利用吹灰器测量动力锅炉炉膛中的条件的方法 |
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| 申请号 | CN200980116657.1 | 申请日 | 2009-05-13 | 公开(公告)号 | CN102016476B | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 煤烟技术股份公司; | 发明人 | 埃里克·达伦; 迈克尔·尼克拉森; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于测量动 力 锅炉 内的条件的方法，其中，使用吹灰器作为测量 探头 。本发明还涉及一种用于测量动力锅炉内的条件的系统，该系统包括：控制装置、至少一个 传感器 和放置在所述 炉膛 内的测量探头，其中所述探头放置在吹灰器上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种使用吹灰器(1)测量动力锅炉内的条件的方法，其中，吹灰器(1)包括喷枪管(11)和框架(10)，并且喷枪管(11)能够插入动力锅炉的炉膛中和从动力锅炉的炉膛缩回，其特征在于，该方法包括：使用吹灰器(1)的喷枪管(11)作为测量探头，来测量所述动力锅炉的炉膛内的至少一种条件，其中，测量由一传感器来执行，该传感器沿着框架(10)放置，用于当喷枪管(11)从炉膛缩回时，沿着喷枪管(11)进行测量。 |
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| 说明书全文 | 利用吹灰器测量动力锅炉炉膛中的条件的方法技术领域[0001] 本发明涉及测量动力锅炉炉膛内的条件的方法。 背景技术[0002] 在纸浆工业中，使用回收炉作为化学反应器和用于生产内部使用的用于产生电力和供销售的蒸汽。当回收炉作为化学反应器工作时，燃烧条件与普通锅炉的燃烧条件不同，在普通锅炉中，炉的加热表面极快地被燃烧沉积物(即遗留下的东西(carryover)/炉渣、灰尘和/或煤烟灰)覆盖。这些东西减小炉中的传热，从而降低回收炉的效率。除了煤烟灰以外，烟气包含凝聚在回收炉的加热表面上的无机化学物质。 [0003] 在动力锅炉中，热和化学效率通常取决于燃料、燃烧的气体和炉中空气的混合物。在较大的炉中，燃烧的位置变化取决于锅炉位置。例如，燃烧特性在炉壁和炉中间之间可以变化很大。增加对在不同炉区域中的气体含量和烟气温度的了解可以在更大程度上控制燃烧条件，以便得到在炉中的总的高的燃烧效率，这样可改善热表面的利用和减少炉的排出物。 [0004] 锅炉炉膛需要利用称为吹灰器的特殊的清洁装置经常清洁加热表面。一般，吹灰系统包括大约10-80个吹灰器。吹灰器利用高压蒸汽清洁加热表面。一般，炉产生的蒸汽的大约2-10％用于清洁该炉。如果炉中依次的清洁之间的时间太长，则灰尘状的颗粒变得更硬和/或烧结，而且沉积物更难清除。这样，通过减少炉中遗留的东西也可减少对吹灰的需要和/或提高生产效率。 [0005] 为了控制炉内的化学过程和燃烧过程和保持吹灰为最小，同时足够清洁使炉可有效地工作，需要连续的且可靠的测量该过程。然而，由于炉中的极端的温度和化学条件与炉内的任何传感器本身必需清除烟灰或从该过程产生的烧结的灰尘，因此很难达到所希望的结果。 [0006] US2006005786(Habib等人)公布了在炉内使用的吹灰器。为了控制该吹灰器的工作，使用测量在与所述的吹灰器连接的燃烧室内的物质的性质的传感器。然而，该技术没有说明测量炉本身内的条件的方法或装置，因此不能可靠地解决监视或控制所述炉的工作的问题。 [0007] 日本文件JP63163124表示通过提供在炉的炉壁上的辐射温度计测量回收炉内的辐射能。在JP234185中表示测量的另一种方法，这时将光导纤维插入炉中，将从该过程产生的光引导至分光仪进行光谱分析，另外，欧洲专利EP0947625A1表示利用频谱仪来形成连续的电磁谱测量以测量回收炉内的条件的方法。 [0008] WO2004004005834(Schwade等人)提出了另一种方法，在这种方法中，利用许多传感器和摄像机去测量和监视炉内的条件。然而，该传感器放置在炉本身内，因而它们受到上述极端条件的作用。这严格地限制可以使用的传感器形式以及可从它们恢复的数据，并且不能对炉内的过程进行详细的监视和控制。 [0009] 因此，所有这些方法都精度低，这是由传感器放在回收炉的高度化学的环境中造成的。安装在插入至炉中的装有电机的喷枪上的传感器需要泠却，以便保持其工作能力。