CN109115355B - 一种测量锅炉受热面金属壁温的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量锅炉受热面金属壁温的方法。将热电偶贴壁式放置在待测锅炉受热面的金属壁面上，且将热电偶的末端贴着锅炉受热面金属壁面待测点；将熔敷金属熔化后敷设在热电偶表面形成熔敷层，使热电偶与锅炉受热面壁面固定在一起并传热；将热电偶的引线端延伸出锅炉受热面外部，并与设置在锅炉受热面外部的记录装置连接读取和/或记录所述热电偶的示数，获得锅炉受热面待测点的温度。熔敷金属的熔敷层厚度以热电偶为中心轴沿待测受热管轴向均匀分布，且熔敷金属在热电偶表面形成至少1mm厚度的包覆层。熔敷层横截面呈圆环形、半圆环形、月牙形或半球形。本发明具有测量准确度高、防磨及使用寿命长等优点。

Description

一种测量锅炉受热面金属壁温的方法

技术领域

本发明涉及一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，尤其涉及到循环流化床锅炉炉膛和换热床中受热面的金属壁温测量，属于锅炉测量技术领域。

背景技术

锅炉受热面金属壁面温度必须低于金属材料的最高需用温度，否则材料的强度下降，发生塑性变形甚至爆管。因此受热面壁温是锅炉运行中需要严格检测控制的参数。随着锅炉参数的提高，金属材料的使用温度越来越高，越来越接近材料的使用极限，壁温测量的准确程度也越来越高。

在煤粉燃烧锅炉中，壁温测量时，通常在炉内受热的受热面表面焊接支架，支架上设置螺纹，利用螺栓对测量的热电偶进行定位，将热电偶固定到测量位置上。这个传统的测量方法得到广泛使用。该方法存在的最大问题是支架和螺栓承受高温、高温松懈，测量结果不可靠。在循环流化床锅炉炉膛或者外置式换热器中的受热面，这一传统测量壁温的方法更不适用，因为循环流化床锅炉炉膛或者外置式换热器中的受热面传热，是气固两相流动向受热面的传热，壁面受到高浓度固体颗粒剧烈的冲刷，受热面管子表面任何凸起都将引起致命的磨损，因此传统壁温测量的热电偶支架本身的磨损以及由此引起的受热面的磨损是不可避免的，壁温测量可靠性以及受热面的安全性受到影响，不能采用传统方法。

