爐膛輻射熱流量分布測量方法及系統的製作方法
2023-07-18 20:07:51 2
專利名稱：爐膛輻射熱流量分布測量方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電廠熱能動力工程領域，涉及一種爐膛輻射熱流量分布測量方法及系統，特別適用於測量爐膛不同高度多個位置上的輻射熱流量，從而得到輻射熱流量沿爐膛高度的分布。
背景技術：
由於電站鍋爐爐膛容積大，燃料燃燒分布不均勻以及煙氣沿流程溫度變化劇烈，造成爐膛內某些區域的局部熱流量有時會達到平均熱流量的數倍以上，這些高熱流區的蒸發管是安全運行的薄弱環節。在鍋爐爐膛設計時，通常根據輻射熱流量的經驗分布校核蒸發管最高管壁溫度，進行爐膛水循環動力設計，以選擇受熱管金屬材料，保證爐膛水循環安全性。爐膛熱流量分布是電站鍋爐設計中最基本的經驗數據，輻射熱流量測量及分布規律研究是改進爐膛設計、提高運行可靠性的基礎工作，該項研究在上世紀六十年代曾經得到 廣泛開展，前蘇聯在1969年頒布的鍋爐熱力計算標準中，給出了在當時技術背景下爐膛輻射熱流量沿爐膛高度的變化曲線，並一直沿用至今；近年來，隨著低氮氧化物燃燒器和超臨界壓力直流鍋爐等先進技術大量投用和發電廠鍋爐燃用煤煤質惡化，造成爐膛輻射熱流量分布偏離了標準中推薦的曲線，爐膛受熱面結焦腐蝕和超溫爆管事故增加.因此，對於爐膛輻射熱流量測量及分布的研究應進一步開展，為鍋爐爐膛設計和超臨界壓力直流鍋爐蒸發受熱面節流孔布置提供更可靠的依據。目前，研究爐膛輻射熱流量分布規律時，需要在爐膛內不同的高度布置大量熱流量測點；由於鍋爐爐膛容積大，所需的輻射熱流計數量有時多達幾十塊，使用較多的一種輻射熱流計通常配有水冷卻系統，它通過測量熱流流向上的金屬溫度變化而得到輻射熱流量的數值，這一方法的缺點是熱電偶處於高溫多灰環境中，系統可靠性差，測量工作量大。中國專利200910085715. 0公布了上述這種配有冷卻系統的輻射熱流計；其它種類的輻射熱流計還包括中國專利98814340. 2公布的一種基於材料處於福射熱流的條件下電阻發生變化的檢測器；以及中國專利200410091166. 5公布的一種適用於民居熱流量計量的基於流體溫度和流量測量的熱擴散式熱流量計.進行爐膛輻射熱流量分布測量時，無論採用何種類型的熱流計，都需要在爐膛不同高度上布置數量眾多熱流量測量點，測量成本高，且消耗大量人力。
發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明提供一種爐膛輻射熱流量分布測量方法及系統，滿足爐內輻射熱流量的多點測量要求，特別適合研究輻射熱流量沿爐膛高度的分布規律。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是，一種爐膛輻射熱流量分布測量系統，它包括水冷壁管，作為測量感應管，在該水冷壁管底部設有一個三通閥，分別與自省煤器入口的給水管路和水冷壁下聯箱的管路連接；同時在該水冷壁管上布置一定數量的熱電偶，用於測量管內介質溫度，感應管被熱電偶分成若干管段，每個管段上的輻射熱流量根據該管段介質焓值的變化得到；正常運行狀態下，感應測量管中的冷卻介質來自水冷壁的下聯箱，在測量狀態下，冷卻介質來自省煤器入口 ；所述熱電偶在水冷壁管上每隔3到5米安裝一根。—種採用爐膛輻射熱流量分布測量系統的測量方法，它的步驟為①以水冷壁管工質入口壓力值和出口壓力值兩者的平均值作為水冷壁管中工質的壓力P，根據水冷壁管中工質的壓力P和各管段的測溫值，計算各個管段兩端的焓值，②利用各管段兩端的焓值E計算各管段上的焓值變化A E ；③利用各個管段上的焓值變化和管內介質流量計算各管段的吸熱量；④該管段的吸熱量除以它的受熱面積，得到該管段的輻射熱流量，即利用下式計 算各管段上的平均熱流量q (kff/m2)
