一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置製造方法
2023-06-19 04:40:21
一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置，包括至少一個恆壁溫換熱管，恆壁溫換熱管從上至下依次由冷凝段、絕熱段及蒸發段組成，監測時，恆壁溫換熱管的蒸發段置於尾部煙道內，且蒸發段的外壁通過導線連接有熱電偶，恆壁溫換熱管的冷凝段外連接有強制對流散熱的套管，強制對流散熱的套管底部為開口，頂部開孔並與鼓風機通過空氣管路連接，每個強制對流散熱的套管支路上的空氣管路上均設有調節閥以調控空氣流量；恆壁溫換熱管內有用於換熱的介質；本發明裝置結構簡單，無複雜連接，實施方便，可實現離線檢測，金屬壁溫穩定，可真實反映同級換熱器的低溫腐蝕過程及狀態。
【專利說明】一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬於煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的監測【技術領域】，涉及一種煙氣冷卻 器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置。
【背景技術】
[0002] 對於火力發電廠來說，排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般在5%? 8%，佔鍋爐總熱損失的80%甚至更高。影響排煙熱損失的主要因素是鍋爐排煙溫度，我國 許多電站鍋爐的排煙溫度實際運行值達到130°C?150°C，高於設計值約20°C?50°C ;大 幅度降低排煙溫度將極大地提高電站鍋爐的經濟性。經過實際計算發現：排煙溫度能降低 35°C左右，系統發電循環效率提高0.5%以上，每度電節約1.5克以上標準煤，具有明顯的 節能減排潛力。
[0003] 要降低排煙溫度，需要在鍋爐的尾部煙道設置可以實現煙氣深度冷卻的熱交換裝 置，即煙氣深度冷卻器，要進行有效的煙氣深度冷卻回收餘熱必須解決煙氣中腐蝕性氣體 凝結引起的低溫腐蝕問題。電站鍋爐的低溫腐蝕是指熱交換器受熱面、煙道、風機壁面金屬 溫度（以下稱壁溫）低於煙氣酸露點時，煙氣中的酸性氧化物和水蒸氣結合成酸蒸汽並在 金屬壁面上凝結，並對熱交換管受熱面或金屬壁面產生低溫腐蝕。對於鍋爐來說低溫腐蝕 多發生在空預器冷端、靜電除塵器、煙氣深度冷卻器、脫硫塔、尾部煙道及煙?等。鍋爐中的 低溫腐蝕通常是指由煙氣中的S0 3引起的硫酸腐蝕，這主要是因為S03和水蒸氣結合形成的 酸露點比較高。低溫腐蝕嚴重時，會導致運行中經常會因煙氣深度冷卻器和空氣預熱器的 嚴重堵灰而被迫降低鍋爐負荷、或因低溫腐蝕穿透護板而造成大量漏風。低溫腐蝕會加重 積灰，積灰使煙氣通道堵塞，引風阻力增加，降低鍋爐出力，甚至引起被迫停爐。低溫腐蝕嚴 重將導致大量熱交換器受熱面的更換和煙道更換，造成經濟上的巨大損失。準確判斷低溫 腐蝕發生的溫度，對鍋爐在安全運行條件下儘可能降低煙溫具有重要意義。
[0004] 國外20世紀40年代中期就發現了低溫腐蝕並做了大量低溫腐蝕性能研究工作。 20世紀70年代的能源危機迫使各國開始降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率，節約能源，之後， 低溫腐蝕的研究重點轉移到了低溫腐蝕機理和低溫腐蝕速率的性能研究上，主要是通過試 驗來確定受熱面所能承受的最低排煙溫度，實驗方法主要有：酸浸泡試驗、實驗室模擬試驗 及運行現場腐蝕試驗。由於硫酸浸泡試驗、實驗室模擬試驗比現場試驗簡單，因此，人們將 大量的精力放在了硫酸浸泡試驗中，並得出了大量的研究成果；但酸浸泡試驗的腐蝕機理 和實際煙氣冷卻器現場的腐蝕機理存在很大不同，其研究結果難以指導實際運行的煙氣冷 卻器；而實驗室模擬試驗主要是搭建模擬煙氣氣氛的低溫腐蝕試驗臺，通過控制煙氣溫度、 煙氣中S0 3含量、不同金屬材料種類及金屬壁面溫度來研究低溫腐蝕性能，實驗室模擬試驗 能較精確的調節各種因素，但腐蝕時間短且無法有效模擬灰分存在對酸露點和硫酸結露腐 蝕機理的影響，這導致了實驗結果與實際結果差異較大。最後，研究人員不得不到鍋爐實際 運行現場進行低溫腐蝕試驗，現場工業試驗得出的結果接近於生產實際，具有重要的參考 價值，為鍋爐設計者提供了有價值的鍋爐設計經驗。