关于壁温测量问题，人们进行了大量的创新。CN201720281590.9提出在高压设备筒体外壁堆焊一个不锈钢圆台，在不锈钢圆台上面焊接内螺纹接头，热电偶与螺栓套管组装后，拧入螺纹接头，使热电偶与不锈钢圆台紧密接触。该方法本质上是传统测量方法的改进。CN201611125215.1公布了一种壁温测量方法，包括热电极测温环、热电偶、补偿导线、尾部附件和插头等，进一步改进了传统的壁温测量方法。CN201410369981.7和CN201420430683.X公开了一种高温受热面管真实壁温测试系统，它包括热电偶、集热块、保护套管、抱箍和保温材料，所述的热电偶至少为一个，其插设在保护套管内，且其一端焊接在管壁上，另一端经引出后固定于锅炉外并与炉外接线盒相接，所述的集热块周边焊接在所述的热电偶焊接部所在的管壁上，用于固定所述的热电偶并快速传热；所述的保温材料包裹在所述的集热块外周并通过所述的抱箍固定住。但这些改进中，有关壁温测量装置本身及其引起的磨损问题仍然存在。CN201310652008.1公开了一种锅炉过热器/再热器受热面金属壁温在线监测，该方法根据锅炉运行参数，利用神经网络预测监测管前各分区段的烟气温度与速度，在此基础上，根据受热面传热数学模型，得到过热器、再热器受热面壁温的分布，具有简单快速、可连续进行和定期自动学习的优点，可用于在实际煤粉锅炉运行中进行受热面壁温的定量监测，但是这是一种非直接软测量方法，而锅炉控制系统只接受直接硬测量结果，这种测量结果只能用于为优化调整控制热偏差防止爆管及为受热面寿命管理提供定量依据。CN201610890688.4提供了一种锅炉温度监控测点布置方法，对于屏式过热器、高温段过热器和屏式再热器、高温再热器，管壁温度测点布置于屏式过热器底部最外圈的出口，以及高温段过热器、屏式再热器、高温再热器各段管圈的出口管子的外壁上；减温器出口汽温测点布置于蒸汽和喷水充分混合后的位置；对于W型火焰锅炉，水冷壁设置中间混合联箱，下水冷壁出口段和上部水冷壁管出口段均设置壁温测点；各受热面设置进、出口烟温测点和汽、水进出口温度测点。该发明提供的方法对锅炉机组的管壁温度测点、烟温测点、及汽水温度测点的布置均给出了指导，但并不能提高壁温测量的可靠性。为了避免热电偶存在引起的问题，CN201210003667.8发明了锅炉水冷壁向火侧壁温在线监测系统及监测方法，利用声波进行测量，在炉膛截面安装声波导管、电动扬声器和特制驻极体式传声器组成的声波收发系统，其收发测点布置在水冷壁同一侧的受热面上；电动扬声器发出声信号，同时被增强型传声器接收并将其转变成电压信号，通过电缆输入信号调理器后进入数据采集卡换为数字信号，再通过广义互相关时间延迟估计得出飞渡时间，最后经计算机和软件计算出水冷壁向火侧壁面温度。该方法只能用于单面受热面的水冷壁，无法用于双面受热面的过热器和再热器。CN200710010198.1公开了一种超临界直流锅炉膜式水冷壁温度的测量方法，通过对单面受热的膜式壁背火侧鳍片埋设热电偶的方法测量鳍片向火侧的壁温。该方法方只能用于鳍片的壁温测量，而这不是实际上最关心的问题，运行中关注的更多的是管子壁温，同样，测量对象更多是过热器、再热器而不是水冷壁。CN201510349688.9公开了一种壁贴测温方法，通过粘贴剂将热电偶式传感器粘贴至待测对象，获取待测对象的物理参数数据及粘贴剂的物理参数数据，检查测量位置的环境实时数据，读取电偶式传感器上所测得的实时温度值，获取热电偶贴片与被测对象之间的接触热阻，对实时温度值通过修正公式进行计算得到修正后的温度值。该发明中的壁贴测温方法先获得待测对象的实时温度值通过修正公式对温度值进行计算，得到修正后的温度值，相对于现有技术中通过测量得到的实时温度值而言，更接近与实际上待测对象的温度值，即本发明的壁贴测温方法相对于现有技术来说，精度高，且计算简单。该发明的最大问题是高温粘结剂。另外，贴壁热电偶也使管子壁面不再光滑，磨损在所难免。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过熔敷金属将热电偶固定在待测锅炉受热面壁面外表面实现温度测量的方法，将热电偶与管子融为一体，避免了管子表面的凸起，同时能够进行壁温的直接可靠测量。

本发明通过以下技术方案实现：

一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，所述方法包括：

将热电偶贴壁式放置在待测锅炉受热面的金属壁面上，且将所述热电偶的末端贴着所述锅炉受热面金属壁面待测点；

将熔敷金属熔化后敷设在所述热电偶表面形成熔敷层，使所述热电偶与所述锅炉受热面壁面固定在一起并传热；

将所述热电偶的引线端延伸出所述锅炉受热面外部，并与记录装置连接读取和/或记录所述热电偶的示数，获得所述锅炉受热面待测点的温度。

上述技术方案中，所述锅炉受热面包括水冷壁、过热器、蒸发器、省煤器、再热器中的一种或多种。

上述技术方案中，所述热电偶设置在所述锅炉受热面的向火侧或迎风面；所述热电偶设置在所述锅炉受热面的迎风面时，优选地设置在迎风面正中心的金属壁面上。

上述技术方案中，所述锅炉受热面结构为包括若干个受热管的膜式水冷壁或受热管束时，所述热电偶布置在所述锅炉受热面的任一个待测受热管的金属壁面上，且所述热电偶轴线与所述待测受热管中心轴线呈平行设置。

上述技术方案中，所述熔敷金属的熔敷层厚度以所述热电偶为中心轴沿所述待测受热管轴向均匀分布，且熔敷金属在所述热电偶表面形成至少1mm厚度的包覆层。

上述技术方案中，所述熔敷金属的熔敷层的横截面呈环绕着待测受热管的圆环形或半圆环形或月牙形，或在所述锅炉受热面金属壁面上呈包裹着热电偶的半球形。

上述技术方案中，所述锅炉受热面结构为屏式受热面时，所述热电偶布置在所述锅炉受热面的待测点金属壁面上。

上述技术方案中，所述熔敷金属的熔敷层以所述热电偶为中心沿热电偶轴线在所述锅炉受热面金属壁面均匀敷设，且其厚度沿热电偶轴线均匀分布。

上述技术方案中，所述熔敷金属的熔敷层的横截面在所述锅炉受热面金属壁面上呈包裹着热电偶的半球形，且熔敷金属在所述热电偶表面形成至少1mm厚度的包覆层。

上述技术方案中，所述熔敷金属选用材料的导热系数不低于21W/m·K。

上述技术方案中，所述锅炉受热面是单面受热膜式壁时，所述热电偶布置在所述锅炉受热面的向火侧。所述锅炉受热面双面受热面时，所述热电偶布置在所述受热面的任何一侧受热外壁面。

