[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

说明书

本发明公开了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，属于电厂锅炉尾部烟道积灰采集和热导率测量技术领域。本发明的智能积灰采样装置，包括支撑体外套管、与支撑体外套管一端相连的采样探针、温度测量单元及智能积灰吹扫单元，通过超声波测厚仪可以对探针表面积灰层的厚度进行在线实时监测，通过第一热电偶和第二热电偶可以对采样探针的外壁和内壁温度进行实时测量，并通过迭代法迭代求出探针表面积灰层的实时温度，从而可以对探针表面积灰层的有效热导率进行实时在线精确测量。采用本发明的技术方案能够在采样的同时对积灰层的有效热导率进行实时在线监测，以便于积灰层的智能清扫控制，为实际锅炉清灰带来有意义的借鉴和指导。

技术领域

本发明属于电厂锅炉尾部烟道积灰采集和热导率测量技术领域，更具体地说，涉及一种在线测量沉积灰有效热导率的智能积灰采样装置和方法。

背景技术

我国煤炭资源地域分布广，探明储量大，开采成本低，因此被当作主要燃料广泛地应用于电力生产当中。当锅炉燃用煤炭时，锅炉各部分受热面都不同程度地伴随有矿物质的沉积现象，而且有相当一部分动力煤，煤质并不高，含有较高的灰分或者高的碱金属含量，容易在受热面上产生严重的积灰问题。这些问题的发生会导致换热管传热条件恶化，管壁腐蚀，甚至引发超温爆管和非计划停炉，从而给发电设备的平稳安全运行带来严重威胁。因此，非常有必要加强对飞灰沉积问题的研究。

过去锅炉积灰样品采集主要有两种方法，一是锅炉停火后冷态采集受热面和烟道上的积灰，此种方法受锅炉运行状况的限制，采样不具有实时性，而且不能有计划的控制工况条件开展积灰机理研究。二是采用积灰装置进行实时采样，然后使用刀道具刮下积灰体进行分析，这样不仅破坏了积灰体的结构，导致后续研究中不能对积灰形貌和成分分布进行分析，同时其采样没有考虑积灰温度等因素对积灰形成的影响。在炉内高温燃烧条件下，采集贴近实际工况的积灰样品并保证其不被破坏是准确研究积灰形成和发展机理的重要前提。目前，积灰采样探针在积灰的检测方面发挥着重要作用，近年来发展出的积灰监测方法主要有三种：

1)炉膛出口烟温诊断：炉膛沾污状况直接影响炉膛传热，炉膛出口烟温的变化过程反映了结渣的整体情况。但通过这种方式并不能得到锅炉换热器上局部的积灰或结渣状况，所以采用这种方式提供的信息相对较少，不足以认识积灰的增长和发展规律。

2)采用热流计作为诊断传感器：主要适用于水冷壁的积灰监测，用安装在水冷壁上的热流计表面的沾污模拟其附近水冷壁的沾污过程，根据积灰造成的热流变化对其进行监控诊断。此法基本能达到预期效果，应用于炉膛积灰的局部和全面诊断，是目前国外的技术发展方向，但是由于热流计普遍价格昂贵、成本高，普及度不高。

3)直接观察诊断：采用照相或摄像和图象处理技术，直接观察受热面的积灰状况是炉膛可视化的一个重要目的，采用在不同位置的红外成像相机直接测量换热器表面的辐射发射率反映壁面的积灰状况，但该法容易受烟气和灰层发射率影响而不稳定。

经检索，对于积灰采样的研究，一些高校和研究所也申请了一些专利，例如：

申请号为2010106001885的申请案公开了一种固体燃料燃烧积灰采样装置及方法，该申请案在流场条件、温度条件和材质条件等因素的基础上，考虑了在同一采样装置上按不同角度和位置安装采样管，并通过升降装置控制采集不同炉膛位置的积灰样品，从而可以减少多次采集样品的时间。但该申请案中无法对采样管的温度进行调控，因此不能实际模拟不同工况条件下锅炉内换热管的表面温度，无法采集得到可靠的积灰样品。