[0005] 過去蘇聯鍋爐教科書中提供的電站鍋爐酸露點的計算公式之所以被廣大的鍋爐 設計人員所接受，就是因為該酸露點公式來自現場試驗的生產實際，但是，過去的現場工業 腐蝕試驗實驗裝置普遍採用歐洲人設計的U型管式雙管或多管結構，結構複雜，該結構需 要破壞煙道才能在煙道上安裝測試，試驗之後，需要破壞煙道才能取出試驗管段，造成現場 的輔助準備工作量很大、試驗周期長，有時還要在機組停修期間才能安裝、拆卸，給鍋爐換 熱器低溫腐蝕研究工作帶來了很大的困難。本專利 申請人:基於以上【背景技術】發明了一種用 於煙氣低溫腐蝕性能研究的實驗裝置（CN 202041446 U)，該裝置可不停爐隨插隨用，解決 了換熱器管低溫腐蝕實驗的難題；利用該裝置首次在我國600MW和1000MW機組上完成了 6種鋼材、表面滲層和表面塗層的現場低溫腐蝕實驗，提出有限腐蝕速率設計及腐蝕防控技 術，解決了積灰和低溫腐蝕耦合引致堵塞、爆管停爐的重大技術難題，實現了煙氣深度冷卻 器實時長周期安全高效運行。但是以上實驗裝置只是解決了材料低溫腐蝕速率的短期實驗 難題，而長期低溫腐蝕速率是根據短期實驗的腐蝕速率平均或外推的數值，實際運行的煙 氣冷卻器的長期的真實腐蝕速率仍然無法得知，機組正常運行時，又不能定期割取煙氣冷 卻器的實際運行管段進行離線檢測以獲取實際運行管段的低溫腐蝕速率；更為困難的是， 由於硫酸露點腐蝕和積灰的協同作用，沒有一種檢測方法能夠在線監測實際換熱器管束的 低溫腐蝕狀況，因此，必須發明一種能夠同步監測煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的裝置， 該裝置可以同步處於和煙氣冷卻器相同的工作狀態（包括煤質、負荷等），而在機組定期檢 修時又能截取該裝置的腐蝕管段進行離線檢測，從而獲得換熱管的低溫腐蝕速率，以上就 是本發明的背景。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在於提供一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝 置，可隨時插入鍋爐尾部煙道以實現煙氣冷卻器換熱管的低溫腐蝕過程及狀態的同步在線 監測，機組定期檢修時又能截取該裝置的腐蝕管段進行離線檢測，從而獲得換熱管束的低 溫腐蝕速率。
[0007] 為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案如下：
[0008] -種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置，包括至少一個恆壁溫 換熱管3,所述恆壁溫換熱管3從上至下依次由冷凝段、絕熱段及蒸發段組成，監測時，所述 恆壁溫換熱管3的蒸發段置於尾部煙道1內，且蒸發段的外壁通過導線連接有熱電偶2,所 述恆壁溫換熱管3的冷凝段外連接有強制對流散熱的套管4,所述強制對流散熱的套管4底 部為開口，頂部開孔並與鼓風機7通過空氣管路6連接，所述每個強制對流散熱的套管4支 路上的空氣管路6上均設有調節閥5以調控空氣流量以確保恆壁溫換熱器得到適度冷卻； 所述恆壁溫換熱管3內有用於換熱的介質。
[0009] 參考實際工作的煙氣冷卻器的最低金屬壁溫，根據負荷變動範圍設置一組上、中、 下3種金屬壁溫變化的恆壁溫換熱管3作為一組，然後根據機組實際運行需要檢修的次數 n，設置η組需要離線檢測的恆壁溫換熱管3管組數。
[0010] 所述恆壁溫換熱管3的冷凝段外與強制對流散熱的套管4之間採用焊接於強制對 流散熱的套管4內沿圓周360°均布的3個固定的縱向肋片11進行定位。
[0011] 所述恆壁溫換熱管3內用於換熱的介質為水或沸點處於換熱器工作溫度範圍內 的工質；恆壁溫換熱管3內充填的工質沸點溫度由其管內壓力惟一確定，而該沸點溫度能 夠設置與換熱器金屬外壁面工作溫度相同。
[0012] 監測時，所述恆壁溫換熱管3的蒸發段置於尾部煙道1內，恆壁溫換熱管3通過法 蘭12與煙道外壁13連接。
[0013] 所述恆壁溫換熱管3能夠在鍋爐運行特定時間後，且在不停爐的狀態下進行拆 卸、安裝，而不破壞鍋爐本體及換熱器本體結構。
[0014] 本發明的有益效果在於：
