CN114112468B - 一种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，包括燃烧***、测试段和尾气处理***；所述燃烧***，包括燃料风输送段、助燃风输送段、热风炉冷却风输送段、燃烧器和热风炉；所述测试段，包括温度检测器、硅碳棒、过热器管束、测试腔体和过热器冷却风输送段；所述尾气处理***，包括喷淋腔、喷淋装置和烟囱。本发明的有益效果是：本试验***通过助燃风机和热风炉冷却风机以及相关阀门和流量计，调节和控制测试段来流烟气的流量和温度，使来流烟气的流量和温度在每个测试工况内保持相对稳定，提高了***的稳定可靠性，并且***加工成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及模拟试验***，具体涉及一种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***。
背景技术
近年来，我国电厂燃煤机组向大容量、高参数方向发展，600MW及以上的超临界、超超临界机组逐渐成为燃煤机组的主导方向，自2019年12月底，我国已投产1000MW超超临界机组就达130多台，全球第一。随着蒸汽参数的提高，带来了一系列问题，其中锅炉高温受热面超温爆管问题十分突出。产生超温爆管的原因可分为两方面，其一是由于烟气温度和流速沿烟道宽度、高度方向分布的不均匀性以及蒸汽沿各管间流量分配的不均匀性导致高温受热面产生局部热偏差并长期处于超温状态；其二是机组调峰需要频繁进行负荷调节，当变负荷运行时，可能出现给水控制***、燃料控制***等调节配合不协调的情况，进而出现燃烧波动、水动力不稳等原因引起的受热不均，也会导致锅炉受热面超温。因此，若能对管壁温进行准确测量，并对其进行监控，可有效预防超温爆管。
然而，由于过热器工作环境特殊，管径较小，且是高压承压部件，给实际测量带来很大困难。在实际锅炉内，为确保热电偶长期稳定运行，需在冷却状态下与过热器管壁焊接，热电偶测点与过热器管壁间存有间隙，形成接触热阻，所测温度并不能反映实际管壁温度，测量精度难以保证。此外，在实际锅炉内布置测温点，将浪费巨大的人力和财力。因此有必要建立小型试验台架进行精准测量。
而现有关于锅炉过热器管壁温模拟测量试验台往往未能反映实际锅炉工况，其测量结果不具备可信度；同时，温度测点基本采用集热块形式布置在过热器外管壁上，由于接触热阻的存在，其并不能反映实际管壁温度。目前关于炉内管壁温测量存在的主要问题包括：1)未见有效方法修正管壁测量温度；2)测量精度较差；3)温度传感器的安装稳定性问题；4)测量装置的使用寿命问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，能实现过热器管壁温的方便、准确测量，为实际测量提供依据。
这种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，包括燃烧***、测试段和尾气处理***；
所述燃烧***，包括燃料风输送段、助燃风输送段、热风炉冷却风输送段、燃烧器和热风炉；燃料风输送段的燃气管通过螺纹与燃烧器连接；助燃风输送段的助燃风管通过法兰与燃烧器连接；燃烧器连接至热风炉；热风炉冷却风输送段的热风炉冷却风管通过法兰与热风炉相连；热风炉连接至测试腔体；
所述测试段，包括温度检测器、硅碳棒、过热器管束、测试腔体和过热器冷却风输送段；测试段通过法兰与上游的热风炉及下游的喷淋腔相连；测试腔体上设有温度检测器、硅碳棒和过热器管束，过热器冷却风输送段的过热器冷却风管与过热器管束连接；
所述尾气处理***，包括喷淋腔、喷淋装置和烟囱；喷淋腔配备有喷淋装置，喷淋腔烟气出口连接至烟囱。
作为优选：热风炉、测试腔体和喷淋腔外部均设有保温层。
作为优选：热风炉具有内外两层。
作为优选：燃料风输送段包括燃气瓶、减压阀和燃气流量计，燃气瓶依次通过减压阀和燃气流量计连接至燃烧器；助燃风输送段包括助燃风机、第一阀门和第一空气流量计，助燃风机依次通过第一阀门和第一空气流量计连接至燃烧器；热风炉冷却风输送段包括热风炉冷却风机、第二阀门和第二空气流量计，热风炉冷却风机依次通过第二阀门和第二空气流量计连接至热风炉。