本发明具有以下优点及有益效果：热电偶直接贴着锅炉受热面金属壁温待测点，直接读取测量点温度，避免了间接测量的额外误差,测量误差小；熔敷金属的敷设方式对于热电偶起到了保护作用，对于受热面外壁也有防磨的作用，延长了热电偶使用寿命。

附图说明

图1是本发明所涉及的其中一种实施方式的测量锅炉受热面金属壁温的方法的热电偶熔敷形状示意图。

图2是本发明所涉及的另一种实施方式的热电偶熔敷熔敷层形状示意图。

图3是熔敷熔敷层形状对测量结果的影响。

图中：1―热电偶；2―熔敷层；3―锅炉受热面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明提供了一种通过熔敷金属将热电偶固定在锅炉受热面外壁面从而实现对锅炉受热面金属壁温直接测量的方法。熔敷金属选用材料的导热系数不低于21W/m·K。

锅炉受热面1包括水冷壁、省煤器、蒸发器、过热器、再热器中的一种或多种。这些锅炉受热面1可能是包括若干个受热管的膜式水冷壁或受热管束，也可能是屏式受热面。

具体方法为：

将热电偶贴壁式放置在待测锅炉受热面的金属壁面上，且将热电偶的末端贴着锅炉受热面金属壁面待测点；

将熔敷金属熔化后敷设在热电偶表面形成熔敷层，使热电偶与锅炉受热面壁面固定在一起并传热；

将热电偶的引线端延伸出锅炉受热面外部(如炉膛外，或者省煤器、过热器等受热面单元外)，并与设置在锅炉受热面外部的记录装置连接读取和/或记录所述热电偶的示数，获得锅炉受热面待测点的温度。

当锅炉受热面1结构为包括若干个受热管的膜式水冷壁或受热管束时，热电偶1布置在锅炉受热面的任一个待测受热管的金属壁面上，且热电偶轴线与待测受热管中心轴线呈平行设置。锅炉受热面3管内为吸热工质、外侧金属壁面贴壁设置有热电偶1。热电偶1的测量端点贴着锅炉受热面待测点，使其能够检测到待测点温度。然后将熔敷金属敷设在待测受热管表面。熔敷金属的熔敷层厚度以热电偶为中心轴沿待测受热管轴向均匀分布，且熔敷金属在热电偶表面形成至少1mm厚度的包覆层。

当锅炉受热面1设置在炉膛内时，热电偶3设置在锅炉受热面1的向火侧，即朝向火焰的一侧。当锅炉受热面1设置在炉膛上方或者炉膛外的烟道时，热电偶3设置在锅炉受热面1的迎风面上，此时，热电偶优选地设置在锅炉受热面迎风面正中心的金属壁面上。

对于待测受热管为受热光管，熔敷金属在热电偶和受热光管外形成一层周向厚度均匀的熔敷层，即，如图1a所示，熔敷金属的熔敷层2的横截面呈环绕着待测受热管的圆环形；或者，在锅炉受热面1的受热侧以热电偶3为中心熔敷使熔敷层形成月牙形的周向厚度不均匀但是平滑过渡的熔敷层2(如图1b所示)，将热电偶3固定在熔敷层2中，管子表面的金属熔敷层2是受热面管子的局部保护层，并强化热电偶3的端点与管子金属外壁的导热，从而使热电偶准确反映测量点的金属壁温。此外，还可以在锅炉受热面1受热侧以热电偶3为中心熔敷形成类球形或半球形的周向厚度不均匀但是平滑过渡的熔敷层2连接在锅炉受热面的金属壁面上，如图1c所示。还可以使熔敷层2横截面呈环绕着待测受热管的半圆环形，热电偶3及其熔敷金属的熔敷层3均设置在受热光管的向火侧或迎风面。

