CN112629453A - 一种煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置、***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水冷壁积灰结渣厚度在线监测装置、***及方法，涉及超声波检测技术领域。该煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置安装于煤气化炉，包括：导波管以及超声波传感器；导波管的一端穿过煤气化炉的外壁，并与煤气化炉的水冷壁的内壁面贴合；导波管通过第一固定装置固定于外壁；导波管的另一端与超声波传感器贴合，超声波传感器由第二固定装置固定于导波管；超声波传感器与计算机建立信号连接。利用本发明能够较准确的实时监测水冷壁的灰污程度，为煤气化炉的吹灰提供指导可以避免在运行中严重的积灰结渣现象，保证煤气化炉的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及超声波检测技术领域，特别涉及一种水冷壁积灰结渣厚度在线监测装置、***及方法。
背景技术
水冷壁的积灰结渣是一个十分普遍的问题。水冷壁积灰结渣会产生许多危害，因为灰的导热系数小，会使得积灰的水冷壁面上的导热热阻增加，传热性能降低，引起排烟温度增加，使得煤气化炉效率降低。水冷壁上结渣和积灰，不但使炉膛吸热量减少，而且会导致炉膛出口烟温升高，引起高温过热器和再热器管壁温度升高，严重时造成其结渣，影响其工作安全。此外，当水冷壁因结渣和积灰而使各并列管吸热严重不均时，还会造成超温，影响煤气化炉的安全运行。因此，水冷壁灰渣厚度在线监测的手段是十分必要的，能够极大的减少经济损失，保证煤气化炉的安全运行。
为了解决这一问题，国内外进行了大量的研究。目前国外的水冷壁在线监测方法主要有三种：1.炉膛出口烟温诊断。炉膛中的污染会影响传热，导致出口烟温发生变化，通过烟温变化间接判断炉膛中的污染程度。2.采用热流计作为传感器。通过安装在水冷壁上的热流计，根据积灰导致的热流变化来诊断。3.通过照相和图像处理技术直接观察。
加拿大滑铁卢大学开发了专门针对锅炉炉膛的在线监测***。该***主要通过两类热流计：有压缩空气吹扫的清洁热流计和与水冷壁处于相同污染状态的灰污热流计的信号比较来判断水冷壁的污染程度。在美国,纽约燃气公司和通用物理公司联合对锅炉受热面污染的在线监测进行了研究，并成功开发了Sootblow Advisor专家***，此***的核心也是计算锅炉不同部位的清洁因子，清洁因子由锅炉和汽轮机循环中的关键参数测量值确定。目前国内的研究方法通常是运用热平衡法对尾部烟道进行计算。因为对流受热面处烟气温度较炉内温度低，用热电偶测温即可。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术不足，提出一种基于超声无损检测技术的煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置、***及方法。
本发明的一个技术方案是：煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置，它安装于煤气化炉，监测装置包括：导波管以及超声波传感器。
导波管的一端穿过煤气化炉的外壁，并与煤气化炉的水冷壁的内壁面贴合；导波管通过第一固定装置固定于外壁；导波管的另一端与超声波传感器贴合，超声波传感器由第二固定装置固定于导波管。
超声波传感器与计算机建立信号连接。
本装置的工作原理为：
超声波传感器发出超声信号，通过在导波管中一系列的反射传播传到灰渣中，然后声波在灰渣与空气的界面发生反射，超声波传感器接收到回波信号，并将该信号传给计算机，计算机分析该信号来判断水冷壁积灰结渣的厚度，从而实现水冷壁积灰结渣的实时监测。
在上述方案的基础上，具体的，第二固定装置为弹簧夹具，超声波传感器通过弹簧夹具夹紧于导波管的一端。
或者，第二固定装置包括：安装于导波管一端的底盖以及紧固件；超声波传感器通过紧固件固定于底盖。
在上述方案的基础上，进一步的，考虑到在线监测的需要，采用耦合剂的话需要不断补充，因此，导波管与超声波传感器之间采用干耦合方式。