作为优选：过热器冷却风输送段包括过热器冷却风机、第三阀门和第三空气流量计，过热器冷却风机依次通过第三阀门和第三空气流量计连接至过热器管束。
作为优选：热风炉设有关火孔。
作为优选：测试腔体为圆柱形结构。
作为优选：过热器管束上下采用集箱焊接；过热器冷却风输送段的过热器冷却风机的过热器冷却风管与过热器管束的下集箱通过法兰连接。
作为优选：喷淋腔为突扩腔，其上部安装有雾化喷嘴，下部设有出水孔；雾化喷嘴连接喷淋装置。
这种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***的试验方法，包括以下步骤：
S1、通过调节助燃风机、热风炉冷却风机以及相关阀门和流量计，从而调节测试段来流烟气的流量和温度；
S2、热风炉产生的高温烟气进入测试腔体冲刷过热器管束，模拟实际锅炉内过热器对流换热情况；硅碳棒模拟过热器辐射换热情况；过热器管束内通入特定流量的常温空气用于模拟实际高温高压过热蒸汽；
S3、流经测试腔体的高温烟气与过热器管束内空气汇聚至喷淋腔内冷却，最后通过烟囱排放。
本发明的有益效果是：
1、本试验***通过助燃风机和热风炉冷却风机以及相关阀门和流量计，调节和控制测试段来流烟气的流量和温度，使来流烟气的流量和温度在每个测试工况内保持相对稳定，提高了***的稳定可靠性，并且***加工成本较低。
2、本试验***设置了热风炉和硅碳棒，可真实模拟实际锅炉运行工况(包含对流和辐射)，确保了测量结果的可靠性。
3、本试验***的来流烟气流量和温度通过燃气流量、助燃风机、热风炉冷却风机、阀门、流量计等调节，过热器冷却风流量通过过热器冷却风机、阀门、流量计等调节，运行参数灵活可调，可在不同工况下进行试验测量，确保了测量数据充分完备。
4、本试验***的测试段通过法兰与热风炉及喷淋腔相连，可方便拆卸更换，便于对不同类型过热器壁温进行测量。
5、本试验***可通过调节过热器内冷却空气流速实现与实际过热蒸汽相同的换热效果，可避免采用高温高压过热蒸汽，便于进行试验。
附图说明
图1为用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***示意图；
图2为热风炉和测试段示意图；
图3为图2的侧视图；
图4为图2的剖视图；
图5为图2的俯视图(图中未给出热风炉本体的保温层)。
附图标记说明：1、燃气瓶；2、减压阀；3、燃气流量计；4、助燃风机；5、第一阀门；6、第一空气流量计；7、燃烧器；8、热风炉；9、热风炉冷却风机；10、第二阀门；11、第二空气流量计；12、温度检测器；13、硅碳棒；14、过热器管束；15、测试腔；16、过热器冷却风机；17、第三阀门；18、第三空气流量计；19、喷淋腔；20、喷淋装置；21、烟囱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例一
本申请实施例一提供一种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，如图1所示，包括燃烧***、测试段、尾气处理***。本试验***可模拟实际锅炉内各种过热器的换热工况，能对过热器管壁温进行准确测量，为过热器管壁温测量的准确性提供保障，并探究过热器受热情况，从而分析热应力对爆管的影响，为过热器安全运行、提高锅炉的安全性和经济性提供参考依据。
产生特定温度和流速高温烟气的燃烧***，包括：燃气瓶1、减压阀2、助燃风机4、燃烧器7、热风炉8、热风炉冷却风机9以及相关阀门和流量计。燃气瓶1的燃气管通过螺纹与燃烧器7连接；助燃风机4的助燃风管通过法兰与燃烧器7连接；燃烧器7连接至热风炉8；热风炉冷却风机9的热风炉冷却风管通过法兰与热风炉8相连；热风炉8连接至测试腔体15；热风炉8设置两个关火孔，便于查看燃烧情况。
便于拆卸和替换的测试段，包括：温度检测器12、硅碳棒13、过热器管束14、测试腔体15和过热器冷却风输送段。测试段通过法兰与上游的热风炉8及下游的喷淋腔19相连，便于更换；测试腔体15为直径150mm，长500mm圆柱形结构；测试腔体15上设有温度检测器12，温度检测器12用于测量来流烟气温度；测试腔体15上设有硅碳棒13，硅碳棒13作为高温辐射热源用于模拟辐射工况；测试腔体15上设有过热器管束14，过热器管束14可包含1-5根管，上下采用集箱焊接；过热器冷却风机16的过热器冷却风管与过热器管束14的下集箱通过法兰连接，通过阀门17和流量计18可控制过热器管束14内冷却空气流速；经过换热的冷却空气通过不锈钢软管与喷淋腔法兰连接；测试腔体15通过法兰与热风炉8及喷淋腔19连接。