而对于待测受热管为受热膜式壁，无论单面受热还是双面受热，均在受热侧形成一层周向厚度均匀的半圆环形熔敷层(如图2a所示)；或者，在锅炉受热面1的受热侧以热电偶3为中心熔敷使熔敷层形成月牙形的周向厚度不均匀但是平滑过渡的熔敷层2(如图2b所示)；或在锅炉受热面1受热侧以热电偶3为中心熔敷形成类球形或半球形的周向厚度不均匀但是平滑过渡的熔敷层2连接在锅炉受热面的金属壁面上(如图2c所示)，将热电偶3固定在熔敷层2中，管子表面的金属熔敷层2是受热面管子的保护层，并强化热电偶3的端点与管子金属外壁的导热，从而使热电偶3准确反映测量点的金属壁温。

当锅炉受热面1结构为屏式受热面时，热电偶3布置在锅炉受热面1的待测点金属壁面上。熔敷金属的熔敷层2以热电偶为中心沿热电偶轴线在锅炉受热面金属壁面均匀敷设，且其厚度沿热电偶轴线均匀分布。通常，熔敷金属的熔敷层的横截面在锅炉受热面金属壁面上呈包裹着热电偶的类球形或半球形，且熔敷金属在热电偶3表面形成至少1mm厚度的包覆层。

无论熔敷截面形状是圆环形、半圆环形、月牙形还是球形或半球形，熔敷层的母线均与管子或热电偶轴线平行。因此，热电偶3全部敷设在熔敷层2中。

金属熔敷层2外表面在受热管外侧壁面沿轴向均匀，即任一横截面都相同。熔敷层等效于受热面壁厚增加，从而对受热面起防磨保护作用。热电偶轴线位于迎风面正中间，确保了熔敷层的保护效果。

图3是采用本发明熔敷金属敷设法布置热电偶进行直接测量的测点温度分布图，熔敷层2采用圆环形(图1a)/半圆环形(图2a)或月牙形时(图1b、图2b)时测量误差小于2.2℃；熔敷层2采用半球形(图1c)时测量误差小于4.7℃。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，锅炉受热面(1)包括水冷壁、过热器、蒸发器、省煤器、再热器中的一种或多种，其特征在于，所述方法包括：

将热电偶(3)贴壁式放置在待测锅炉受热面(1)的金属壁面上，所述热电偶(3)设置在所述锅炉受热面(1)的向火侧或迎风面；且将所述热电偶的末端贴着所述锅炉受热面(1)金属壁面待测点；

将熔敷金属熔化后敷设在所述热电偶(3)表面形成熔敷层(2)，使所述热电偶与所述锅炉受热面壁面固定在一起并传热；

所述锅炉受热面(1)结构为包括若干个受热管的膜式水冷壁或受热管束时，所述熔敷金属的熔敷层(2)厚度以所述热电偶(3)为中心轴沿受热管轴向均匀分布，且熔敷金属在所述热电偶表面形成至少1mm厚度的包覆层；

所述锅炉受热面(1)结构为屏式受热面时，以所述热电偶(3)为中心沿热电偶轴线在所述锅炉受热面金属壁面均匀敷设，且其厚度沿热电偶轴线均匀分布，且熔敷金属在所述热电偶(3)表面形成至少1mm厚度的包覆层；

将所述热电偶的引线端延伸出所述锅炉受热面(1)外部，并与记录装置连接读取和/或记录所述热电偶(3)的示数，获得所述锅炉受热面待测点的温度。

2.根据权利要求1所述的一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，其特征在于，所述热电偶(3)设置在所述锅炉受热面(1)的迎风面时，设置在迎风面正中心的金属壁面上。

3.根据权利要求1所述的一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，其特征在于，所述锅炉受热面(1)结构为包括若干个受热管的膜式水冷壁或受热管束时，所述热电偶(3)布置在所述锅炉受热面(1)的任一个受热管的金属壁面上，且所述热电偶(3)轴线与受热管中心轴线呈平行设置。

4.根据权利要求3所述的一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，其特征在于，所述熔敷金属的熔敷层(2)的横截面呈环绕着受热管的圆环形或半圆环形或月牙形，或在所述锅炉受热面(1)金属壁面上呈包裹着热电偶(3)的半球形。

5.根据权利要求1所述的一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，其特征在于，所述锅炉受热面(1)结构为屏式受热面时，所述热电偶(3)布置在所述锅炉受热面(1)的待测点金属壁面上。

6.根据权利要求5所述的一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，其特征在于，所述熔敷金属的熔敷层(2)的横截面在所述锅炉受热面(1)金属壁面上呈包裹着热电偶(3)的半球形，且熔敷金属在所述热电偶表面形成至少1mm厚度的包覆层。

7.根据权利要求1所述的一种测量锅炉受热面金属壁温的方法，其特征在于，所述熔敷金属选用材料的导热系数不低于21W/m·K。

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