在上述方案的基础上，具体的，导波管采用不锈钢材料。不锈钢耐高温800℃，能够在高温环境下使用，同时具有耐腐蚀性强，韧性高，声衰减较小的特点。导波管的形状可根据导波管的实际长度来确定，可以是圆柱形、单锥形、双锥形或其他形状。因为不同形状，不同长度的杆产生的噪声信号不同。
本发明的另一个技术方案是：煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测***，它使用如上所述的监测装置，监测装置在水冷壁上分为等间距的三层布置，每层中周向的设置四个监测装置；所有监测装置均与计算机建立信号连接，组成监测***。
水冷壁积灰结渣情况随高度的不同而不同，相同高度由于各种因素可能也会有所不同。 12个监测装置都与计算机通过数据线连接，能够实现对整个煤气化炉灰渣厚度的在线监测。
本发明的第三个技术方案是：煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测方法，它使用如上所述的监测***，通过实验建立温度与导波管、灰渣声速的变化关系，得出每层监测装置所处温度环境下的声速；利用公式得到灰渣的厚度：
其中：d为灰渣的厚度；t为超声波传感器接收到灰渣底部反射信号的时间；h为导波管的长度；c1为导波管中的声速；c2为灰渣中的声速。
在煤气化炉积灰前，超声波传感器发射超声波，超声波到达导波管与空气交界面时发生全反射，超声波传感器接收到回波信号。此时，接收到回波时的时间为导波管长度与导波管中声速的比值。在煤气化炉积灰后，超声波一部分在导波管与灰渣界面发生反射，另一部分穿过灰渣，在灰渣与空气交界面发生反射，之后超声波传感器接收到回波信号，利用计算机从回波信号中得到超声波在导波杆-灰渣这一传播过程中的时间，再通过上述计算公式即可得到灰渣的厚度。
有益效果：
利用本发明能够较准确的实时监测水冷壁的灰污程度，为煤气化炉的吹灰提供指导可以避免在运行中严重的积灰结渣现象，保证煤气化炉的安全运行。监测装置成本低，只要一次安装就能长期监测，结构简单便于安装，可大范围使用。
附图说明
图1为本发明中监测装置的示意图；
图2为本发明中监测***布置在未积灰的煤气化炉上的示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明中监测***布置在积灰后的煤气化炉上的示意图；
其中：1-监测装置、11-导波管、12-超声波传感器、13-第一固定装置、14-第二固定装置、 2-外壁、3-水冷壁、4-计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：
参见附图1，煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置，安装于煤气化炉，监测装置1 包括：导波管11以及超声波传感器12。
导波管11的一端穿过煤气化炉的外壁2，并与煤气化炉的水冷壁3的内壁面贴合；导波管11通过第一固定装置13固定于外壁2；第一固定装置13保证导波管11的一端端面与水冷壁3内壁面平齐，防止导波管11移动。本例中，导波管11采用不锈钢材料。不锈钢耐高温800℃，能够在高温环境下使用，同时具有耐腐蚀性强，韧性高，声衰减较小的特点。导波管11的形状可根据导波管11的实际长度来确定，可以是圆柱形、单锥形、双锥形或其他形状。因为不同形状，不同长度的杆产生的噪声信号不同。
导波管11的另一端与超声波传感器12贴合，超声波传感器12由第二固定装置14固定于导波管11。第二固定装置14可以为弹簧夹具，超声波传感器12通过弹簧夹具夹紧于导波管11的一端。或者，第二固定装置14包括：安装于导波管11一端的底盖以及紧固件；超声波传感器12通过紧固件固定于底盖。
本例中，考虑到在线监测的需要，采用耦合剂的话需要不断补充，因此，导波管11与超声波传感器12之间采用干耦合方式。
超声波传感器12与计算机4建立信号连接，由计算机4计算得到水冷壁上灰渣厚度。
本装置的工作原理为：
超声波传感器12发出超声信号，通过在导波管11中一系列的反射传播传到灰渣中，然后声波在灰渣与空气的界面发生反射，超声波传感器12接收到回波信号，并将该信号传给计算机4，计算机4分析该信号来判断水冷壁积灰结渣的厚度，从而实现水冷壁积灰结渣的实时监测。
实施例2：
参见附图2、3、4，煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测***，它使用如实施例1所述的监测装置1，监测装置1在水冷壁3上分为等间距的3层布置，每层中周向的设置4个监测装置1；所有监测装置1均与计算机4建立信号连接，组成监测***。