通过测试段的高温尾气需经过尾气处理***进行降温排放，包括：喷淋腔19、喷淋装置20、烟囱21。喷淋腔19为突扩腔，使来流烟气减速，其上部安装有两个雾化喷嘴对尾气进行喷雾冷却，下部设有出水孔，通过调节喷淋水流量使出口烟气温度低于40℃，经过降温的尾气通过烟囱21进行排放。
所述的热风炉8、测试腔体15、喷淋腔19均采用耐热钢制作且外部用保温棉隔热，其余部件采用普通碳素钢。
所述的燃料风输送段包括燃气瓶1、减压阀2、燃气流量计3，燃气瓶1依次通过减压阀2和燃气流量计3连接至燃烧器7；助燃风输送段包括助燃风机4、第一阀门5、第一空气流量计6，助燃风机4依次通过第一阀门5和第一空气流量计6连接至燃烧器7；热风炉冷却风输送段包括热风炉冷却风机9、第二阀门10、第二空气流量计11，热风炉冷却风机9依次通过第二阀门10和第二空气流量计11连接至热风炉8。燃料风输送段、助燃风输送段、热风炉冷却风输送段均配有阀门和流量计，可控制烟气温度和流量，使进入测试段的烟气温度为800-1000℃，速度为6-10m/s左右。
所述的热风炉8具有内外两层，热风炉冷却风机9将冷却风送入热风炉夹层，既能冷却热风炉壳体，又能调节出口烟气温度。
所述的热风炉8和硅碳棒13能形成多种对流、辐射试验工况，可模拟实际锅炉内不同类型的过热器(如屏式过热器、低温过热器、末级过热器等)。
所述的测试段采用法兰与热风炉8及喷淋腔19相连，方便拆卸，便于更换不同类型的过热器进行测量。
所述的过热器冷却风输送段包括过热器冷却风机16、第三阀门17、第三空气流量计18，过热器冷却风机16依次通过第三阀门17和第三空气流量计18连接至过热器管束14。通过调节流速使换热效果与实际情况接近，从而实现利用常温空气模拟过热器管内高温高压蒸汽。经过换热的空气通入喷淋腔19，可对高温烟气进行初步降温。
实施例二
本申请实施例二提供一种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***的试验方法，包括以下步骤：
S1、通过调节助燃风机4、热风炉冷却风机9以及相关阀门和流量计，从而调节测试段来流烟气的流量和温度；
S2、热风炉8产生的高温烟气进入测试腔体15冲刷过热器管束14，以此模拟实际锅炉内过热器对流换热情况；硅碳棒13用于模拟过热器辐射换热情况；过热器管束14内通入特定流速的常温空气用于模拟实际高温高压过热蒸汽；
S3、流经测试腔体15的高温烟气与过热器管束14内空气汇聚至喷淋腔19内冷却，最后通过烟囱21排放。
实施例三
目前已完成试验装置的设计制造(如图2-图5所示)与过热器管壁温的测量，具备对过热器壁管温度测量条件。其操作流程如下：
1)点火流程
点火前对燃气管路、燃气压力、阀门进行安全检查，确认符合安全流程；点火时，***点火棒启动点火，打开煤气阀门使煤气流量至40L/min并计时，观察火焰情况；当炉内出现火焰后及时抽出点火棒，调整一、二次风机(即助燃风机、热风炉冷却风机)保证氧气量充足。
2)试验装置性能测试
本试验装置中的助燃风机和热风炉冷却风机均可调节，其流量为40-80Nm3/h；点火测试中，本试验装置试验段最高温可达950℃；尾气喷淋冷却装置的流量为200kg/h，此时尾气温度可降至70℃；保证了尾气的安全性。
3)熄火流程
停炉时，应先切断液化石油气阀门，助燃风机继续运行至热风炉内温度降至50℃后，关闭风机，切断电源。
4)测试过程
点火并调节二次风，运行2小时后，通过监测热电偶，使热风炉温度稳定在800.0±10.0℃；打开过热器冷却风机，同时监测过热器管壁面温度，稳定1小时；当管内流速为5m/s，过热器管壁温度为573.2℃，当管内流速为10m/s时，过热器管壁温度为545.6℃。
本发明的过热器管壁温测量试验***克服了现有试验装置试验工况不可靠、测量精度不高等缺点，具有稳定、可靠、安全等优点，实现了过热器管壁温准确测量的目的。
Claims (10)
1.一种用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：包括燃烧***、测试段和尾气处理***；
