺序依次与数据采集系统相连。锅炉水冷壁、包覆墙、顶棚过热器 低温过热器运行温度较低，选用的金属材料温 度裕量较大，运行过程不易引起管壁温度超限；如某超超临界锅炉的高温再热器正常运行 温度603°C，管壁报警温度650°C，再热器管运行温度裕量较大，并且高温再热器管道节流孔较大，直径为62r30mm，因此在比较亚临界锅炉运行情况后，对锅炉水冷壁、包覆墙、顶 棚过热器、低温过热器、再热器等受热面管道不进行全范围的监控，只是选取部分典型管子 测量壁温，以降低整个系统的成本；
末级过热器正常运行温度较高，如某超超临界锅炉的末级过热器正常运行温度605°C， 报警温度630°C ；受热面金属温度裕量低，并且每各管屏上都通过分配集箱上的节流孔来分 配蒸汽流量，节流孔直径小(61(T20mm)易引起堵塞；屏式过热器在低负荷(50-60%)段， 炉膛火焰充盈度较好，屏式过热器吸热较多，但此时蒸汽流量较低，极易引起屏式过热器超 温，并且屏式过热器节流孔多且内径小；因此对锅炉屏式过热器和末级过热器的管屏上全 屏安装壁温测点，实现全过程监控，并将热电偶按所安装的管路在锅炉内沿炉膛宽度方向 的实际排列顺序依次与数据采集系统相连，为后续的信息处理及故障判断提供了必要条 件；
数据采集系统通过热电偶采集包括锅炉屏式过热器和末级过热器的全屏实时温度数 据，并将该数据有序传送到监控系统，监控系统负责数据的处理与显示，并在判断有故障发 生时发出报警。作为优选，热电偶从锅炉的顶部直线引出。常规安装的锅炉壁温，采用从锅炉二侧 引出热电偶的布置方式，在顶棚大罩内架设保护热电偶的电缆桥架，这样引出孔较少，但热 电偶长度较长，平均长度为17 20米左右，热电偶的价格极高；由于本系统中热电偶大量 使用(一般有1500支以上)，必须降低热电偶的成本，否则该系统不具可实施性；从锅炉顶 部直线引出的布置方式，可使热电偶的长度大大缩短，并提高热电偶的成品率，大大降低制 造、采购成本；从而使本系统成为一种切实可行的、低成本的监测系统。作为优选，热电偶为金属铠装热电偶，长度为7-8米，在各热电偶的输出端连接 1-3米的连接线。测量锅炉壁温的热电偶因安装位置特殊，投运后正常情况下热电偶难以更 换检修，因此热电偶的可靠性尤其重要，金属铠装热电偶具有防护好，不容易损坏，成本适 中的优点；长度为7-8米兼顾了热电偶的实用性与价格；在各热电偶的输出端连接1-3米 的连接线使各热电偶可以直接与数据采集系统相连，提高了监测数据的可靠性和准确性。作为优选，热电偶设有保护套管，热电偶成束穿过保护套管；在热电偶穿过保护套 管后留下的空隙内设有保温棉；保温棉上端面离保护套管的上端面10-20mm，保温棉上端 面到保护套管的上端面设有防火浇注料。由于炉顶的温度较高，热电偶外面设置保护套管， 保护套管内填充保温棉，可有效防止热电偶引出位置温度超温；在填充保温棉时，在保护套 管的上部预留10_20mm深度的凹坑，用防火浇注料浇筑可防止套管漏气、漏灰。作为优选，数据采集系统放置在炉顶，数据采集系统包括集热块，热电偶的连接线 与集热块直接焊接连接。为尽可能的消除热电偶测量误差，提高多支热电偶测量的稳定性， 将数据采集系统放置在炉顶与热电偶尽量靠近可以取消中间补偿电缆，热电偶与集热块的 连接不采用螺栓固定形式，采用集热块与热电偶焊接的形式，消除螺栓固定形式安装过程 中引起的接触不良、受热不均勻的现象，此外数据采集系统放置在炉顶，使热电偶与数据采 集系统直接连接，省去了大量的连接电缆，使系统成本大大降低。作为优选，在热电偶与管路的连接处设有与受热面管同材质的金属贴片，金属贴 片与管路焊接连接。为避免热电偶安装时对受热面管子的伤害，以及焊接后的热处理，节省 现场施工时间，在受热面工厂制作时，在热电偶集热片座焊接位置预先焊接与受热面管同
4材质的金属贴片，并做完相应热处理，现场施工时，热电偶集热片座焊接在贴片座上，施工 过程对管屏母材无损伤，也无需进行热处理，施工进度加快，可以在锅炉水压后安装。作为优选，监控系统包括二台互为冗余的工控机。由于锅炉在发电系统中的重要 性，在监控系统中采用二台互为冗余的工控机，一台工控机工作，一台工控机备用并进行数 据备份，当工作的工控机或连接该工控机的通讯线路发生故障时，另一台工控机立即自动 代替工作并发出报警，从而提高了整个系统的可靠性；同时一般电厂都有两台锅炉同时工 作，或一开一备，因此可将两台锅炉的热电偶连接到一个监控系统中，这样既便于管理也降 低了系统成本。