水冷壁3积灰结渣情况随高度的不同而不同，相同高度由于各种因素可能也会有所不同。 12个监测装置1都与计算机4通过数据线连接，能够实现对整个煤气化炉灰渣厚度的在线监测。
实施例3：
煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测方法，它使用如实施例2所述的监测***，由于监测***在整个煤气化炉中从上到下分为3层布置，每层导波管11所处的温度不同，因此要得到厚度值就要先得到不同温度下的声速。通过实验建立温度与导波管11、灰渣声速的变化关系，得出每层监测装置1所处温度环境下的声速；利用公式得到灰渣的厚度：
其中：d为灰渣的厚度；t为超声波传感器12接收到灰渣底部反射信号的时间；h为导波管11的长度；c1为导波管11中的声速；c2为灰渣中的声速。
在煤气化炉积灰前，超声波传感器12发射超声波，超声波到达导波管11与空气交界面时发生全反射，超声波传感器12接收到回波信号。此时，接收到回波时的时间为导波管11 长度与导波管11中声速的比值。在煤气化炉积灰后，超声波一部分在导波管11与灰渣界面发生反射，另一部分穿过灰渣，在灰渣与空气交界面发生反射，之后超声波传感器12接收到回波信号，利用计算机4从回波信号中得到超声波在导波杆-灰渣这一传播过程中的时间，再通过上述计算公式即可得到灰渣的厚度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置，安装于煤气化炉，其特征在于，该监测装置包括：导波管(11)以及超声波传感器(12)；
所述导波管(11)的一端穿过煤气化炉的外壁(2)，并与所述煤气化炉的水冷壁(3)的内壁面贴合；所述导波管(11)通过第一固定装置(13)固定于所述外壁(2)；所述导波管(11)的另一端与所述超声波传感器(12)贴合，所述超声波传感器(12)由第二固定装置(14)固定于所述导波管(11)；
所述超声波传感器(12)与计算机(4)建立信号连接。
2.如权利要求1所述的煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置，其特征在于，所述第二固定装置(14)为弹簧夹具，所述超声波传感器(12)通过所述弹簧夹具夹紧于所述导波管(11)的一端。
3.如权利要求1所述的煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置，其特征在于，所述第二固定装置(14)包括：安装于所述导波管(11)一端的底盖以及紧固件；所述超声波传感器(12)通过所述紧固件固定于所述底盖。
4.如权利要求1-3任一项所述的煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置，其特征在于，所述导波管(11)与所述超声波传感器(12)之间采用干耦合方式。
5.如权利要求1-3任一项所述的煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测装置，其特征在于，所述导波管(11)采用不锈钢材料。
6.煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测***，使用如权利要求1-5任一项所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置(1)在所述水冷壁(3)上分为等间距的三层布置，每层中周向的设置四个所述监测装置(1)；所有所述监测装置(1)均与所述计算机(4)建立信号连接，组成所述监测***。
7.煤气化炉水冷壁积灰结渣超声波监测方法，使用如权利要求6所述的监测***，其特征在于，通过实验建立温度与所述导波管(11)、灰渣声速的变化关系，得出每层所述监测装置(1)所处温度环境下的声速；利用公式得到灰渣的厚度：
其中：d为灰渣的厚度；t为所述超声波传感器(12)接收到灰渣底部反射信号的时间；h为所述导波管(11)的长度；c1为所述导波管(11)中的声速；c2为灰渣中的声速。
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