A/:'q = m~-
*s其中，m為測得的管內工質流量，S為計算管段的輻射受熱面積；⑤利用下式計算熱流量係數n在爐膛相對高度X的分布x=h/H n=q/q0其中，X為爐膛相對高度，H為爐膛高度，q0為平均熱流量。所述方法中得到的各管段輻射熱流量，每個管段上的輻射熱流量和該管段在爐膛中的位置一一對應，由此得到輻射熱流量沿爐膛高度的分布。採用整根的水冷壁管得到平均輻射熱流量，水冷壁管平均輻射熱流量當作基準熱流量，將各個管段的輻射熱流量無量綱化，得到輻射熱流量係數沿爐膛高度的分布。本發明在爐膛內不布置任何型式的熱流計，而是選擇爐膛內的一根水冷壁管，對其進行恰當改造後，用作測量用的感應管，進行爐膛輻射熱流量的測量，該水冷壁管的結構分為兩部分。第一部分是經過改造後的水冷壁管。具體改造方法如下將該水冷壁管與下聯箱的連接切開，採用三通連接引入兩路給水進入該水冷壁管，一路給水來自省煤器入口，另一路來自原水冷壁下聯箱，這兩路給水管路上分別裝有調節閥門。鍋爐正常運行時，來自省煤器入口給水閥門處於關閉狀態，來自水冷壁下聯箱閥門處於打開狀態；測量爐膛熱流量時，打開來自省煤器入口給水閥門，關閉來自水冷壁下聯箱閥門；採用非接觸流量計測量該根水冷壁管入口的給水流量，利用管路上的給水閥門，將該根水冷壁管內的水流量調節到I. 5 3. Okg/s之間；對於發電廠鍋爐，數值模擬結果表明，來自省煤器入口的給水壓力足以克服爐膛高度的靜壓、沿程阻力和局部阻力等引起的壓力降，且還有剩餘，保證水冷壁管內形成正常的流動。第二部分是分布在水冷壁管中的熱電偶。分布方法為在該根水冷壁管位於爐膛高度h=0、h=H以及中間管段每隔一定距離布置一支熱電偶，用來測量管內工質的溫度；間隔距離推薦為3.0 5.0米。傳感器管水冷壁上端保持不變，接入水冷壁上聯箱，再進入汽包。在對上述單根水冷壁管進行改造後，可用於測量爐膛不同高度的熱流量，得到熱流量沿爐膛高度的分布。本發明的測量原理是，在測量狀態下，省煤器入口給水在其壓力驅動下進入爐膛水冷壁測量管，給水吸收爐膛輻射熱後，溫度和焓值增加；沿水冷壁管高度方向上每隔一定距離測量水的溫度變化，計算給水焓在每個管段的變化值，再利用管內水流量的測量結果，得到水在每個管段上吸收的爐膛輻射熱量，然後根據管段的輻射受熱面積，計算每個高度的管段單位面積的平均熱流量，進而得到輻射熱流量沿爐膛高度的分布。水的焓值受壓力影響很少，忽略水沿流程的壓力變化，在計算每個管段上的水的焓值時，水的壓力取為該水冷壁管進、出口壓力的平均值。本發明與現有技術相比具有如下優點(I)進行爐膛水冷壁熱流量測量時，不需要安裝任何型式的熱流計，節約了大量儀表費用。(2)能夠同時測量爐膛高度方向上多點的熱流量，特別滿足輻射熱流量沿爐膛高度分布研究需要。(3)利用實際水冷壁管作為測量感應管，通過入口閥門切換其實際工作狀態和測 量狀態，測量元件安裝工作量小，測量過程對水冷壁管的影響小。(4)系統簡單，易於測量，測試過程節約大量的人力。
