基於雷射測距原理的智能吹灰方法
2023-07-20 10:52:21 2
專利名稱：基於雷射測距原理的智能吹灰方法
技術領域：
本發明用於大型電站鍋爐智能吹灰系統。主要應用領域包括大型電站鍋爐、循環硫化床鍋爐、大型工業鍋爐、冶金行業主要以燃煤為主要燃料的大型燃燒室等。
背景技術：
燃煤鍋爐運行中，受熱面的積灰和結焦不可避免。結焦是煤粉與空氣在爐膛這個有限空間區域內相互作用的燃燒過程中形成的。在這個能量轉換和傳遞的空間中，呈熔融狀態的灰粒與壁面發生碰撞，被黏附在壁面上，結焦就發生了。它是我們燃用化石類礦物燃料帶來的一個副產品。結焦的危害很大。積聚在受熱面上的灰汙的熱阻很大，附著在受熱面上將降低受熱面的吸熱能力，使得傳熱效率降低；會引起受熱面表面溫度過高，導致部分受熱面金屬超溫和高溫腐蝕，甚至管排爆漏；影響鍋爐水循環的安全性；使鍋爐熱偏差、風機電耗、受熱面磨損增大，限制鍋爐出力，造成鍋爐整體效率下降。此外結焦還會增大NOx的排放量。一般而言，與清潔狀況相比，受到汙染後鍋爐效率將降低1 % 2 . 5 %，排煙溫度升高十幾度。吹灰是保證大型電站鍋爐安全、經濟、穩定運行的重要手段。它的作用是清除受熱面的結渣和積灰，維持受熱面的清潔，以保證鍋爐的安全經濟運行。鍋爐吹灰器是當前所有電站鍋爐必須配備的一種必不可少的設備。隨著機組容量的不斷增大，為了提高和維持鍋爐效率，保證鍋爐安全，鍋爐吹灰系統越來越龐大，組成也越來越複雜，一臺機組動輒配備一、二百臺吹灰器。在選擇全部吹灰器投程控運行方式下，一個吹灰周期下來，耗時長達5、 6小時以上。為了達到更有效清除結焦的目的，在600MW及其更大容量的鍋爐上，已開始應用多種組合吹灰方式。比如，爐膛部分不僅僅採用蒸汽吹灰器，還增加了水力吹灰器，以擴大吹灰作用範圍和效果。但目前通行的吹灰調度方式存在一定的問題，遠遠不能做到對結焦部位的精確有效吹掃，存在過度吹灰和吹灰不足的問題，對鍋爐運行的安全性和經濟性有一定的影響。吹灰調度方式不能對具體的結焦情況進行有針對性和選擇性的吹灰，吹灰系統龐大又複雜，故最終造成吹灰的效率和經濟性不高。目前，我們對鍋爐爐膛內部高溫環境下的一些變化過程情況還是了解不多，無法實時準確地確定或計算出焦塊的部位、數量、大小等，也不清楚結焦是由哪個部位先引起以及是從什麼時候開始的。吹灰中避免不了出現欠吹或過度吹灰情況。因此，需要開發出一種能夠智能方便地確定爐內結焦部位的儀器，指導大型鍋爐吹灰工作。
發明內容
技術問題
本發明的目的是提供一種經濟安全高效節能的鍋爐吹灰方法。該智能吹灰方法能實時地了解爐內結焦情況，選擇最有效的吹灰器對結焦部位進行有效吹掃，實現鍋爐吹灰的最佳及最優化運行。同時，通過對易結焦部位的統計與綜合分析，判斷鍋爐爐膛內部易結焦部位的結焦成因，及時通過鍋爐燃燒調整和採取其它措施，減輕或消除鍋爐結焦現象，達到少吹灰甚至不吹灰的理想狀況，最終達到提高鍋爐的整體安全穩定經濟運行的目標。技術方案
本方法主要解決常規鍋爐吹灰方法帶來的不利問題和後果，確保結焦得到有效清除， 避免吹灰器過吹和欠吹的問題，提高鍋爐效率，實現節能安全目的，保證鍋爐設備的安全穩定經濟運行。一般情況下，一個完整的優化吹灰系統不僅應包括熱工數據的校核和預處理、受熱面汙染狀態監測和電站熱效率實時計算模塊，還應該有合理高效的優化吹灰模塊，乃至最終實現全自動吹灰的閉環控制模塊。吹灰的有效性，有賴於所獲得的數據的可靠與準確性。為了能在吹灰器吹灰中做到有針對性，就要做到兩點(1)有結焦時能立即判斷出具體的部位，在必須要吹灰時能立即投入進行吹掃；(2)只啟動結焦部位附近對渣塊能起到有效清掃作用的吹灰器，使經濟性與安全性的要求同時得到滿足。常規的鍋爐有很多種整體布置方案。無論是哪種爐型，現場均採用由多根並列管子連接成整片的膜式換熱面屏，這種受熱面屏的管子與管子之間的曲面可忽略不計，兩個管子之間的節距與有可能會對鍋爐運行產生影響的焦塊相比微不足道，可認為爐膛內部整面牆是光滑平整的。