所述燃烧***，包括燃料风输送段、助燃风输送段、热风炉冷却风输送段、燃烧器(7)和热风炉(8)；燃料风输送段的燃气管通过螺纹与燃烧器(7)连接；助燃风输送段的助燃风管通过法兰与燃烧器(7)连接；燃烧器(7)连接至热风炉(8)；热风炉冷却风输送段的热风炉冷却风管通过法兰与热风炉(8)相连；热风炉(8)连接至测试腔体(15)；燃料风输送段、助燃风输送段、热风炉冷却风输送段均配有阀门和流量计，可控制烟气温度和流量，使进入测试段的烟气温度为800-1000℃；
所述测试段，包括温度检测器(12)、硅碳棒(13)、过热器管束(14)、测试腔体(15)和过热器冷却风输送段；测试段通过法兰与上游的热风炉(8)及下游的喷淋腔(19)相连；测试腔体(15)上设有温度检测器(12)、硅碳棒(13)和过热器管束(14)，过热器冷却风输送段的过热器冷却风管与过热器管束(14)连接；
所述尾气处理***，包括喷淋腔(19)、喷淋装置(20)和烟囱(21)；喷淋腔(19)配备有喷淋装置(20)，喷淋腔(19)烟气出口连接至烟囱(21)。
2.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：热风炉(8)、测试腔体(15)和喷淋腔(19)外部均设有保温层。
3.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：热风炉(8)具有内外两层。
4.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：燃料风输送段包括燃气瓶(1)、减压阀(2)和燃气流量计(3)，燃气瓶(1)依次通过减压阀(2)和燃气流量计(3)连接至燃烧器(7)；助燃风输送段包括助燃风机(4)、第一阀门(5)和第一空气流量计(6)，助燃风机(4)依次通过第一阀门(5)和第一空气流量计(6)连接至燃烧器(7)；热风炉冷却风输送段包括热风炉冷却风机(9)、第二阀门(10)和第二空气流量计(11)，热风炉冷却风机(9)依次通过第二阀门(10)和第二空气流量计(11)连接至热风炉(8)。
5.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：过热器冷却风输送段包括过热器冷却风机(16)、第三阀门(17)和第三空气流量计(18)，过热器冷却风机(16)依次通过第三阀门(17)和第三空气流量计(18)连接至过热器管束(14)。
6.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：热风炉(8)设有关火孔。
7.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：测试腔体(15)为圆柱形结构。
8.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：过热器管束(14)上下采用集箱焊接；过热器冷却风输送段的过热器冷却风机(16)的过热器冷却风管与过热器管束(14)的下集箱通过法兰连接。
9.根据权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***，其特征在于：喷淋腔(19)为突扩腔，其上部安装有雾化喷嘴，下部设有出水孔；雾化喷嘴连接喷淋装置(20)。
10.一种如权利要求1所述的用于准确测量锅炉内过热器管壁温的模拟试验***的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过调节助燃风机(4)、热风炉冷却风机(9)以及相关阀门和流量计，从而调节测试段来流烟气的流量和温度；
S2、热风炉(8)产生的高温烟气进入测试腔体(15)冲刷过热器管束(14)，模拟实际锅炉内过热器对流换热情况；硅碳棒(13)模拟过热器辐射换热情况；过热器管束(14)内通入特定流量的常温空气用于模拟实际高温高压过热蒸汽；
S3、流经测试腔体(15)的高温烟气与过热器管束(14)内空气汇聚至喷淋腔(19)内冷却，最后通过烟囱(21)排放。
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