[0015] (1)本發明的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置結構簡 單，無複雜連接，實施起來也比較方便且結果可靠。
[0016] (2)本發明的用於煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置具有金屬 壁溫穩定的優勢，能真實反映出尾部煙道煙氣冷卻器的低溫腐蝕過程和狀態，同時可離線 檢測得到煙氣換熱器的低溫腐蝕速率。
[0017] (3)本發明的用於煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置可在鍋爐 運行中，即不停爐狀態下進行安裝和拆卸。
[0018] (4)本發明的用於煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置，可在煙 道內設置一系列不同溫度、不同腐蝕時間的換熱管，更加全面地了解煙氣冷卻器管路的低 溫腐蝕狀況。
[0019] (5)本發明的用於煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置，能夠提 供精確可靠的低溫腐蝕發生的溫度，為電廠加裝煙氣冷卻器確定最低的安全運行溫度，最 大程度地進行餘熱利用，節約燃煤。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置的結構 示意圖。
[0021] 圖2是本發明的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置的強 制散熱的套管內部的定位結構。
[0022] 圖3為本發明的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置的恆 壁溫換熱管和尾部煙道的連接方式。
[0023] 圖4是本發明的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置的恆 壁溫換熱管工作原理示意圖。
[0024] 圖中，1.尾部煙道，2.熱電偶，3.恆壁溫換熱管，4.強制散熱的套管，5.調節閥， 6.空氣管路，7.鼓風機，8.蒸氣，9.冷凝液，11.肋片，12.法蘭，13.煙道外壁。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0026] 如圖1所示，本發明一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置， 包括至少一個恆壁溫換熱管3,所述恆壁溫換熱管3從上至下依次由冷凝段、絕熱段及蒸發 段組成，監測時，所述恆壁溫換熱管3的蒸發段置於尾部煙道1內，且蒸發段的外壁通過導 線連接有熱電偶2,所述恆壁溫換熱管3的冷凝段外連接有強制對流散熱的套管4,所述強 制對流散熱的套管4底部為開口，頂部開孔並與鼓風機7通過空氣管路6連接，所述每個強 制對流散熱的套管4支路上的空氣管路6上均設有調節閥5以調控空氣流量；所述恆壁溫 換熱管3內有用於換熱的介質。
[0027] 作為本發明的優選實施方式，參考實際工作的煙氣冷卻器的最低金屬壁溫，根據 負荷變動範圍設置一組上、中、下3種金屬壁溫變化的恆壁溫換熱管3作為一組，然後根據 機組實際運行需要檢修的次數n，設置η組需要離線檢測的恆壁溫換熱管3管組數。
[0028] 單根恆壁溫換熱管3的內壁通過管內工作介質溫度確定金屬壁溫；正常工作狀態 下，恆壁溫換熱管3工作溫度由管內壓力唯一確定。
[0029] 作為本發明的優選實施方式，所述恆壁溫換熱管3內用於換熱的介質為水或沸點 處於換熱器工作溫度範圍內的工質。
[0030] 如圖2所示，作為本發明的優選實施方式，所述恆壁溫換熱管3的冷凝段外與強制 對流散熱的套管4之間採用焊接於強制對流散熱的套管4內沿圓周360°均布的3個固定 的縱向肋片11進行定位。
[0031] 如圖3所示，作為本發明的優選實施方式，監測時，所述恆壁溫換熱管3的蒸發段 置於尾部煙道1內，恆壁溫換熱管3通過法蘭12與煙道外壁13連接。
[0032] 實施例