利用雷射的方向性強、單色性好、高亮度和高度的時空相干性的特點，將雷射測距系統延伸入爐膛內部。用定義好的坐標，用雷射測距原理方法來確定爐膛內受熱面壁面結焦的大小及部位，記錄每個部位結焦的產生(形成)、發展(增長)、成長的全過程，實時顯示出來，為智能吹灰，燃燒調整、設備改進提供較優和準確的參考。分析鍋爐的結焦情況，能對鍋爐運行形成危害和影響的，主要也就是鍋爐爐膛膜式水冷壁換熱面、屏式過熱器和爐膛出口拆焰角部位。其它的對流換熱面由於煙溫的降低， 很難形成難於清除的焦塊。如有形成，也絕大多數是呈鬆散性積灰狀態，對鍋爐的安全性穩定性帶來的影響相對較小，也易於清除。對於屏式過熱器和爐膛出口拆焰角部位的結焦， 我們可用照相法，用物理光學成像的方法確定。焦塊不可能孤立存在，它總要依附在一個地方，該部位的形狀是已知的，故我們無需三維空間場來確定焦塊位置。看到拍到的爐內圖像，我們就知道這個焦塊是掛在什麼地方。通過有選擇性的濾波和圖像解析處理，得到爐內焦塊的清晰圖象，從而啟動最有效的吹灰器對該焦塊進行吹掃。
有益效果
與目前鍋爐吹灰方法相比，本發明所提出的基於雷射測距的原理的智能吹灰方法的優點體現在
(1)可實時地了解到鍋爐爐膛內部燃燒過程中形成的結焦情況。(2)可全面地掌握鍋爐結焦從產生、發展，或直至被清除的過程。(3)能夠地有效地啟動結焦部位附近的吹灰器，使吹灰器功效發揮最大，避免盲目啟動吹灰器對受熱面壁面進行無效或有害的過度吹灰和欠吹。(4)通過對易結焦部位的統計與綜合分析，判斷鍋爐爐膛內部易結焦部位的結焦成因，及時通過鍋爐燃燒調整和採取其它技術措施，減輕或消除鍋爐結焦現象，達到少吹灰甚至不吹灰的理想狀況，最終提高鍋爐的整體安全穩定經濟運行。
(5)可以形成一個標準工藝，解決目前大型燃用化石類燃料時燃燒所形成的結焦問題，具有廣闊的工程應用前景和推廣普及價值。
圖1基於雷射測距的智能吹灰方法原理結構框圖。圖2雷射測距確定結焦示意簡圖。
具體實施例方式實施方法(1)在爐壁上利用現已有的開孔(象窺火孔、人孔門、吹灰槍口，火焰T V口，煙溫探針口等)安裝雷射測距儀。雷射測距裝置安放在爐外，光學系統置入爐膛內部。 雷射經透鏡反射後，改變光路，變成與爐膛內壁面相平行的光束。(2)對爐牆內壁面做360°全周旋轉掃描。每旋轉一圈，測距儀推進一步，對爐膛壁面做一個完整掃描，建立起一幅結焦點的具體位置二維平面圖。通過每次步進的長度，可得出這個焦塊的高度(或厚度)。多幅這樣的結焦部位平面圖疊加起來，最終得到一個可基本滿足現場吹灰需求精度的三維的焦塊模擬圖像。(3)爐膛內部各吹灰槍的位置是明確的，爐膛受熱面的周界及空間也是已知的，利用已定義好的坐標系可確定出焦塊的距離與方向角，從雷射測距裝置的推進深度上可得出焦塊的高度。控制單元對採集到的數據進行處理，得出焦塊的整體信息。(4)在此基礎上判斷其一是否啟動吹灰系統；其二啟動吹灰系統後，有選擇性地投入作用效果最好的吹灰器，對結焦部位進行有效吹掃。在吹掃的同時對焦塊做持續的監視，直至焦塊被吹落或達到可以接受的結焦值時，控制中心發出指令，停止吹灰。同步對採集到的數據進行模擬成像處理，直觀地顯示出爐內水冷壁上的焦塊來，供值班人員參考。每面爐牆可各設置一套測距裝置，可確定鍋爐爐膛部分的結焦情況。雷射合理選擇方法選擇穿透煙氣能力強的適宜波長的雷射，以能適應爐內實際工況。選擇合適的功率，合理的光學系統，一般可不考慮雷射器能量輸出大小，是否人眼安全，雷射束是否滿足裝置低溫，頻率是否受限等等因素的限制。目前單機最大的1000漏機組有效的周界長度範圍也不會超過100米，在這個距離範圍內選取相適宜的雷射測距方法。安裝方法充分利用鍋爐現有的設備進行安裝，不另行在鍋爐爐牆上開孔。現有的爐膛火焰T V圖像系統是電站鍋爐的標準配置，不論爐膛容量大小，爐型異同，一般都配有爐膛火焰電視系統。