基于本发明所提供的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，本发明还提供了一种 超超临界锅炉受热面壁温监控系统的监控方法，包括管内异物堵塞的监控报警方法、锅炉 偏烧监控报警方法所述的管内异物堵塞的监控报警方法、锅炉偏烧监控报警方法可同时实 施，也可单独实施，但至少实施一种。管内异物堵塞的监控报警方法与锅炉偏烧监控报警方 法可以同时实施，也可以分别实施，由于所依赖的硬件系统相同，因此同时实施更合理、更 经济。进一步，管内异物堵塞的监控报警方法包括将各管屏安装的热电偶所采集的温 度数据按热电偶安装在锅炉的沿炉膛宽度方向顺序依次输入工控机；绘制各管屏的沿炉膛 宽度方向的壁温折线图；当壁温折线图发生明显交叉、向上异常突出点时，该管子怀疑有异 物并发出报警。作为一个本行业的技术人员，利用工控机及一些常用的软件，将采集到的温 度数据绘制成温度曲线，是容易做到的；将各管屏壁温折线图沿炉膛宽度方向顺序排列，在 锅炉冲管及启停期间以壁温数据变化速率为判据，可以使监控人员直观、方便地发现判断 基建的受热面节流孔堵塞及U型屏底异物堆积情况，缩小了冲管后锅炉受热面割手孔检查 范围。进一步，锅炉偏烧监控报警方法包括将各管屏安装的热电偶所采集的温度数据 按热电偶安装在锅炉的沿炉膛宽度方向顺序依次输入工控机；监控系统计算受热面每个管 屏的平均温度及所有管子的平均温度；绘制沿炉膛宽度方向的各管屏平均温度折线图；当 某管屏的平均温度与所有管子平均温度的差值超过限值时，即判断锅炉燃烧存在偏烧情况 并发出报警。由于当锅炉偏烧与管路堵塞发生时，都表现为与此相关的管路温度升高；然而 锅炉偏烧所产生的温度升高一般不会很尖锐，用各管路温度的平均值可以真实反映炉膛出 口沿宽度方向烟气温度分布场，从而区分管路堵塞与锅炉偏烧的故障，并采取不同的应对 措施。本发明的有益效果是为超超临界锅炉受热面壁温提供了切实可行的、低成本的 监控系统，可对锅炉屏式过热器和末级过热器的每一路管路全面监控，监控的可靠性大大 增加；并可方便、直观地区分管路堵塞与锅炉偏烧两种不同的故障，以便维护人员采取不同 的应对措施，增加了锅炉的可靠性与寿命；热电偶从炉顶直线引出并与数据采集系统直接 相连大大降低了系统成本；监控系统采用冗余技术，增加了系统的可靠性。
图1是本发明超超临界锅炉受热面壁温监控系统的一种系统示意图； 图2是本发明中热电偶在某一管屏上沿炉膛宽度方向分布示意图；图3是按图2中热电偶分布顺序绘制的某一管屏上沿炉膛宽度方向的壁温折线图； 图4是按图2中热电偶分布顺序绘制的某一管屏上沿炉膛宽度方向的平均温度折线图。图中1. 一号锅炉，2. 二号锅炉，3.热电偶，4.数据采集系统，5.工控机，6.套管。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例
本实施例的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，参见图1，同时监控一号锅炉1、二号 锅炉2的受热面壁温，一号锅炉1、二号锅炉2中屏式过热器和末级过热器的每一路管路上 的热电偶3分别与两个数据采集系统4相连，两个数据采集系统4分别与两个互为冗余的 工控机5相连。参见图2，某一管屏上的热电偶3沿炉膛宽度方向分布，热电偶3安装在炉顶，热电 偶3穿过套管6后按热电偶3沿炉膛宽度方向的排列顺序依次与数据采集系统4相连；本 实施例中，安装在屏式过热器中的热电偶3长度为7米，安装在末级过热器中的热电偶3长 度为8米，每个热电偶3都留有3米长的连接线，连接线与数据采集系统4中的集热块焊接 连接；热电偶3穿过套管6后，套管6内所留下的空隙用保温棉充填结实，并在保护套管的 上部预留15mm深度的凹坑；用流动性较好的防火浇注料浇筑，将凹坑填到与保护套管上口 平齐。在热电偶3与管路的连接处设有与受热面管同材质的金属贴片，金属贴片与管路 焊接连接。工作时一台工控机5处于监控状态，另一台工控机5处于备用状态，备用的工控机 5同步进行数据备份，当处于监控状态的工控机5或通讯线路发生故障，处于备用状态的工 控机5立即自动处于监控状态，同时发出报警。本实施例的超超临界锅炉受热面壁温监控方法，包括管内异物堵塞的监控报警方 法将各管屏安装的热电偶3所采集的温度数据按热电偶3安装在锅炉的沿炉膛宽度方向 顺序依次输入工控机5 ；绘制各管屏的沿炉膛宽度方向的壁温折线图，参见图3 ；当壁温折 线图中发生明显交叉、向上异常突出点时，如图3中的10号管所显示的，该管子怀疑有异物 并发出报警；锅炉偏烧监控报警方法将各管屏安装的热电偶3所采集的温度数据按热电 偶3安装在锅炉的沿炉膛宽度方向顺序依次输入工控机；监控系统计算受热面每个管屏的 平均温度及所有管子的平均温度；绘制沿炉膛宽度方向的各管屏平均温度折线图，参见图 4 ；当有管屏的平均温度与所有管子平均温度的差值超过限值时，如图4中的11、12号管屏， 即判断锅炉燃烧存在偏烧情况并发出报警。以上的实施例只是本发明的最佳方案之一，并非对本发明作任何形式上的限制， 在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