[0033] 恆壁溫換熱管3內填充有用於換熱的工作介質水，或採用介質沸點處於換熱器工 作溫度範圍內的其他工質，恆壁溫換熱管3的管內壓力確定時，其內部的工作介質的飽和 溫度也唯一確定，從而保證了恆壁溫換熱管3管壁溫度的穩定；鼓風機7的將高速氣流通過 空氣管路6送入強制散熱的套管4內，通過調節閥5調控空氣流量；恆壁溫換熱管3冷凝段 與通入套管4的空氣進行換熱。
[0034] 如圖1和圖4所示，本發明的工作原理為：在煙氣流動方向上，將恆壁溫換熱管3 的蒸發段設置於尾部煙道1中，恆壁溫換熱管3的蒸發段直接在煙氣氣氛中進行腐蝕，恆壁 溫換熱管3內的液態工作介質受熱蒸發形成蒸氣8,蒸氣8上行經過絕熱段到達冷凝段，在 冷凝段冷凝形成冷凝液9,冷凝液9沿壁面回到蒸發段。如此循環往復實現恆壁溫換熱管3 的壁溫恆定。利用鼓風機7實現空氣與恆壁溫換熱管3冷凝段的強制對流換熱，並通過調 節閥5實現不同換熱量，使不同溫度的恆壁溫換熱管3內工作介質在冷凝段內冷凝。
[0035] 本發明屬用於煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測的裝置，可真實反 映不同溫度及煙氣環境下煙氣冷卻器的低溫腐蝕狀況，可以同步模擬換熱器管束真實的低 溫腐蝕過程和狀態，運行特定時間後不需要停爐，就可以在線拆卸一組實驗管段，並對該實 驗管段進行離線檢測，從而得到該管段的低溫腐蝕速率，該腐蝕速率能夠代表換熱器腐蝕 的真實情況，是一種簡單、高效、結果真實可靠的、不需要破壞換熱器本體就能獲知換熱器 低溫腐蝕真實過程及狀態的同步在線監測裝置。
【權利要求】
1. 一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置，其特徵在於：包括至少 一個恆壁溫換熱管（3)，所述恆壁溫換熱管（3)從上至下依次由冷凝段、絕熱段及蒸發段組 成，監測時，所述恆壁溫換熱管（3)的蒸發段置於尾部煙道（1)內，且蒸發段的外壁通過導 線連接有熱電偶（2)，所述恆壁溫換熱管（3)的冷凝段外連接有強制對流散熱的套管（4)， 所述強制對流散熱的套管（4)底部為開口，頂部開孔並與鼓風機（7)通過空氣管路（6)連 接，所述每個強制對流散熱的套管（4)支路上的空氣管路（6)上均設有調節閥（5)調控空 氣流量以確保恆壁溫換熱器得到適度冷卻； 所述恆壁溫換熱管（3)內有用於換熱的介質。
2. 根據權利要求1所述的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置， 其特徵在於：參考實際工作的煙氣冷卻器的最低金屬壁溫，根據負荷變動範圍設置一組上、 中、下3種金屬壁溫變化的恆壁溫換熱管（3)作為一組，然後根據機組實際運行需要檢修的 次數n，設置η組需要離線檢測的恆壁溫換熱管（3)管組數。
3. 根據權利要求1所述的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置， 其特徵在於：所述恆壁溫換熱管（3)的冷凝段外與強制對流散熱的套管（4)之間採用焊接 於強制對流散熱的套管（4)內沿圓周360°均布的3個固定的縱向肋片（11)進行定位。
4. 根據權利要求1所述的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置， 其特徵在於：所述恆壁溫換熱管（3)內用於換熱的介質為水或工質沸點處於換熱器金屬外 壁面工作溫度範圍內的工質；恆壁溫換熱管（3)內充填的工質沸點溫度由其管內壓力惟一 確定，而該沸點溫度能夠設置與換熱器金屬外壁面工作溫度相同。
5. 根據權利要求1所述的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置， 其特徵在於：監測時，所述恆壁溫換熱管（3)的蒸發段置於尾部煙道（1)內，恆壁溫換熱管 (3)通過法蘭（12)與煙道外壁（13)連接。
6. 根據權利要求1所述的一種煙氣冷卻器低溫腐蝕過程及狀態的同步在線監測裝置， 其特徵在於：所述恆壁溫換熱管（3)能夠在鍋爐運行特定時間後，且在不停爐的狀態下進 行拆卸、安裝，而不破壞鍋爐本體及換熱器本體結構。
【文檔編號】G01N17/00GK104122193SQ201410360757
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】趙欽新, 陳曉露, 梁志遠, 王雲剛, 嚴俊傑, 李鈺鑫 申請人:西安交通大學