圖I為爐膛水冷壁測量感應管的工作示意圖。圖2為感應管的熱電偶分布圖。圖3為具體實施例中得到的輻射熱流量沿爐膛高度的分布圖。圖4為具體實施例中得到的輻射熱流量係數沿爐膛相對高度的分布圖。其中，I是爐膛，2是調節閥門I，3.是調節閥II，4是水冷壁測量感應管。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1、2所示，是一臺300MW亞臨界自然循環汽包爐的爐膛燃燒室，爐膛截面尺寸為14. 706mX 12. 829m，從冷灰鬥的二等分水平面到爐膛頂棚的距離為49m，即爐膛高度H =49米；燃料在爐膛內燃燒產生煙氣並放出熱量，熱量以輻射換熱的方式被燃燒室四周的水冷壁吸收，煙氣流向爐膛出口並不斷被冷卻，燃燒區域的最高溫度可達2500K.選擇爐膛側牆的一根水冷壁管4作為測量感應管，將省煤器入口的給水引入該根水冷壁入口作為測量熱流量時的冷卻介質，在該水冷壁管上安裝11根熱電偶，用於測量管內介質溫度，從下往上前10根熱電偶的間距為5米，最上面一根和前面一根的間距為4米；利用調節閥門12控制管內介質流量在2. Okg/s左右。水冷壁面在爐膛高度上的熱流分布是必要的設計數據，在實際生產和科學研究中，經常需要測量爐膛熱流分布，採用本發明提供的方法，能夠方便地測量熱流分布.測量過程中得到的全部測量數據如下省煤器入口來的給水壓力18. 90MPa，汽包壓力18. 38MPa，感應管水冷壁入口工質流量2. 5kg/s，熱電偶5，6，……，15測得不同爐膛高度h的工質溫度t為
權利要求
1.一種爐膛輻射熱流量分布測量系統，其特徵是，它包括水冷壁管，作為測量感應管，在該水冷壁管底部設有一個三通閥，分別與自省煤器入口的給水管路和水冷壁下聯箱的管路連接；同時在該水冷壁管上布置一定數量的熱電偶，用於測量管內介質溫度，感應管被熱電偶分成若干管段，每個管段上的輻射熱流量根據該管段介質焓值的變化得到；正常運行狀態下，感應測量管中的冷卻介質來自水冷壁的下聯箱，在測量狀態下，冷卻介質來自省煤器入口。
2.如權利要求I所述的爐膛輻射熱流量分布測量系統，其特徵是，所述熱電偶在水冷壁管上每隔3到5米安裝一根。
3.一種採用權利要求I所述的爐膛輻射熱流量分布測量系統的測量方法，其特徵是，它的步驟為 ①以水冷壁管工質入口壓力值和出口壓力值兩者的平均值作為水冷壁管中工質的壓力P，根據水冷壁管中工質的壓力P和各管段的測溫值，計算各個管段兩端的焓值， ②利用各管段兩端的焓值E計算各管段上的焓值變化ΛE ； ③利用各個管段上的焓值變化和管內介質流量計算各管段的吸熱量； ④該吸熱量除以管受熱面積，得到該管段的輻射熱流量，即利用下式計算各管段上的平均熱流量q(kW/m2)
4.如權利要求I所述的測量方法，其特徵是，所述方法中得到的各管段輻射熱流量，每個管段上的輻射熱流量和該管段在爐膛中的位置一一對應，由此得到輻射熱流量沿爐膛高度的分布。
5.如權利要求4所述的測量方法，其特徵是，採用整根的水冷壁管得到平均輻射熱流量，水冷壁管平均輻射熱流量當作基準熱流量，將各個管段的輻射熱流量無量綱化，得到輻射熱流量係數沿爐膛高度的分布。
全文摘要
本發明涉及一種鍋爐爐膛輻射熱流量的測量方法及系統，它能夠同時測得沿爐膛多個高度上的輻射熱流量，特別適用於測量輻射熱流量沿爐膛高度的分布。它包括水冷壁管，作為測量感應管，在該水冷壁管底部設有一個三通閥，分別與自省煤器入口的給水管路和水冷壁下聯箱的管路連接；同時在該水冷壁管上布置一定數量的熱電偶，用於測量管內介質溫度，感應管被熱電偶分成若干管段，每個管段上的輻射熱流量根據該管段介質焓值的變化得到；正常運行狀態下，感應測量管中的冷卻介質來自水冷壁的下聯箱，在測量狀態下，冷卻介質來自省煤器入口。它不需要安裝任何型式的熱流計，測量過程對水冷壁管的影響小，系統簡單，易於測量，節約了人力和物力。
文檔編號F23M11/04GK102706482SQ20121016469
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者劉福國, 周新剛, 姜波, 胡志宏, 郝衛東 申請人:山東電力研究院