[发明专利]一种在线测量积灰有效热导率的智能积灰采样装置和方法

权利要求书

1.一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法，其特征在于，基于在线测量积灰有效热导率的装置，该装置包括支撑体外套管(13)、与支撑体外套管(13)一端相连的采样探针(3)以及温度测量单元和智能积灰吹扫单元，其中：

所述的采样探针(3)为管状结构，且其一端密封，另一端与支撑体外套管(13)相连通；所述的温度测量单元包括第一热电偶(1)和第二热电偶(2)，第一热电偶(1)和第二热电偶(2)分别安装于采样探针(3)的外表面和内壁；

所述智能积灰吹扫单元包括超声波测厚仪(5)和吹扫喷枪(6)，其中超声波测厚仪(5)安装于采样探针(3)的内壁，所述吹扫喷枪(6)的进气管道上设有第一电动调节阀(8)，所述吹扫喷枪(6)的进气管道与空气压缩机(11)相连，且第一电动调节阀(8)、超声波测厚仪(5)、第一热电偶(1)和第二热电偶(2)均通过信号转换器(9)与计算机(10)相连；

其步骤如下：

步骤一、数据采集

通过第一热电偶(1)和第二热电偶(2)分别对采样探针(3)的外表面和内壁温度T1、T2进行实时监测，通过超声波测厚仪(5)对采样探针(3)表面积灰层厚度δad进行实时测量，并传送至计算机(10)；

步骤二、根据所测探针外表面和内壁温度，采用如下公式对采样探针(3)的热流密度进行计算：

式中：q---穿过探针外表面的热流密度，单位为W/m²；λ₁---探针材质的导热系数，单位为W/(m·K)；r₁、r₂---探针外壁面半径、内壁面半径，单位为m；T₁、T₂---探针外壁面、内壁面热电偶所测温度，单位为K；

步骤三、采用如下式(2)、式(3)对采样探针(3)的热流密度进行计算：

式(2)中h为探针的对流换热系数，单位为W m^-2K^-1；Tg和Ts分别为烟气温度和探针沉积灰表面的温度，单位为K；σ为斯特番-玻尔兹曼常数，单位W m^-2K^-4；w为沉积灰的发射率系数；

式(3)中λ_eff为沉积灰的有效热导率，单位为W m^-1K^-1；δ_ad为沉积灰的厚度，单位m；

将上述式(1)与式(2)、式(3)进行联立，然后通过迭代法迭代即可求解得到探针沉积灰表面的温度Ts和沉积灰的有效热导率λ_eff；

步骤四：根据如下公式对积灰的清洁因子CF进行计算：

式中，K⁰---标准计算传热系数，单位为W/(m²·K)，K---传热系数，单位为W/(m²·K)，其计算如下；

R＝R1+R2 (8)

式中：R---总热阻，单位为m²·K/W；R₁---探针外壁面热阻，单位为m²·K/W；R₂---积灰层热阻，单位为m²·K/W；

步骤五、若计算所得CF值小于设定值，则通过计算机控制空气压缩机启动并打开第一电动调节阀给气，对探针表面积灰进行实时清除。

2.根据权利要求1所述的在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法，其特征在于：所述式(2)中探针的对流换热系数通过下式进行计算：

式(4)中Nu为探针处的努塞尔数；D为探针的直径，单位为m；λ_g为烟气的导热系数，单位Wm^-1K^-1，其中Nu通过辅助测量或计算获得探针所处烟道的烟气速度，再根据以下准则公式计算得到：

式中，Re和Pr分别为以烟气速度为特征速度的雷诺数和普朗特数；Pr_w和Pr_f分别为壁面温度和烟气温度为定性温度下的普朗特数；式中的n和m的数值按不同条件来给定；c为系数，其值根据雷诺数给定。