以600MW鍋爐前後對衝旋流燃燒器為例，約標高在4 9米左右，深入爐內的深度為1米 O . 7米左右。可充分利用這一位置和設備，在其上安裝裝雷射測距裝置， 利用它的合適的高度、位置、視場及視角，來對爐內結焦情況進行實時測量和顯示。抗高溫方法不論是伸入爐內對焦塊進行雷射測距的裝置，還是對屏式過熱器及爐膛出口拆焰角進行拍照的裝置，為了保護光學系統，防止爐內高溫和各種雜質對鏡頭設備的損傷，採用特種耐高溫抗輻射的光學鏡頭。同時採用生產實際中廣泛應用的成熟有效的冷卻和清潔鏡頭的技術方法，保證鏡頭的清潔，保證測量系統的準確和可靠性，以保證裝置的安全長期可靠穩定運行，獲得準確的數據。測量間隔選擇方法在實際生產現場，爐膛內部結焦不可能是一下子形成的，故這套系統不必要一直處於伸進爐膛內部，可定時推進測量，當有焦塊形成時，可加強監視，增加測量的頻度。
權利要求
1.針對雷射測距原理的智能吹灰方法，其特徵在於目前通行的吹灰調度方式因對爐內信息了解較少，不能對具體的結焦情況進行有針對性和選擇性的吹灰，存在過度吹灰和吹灰不足的問題。
2.隨著機組容量的不斷增加，機組的吹灰系統越來越龐大，系統組成也越來越複雜， 目前的吹灰調度方式已不能滿足現代化機組安全經濟運行的需求，吹灰的效率和經濟性不尚ο
3.本發明專利所提出的方法追求鍋爐吹灰最優、最經濟，且能最大限度地保證鍋爐的安全經濟穩定運行，提高鍋爐運行的整體效率，節約能源，有可觀的應用價值和市場。
4.該方法具有簡便，快捷、有效、可靠的特點，可以提高鍋爐整體安全經濟穩定運行水平。
5.新的基於雷射測距原理的智能吹灰方法如下(1)根據測量範圍和工作條件，選擇適宜的雷射測距方法和雷射波長；(2)在鍋爐爐牆上原已有的開孔位置附近安裝一套雷射測距裝置，雷射測距裝置安放在爐外，每面牆可安裝一套；(3)雷射發生器產生的雷射進入爐內，通過可調角度的反射鏡的作用，使測距雷射束轉向，對爐膛壁面進行全周掃描，反射鏡鏡頭採用耐高溫抗輻射的特種玻璃，處在爐內；(4)對整個光學系統及測量裝置有可能接觸到高溫和火焰輻射的部分，採取有效的冷卻系統和使光學系統保持清潔的吹掃系統，使系統能長期穩定可靠運行；(5)通過伺服控制裝置對雷射測距裝置進行精確的全周旋轉和步進移動方式控制；(6)對採集到的數據及其測距裝置的位移量進行綜合處理，因鍋爐爐膛周界範圍已知、吹灰器位置明確，按照定義的坐標系，確定爐膛內部結焦信息；(7)通過計算分析，只選擇具有最佳吹灰效果的吹灰器，並啟動它；(8)對焦塊進行連續的監測，直至焦塊被吹掃乾淨或達到可接受的水平；(9)吹灰器退出運行，復位；(10)對易結焦部位的結焦原因進行分析，採取改善措施；在這套測量裝置上還可加入測溫功能和拍照功能，如測定焦塊的溫度，測定靠近換熱器壁面附近的煙氣溫度和噴燃器根部附近的火焰溫度，對爐膛上方區域的換熱器進行拍照等。
全文摘要
目前在燃煤鍋爐運行中，受熱面的積灰和結焦是不可避免的。結焦的危害很大。當前通行的各種吹灰調度方式對結焦的處理不能做到有的放矢，對鍋爐運行的安全和經濟性有一定的影響。本方法利用雷射測距的優異性能，通過對壁面做全周平面掃描，配合測量裝置的步進位移量，在定義好的坐標系中，確定出焦塊的大小範圍、高度和位置信息，完成鍋爐爐膛內部結焦情況從生成、發展及其變化的實時全程跟蹤監測，然後啟動最有效的吹灰器對其進行吹掃，實現鍋爐吹灰的最優運行。同時通過對爐膛內部易結焦部位的綜合分析，判斷其結焦成因，採取相應的改善措施，減輕或消除結焦現象，達到鍋爐少吹灰甚至不吹灰的理想狀況，提高鍋爐效率，節約能源。
文檔編號F23J1/00GK102252334SQ201110056250
公開日2011年11月23日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者嚴曉勇 申請人:嚴曉勇