权利要求
一种超超临界锅炉受热面壁温监控系统，包括热电偶、数据采集系统、监控系统，所述数据采集系统的输入端与热电偶相连，数据采集系统的输出端与监控系统相连，其特征在于在锅炉屏式过热器和末级过热器的每一路管路上都设有一热电偶，并按所述管路在锅炉内沿炉膛宽度方向的实际排列顺序依次与数据采集系统相连。
2.根据权利要求1所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，其特征在于所述热电 偶从锅炉的顶部直线引出。
3.根据权利要求1或2所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，其特征在于所述 热电偶为金属铠装热电偶，长度为7-8米，在各热电偶的输出端连接1-3米的连接线。
4.根据权利要求1或2所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，其特征在于所述 热电偶在穿过锅炉大罩时设有保护套管，热电偶成束穿过保护套管；在热电偶穿过保护套 管后留下的空隙内设有保温棉；所述的保温棉上端面离保护套管的上端面10-20mm，在所 述的保温棉上端面到保护套管的上端面设有防火浇注料。
5.根据权利要求1或2所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，其特征在于所述 数据采集系统放置在炉顶，数据采集系统包括集热块，所述热电偶的连接线与集热块直接 焊接连接。
6.根据权利要求1或2所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，其特征在于在所 述热电偶与管路的连接处设有与受热面管同材质的金属贴片，所述的金属贴片与管路焊接 连接。
7.根据权利要求1或2所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统，其特征在于所述 监控系统包括二台互为冗余的工控机。
8.一种超超临界锅炉受热面壁温监控系统的监控方法，其特征在于包括管内异物堵 塞的监控报警方法、锅炉偏烧监控报警方法，所述的管内异物堵塞的监控报警方法、锅炉偏 烧监控报警方法可同时实施，也可单独实施，但至少实施一种。
9.根据权利要求8所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统的监控方法，其特征在 于所述管内异物堵塞的监控报警方法包括将各管屏安装的热电偶所采集的温度数据按 热电偶安装在锅炉的沿炉膛宽度方向顺序依次输入工控机；绘制各管屏的沿炉膛宽度方向 的壁温折线图；当壁温折线图发生明显交叉、向上异常突出点时，该管子怀疑有异物并发出 报警。
10.根据权利要求8或9所述的超超临界锅炉受热面壁温监控系统的监控方法，其特征 在于所述锅炉偏烧监控报警方法包括将各管屏安装的热电偶所采集的温度数据按热电 偶安装在锅炉的沿炉膛宽度方向顺序依次输入工控机；监控系统计算受热面每个管屏的平 均温度及所有管子的平均温度；绘制沿炉膛宽度方向的各管屏平均温度折线图；当某管屏 的平均温度与所有管子平均温度的差值超过限值时，即判断锅炉燃烧存在偏烧情况并发出 报警。
全文摘要
本发明涉及超超临界锅炉受热面壁温监控系统及监控方法，目的是可以对锅炉内末级过热器、屏式过热器的受热管子进行全面实时监测，包括热电偶、数据采集系统、监控系统，数据采集系统的输入端与热电偶相连，数据采集系统的输出端与监控系统相连，在锅炉屏式过热器和末级过热器的每一路管路上都设有一热电偶，并按管路在锅炉内沿炉膛宽度方向的实际排列顺序依次与数据采集系统相连。可方便、直观地区分管路堵塞与锅炉偏烧两种不同的故障，以便维护人员采取不同的应对措施，增加了锅炉的可靠性与寿命；监控系统采用冗余技术，增加了系统的可靠性。
文档编号F22B35/00GK101975390SQ20101018375
公开日2011年2月16日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者周江, 沈士军, 沈维君, 许伟峰, 贺益中, 贺贤峰, 陈旭伟 申请人:国电浙江北仑第三发电有限公司