另外，由于需要搬运长度约为4-8m的大探头的机械，其成本昂贵。 [0010] 在炉内，大量的不透明的烟气阻碍观察，使得除了测量靠近炉壁的烟气带外不可能使用普通的测量工具来测量任何东西。这样，得不到在炉中间的条件的详细信息。为了控制炉的工作和在需要时开始清洁过程，必需在该过程期间连续地进行测量。因此，需要精度更高的测量。 发明内容[0011] 本发明的目的是要解决上述问题。根据本发明的一个方面，这可利用权利要求1所述的利用吹灰器本身作为测量探头的装置达到。这样，被吹灰器保护或甚至放在吹灰器本身内的传感器可放在炉外面，仍可测量炉内的条件。 [0012] 根据本发明的一个方面，当不利用吹灰器清洁回收炉时，可进行测量。因此，当在炉内使用吹灰器和蒸汽被切断时，可利用吹灰器作为探头并进行炉内测试，或当吹灰器从炉内缩回时，测量吹灰器的状态。 [0013] 根据本发明的另一个方面，在与吹灰器的喷枪管用于清洁回收炉的同时进行测量。因此，可达到吹灰器的最大效率，因为对于测量过程，不需要吹灰器的喷枪的分开操作。 [0014] 根据本发明的另一个方面，测量的条件可以为温度、遗留下的东西、煤烟灰/灰尘的积聚、煤烟灰/灰尘的形状和结构、煤烟灰/灰尘的颜色、可视图像、在热表面或喷枪管上的斑点数、表面粗糙度、灰尘pH，和/或灰尘的厚度或硬度。所有这些因素表示过程的状态和效率，并且当希望控制炉内的过程时，精确的测量特别需要。 [0015] 根据本发明的另一个方面，测量的条件可为正好在炉壁外面的吹灰器喷枪的温度。因此，可利用喷枪上的温度增加计算炉内的烟气温度。当需要对回收炉工艺进行控制时，是特别有利的。 [0016] 根据本发明的又一个方面，可利用测量探头内的蒸汽管作为电波导管，以便于传感器和收器之间的通讯，这时，所述传感器和接收器中的至少一个至少是暂时地位于炉内。因此，在炉内测量的过程中，信息可从放置在测量探头前端的传感器传递至位于炉外的接收器。 [0017] 根据本发明的又一个方面，放置在测量探头中的传感器可以存储用于接下去的读取的信息。因此，可以存储在炉内进行的测量，直至测量探头和传感器从内部高度化学的环境缩回为止，并且可在更易管理的环境中读取或传送数据。 [0019] 根据本发明的再一个方面，传感器可利用装在炉外的装置，例如通过无线电波驱动。这样，可以容易和方便地驱动传感器。 [0020] 根据本发明的再一个方面，可利用吹灰器在炉内采取烟气的抽样。因此，当不利用吹灰器清洁炉时，吹灰器可沿着其在炉内的运动路径，在希望的位置采取抽样，并且当测量探头进入或从炉出来时，不需吹蒸汽将气体传送至希望的容器进行分析或利用气体分析器连续地进行测量，这样得到炉内的气体成分的信息。这也可给出当希望控制在回收炉内的过程时有利的信息。 [0021] 根据本发明的再一个方面，可利用吹灰器进行确定热表面上的吸热的测量。根据锅炉条件的这个和其他测量，可计算热表面上的煤烟灰厚度，以及炉内部的烟气温度和烟气带的形成，从而可估计对吹灰的需要。 [0022] 根据本发明的一个方面，通过本发明得到的信息可用于自动控制吹灰系统。因此，可利用吹灰达到最高的效率，同时节约蒸汽和能量。 [0023] 根据本发明的又一个方面，由测量给出的信息可用于自动控制炉内的燃料温度、燃料压力、燃烧器设定、燃烧条件或化学状态。因此，可以单独控制这些各种条件和互相调节以达到炉内的最有利条件。 [0024] 根据本发明的另一个方面，由于本发明得到的信息用于自动控制炉中的过程的各种性质，例如炉的开口之间的空气分配、控制阻尼器或燃烧器、燃烧空气的流动、压力和分配、液体枪角度、液体/燃料温度、燃料压力。因此，利用由本发明产生的信息可以控制回收过程和达到较高的效率。 [0026] 现在参考优选实施例和附图更详细地说明本发明，其中： [0027] 图1为根据本发明的吹灰器的示意图，该吹灰器的喷枪管在末端位置，并且吹灰器刚开始插入回收炉中， [0028] 图2为吹灰器的优选实施例的示意图，喷枪管在末端位置，并且吹灰器刚开始插入回收炉中， [0029] 图3为插入的喷枪管在其另一末端位置的图2的吹灰器的示意图，[0030] 图4为根据本发明的吹灰器的喷枪管的表面的图像的2D图，它表示显示遗留下的东西的斑点， [0031] 图4a为图4的截面的放大图，它详细表示所述的斑点，和 [0032] 图5为装有从炉中采取和分析烟气抽样的吸入装置的吹灰器的示意图。 具体实施方式[0033] 图1表示吹灰器装置1的示意图，喷枪管11缩回至末端位置并且吹灰器装置刚开始插入回收炉中，回收炉的外壁用9表示。该吹灰器装置1包括框架10，由该框架10支承的可动滑架14，和经由驱动轴21使滑架(以未示出的方式)运动的电机2。该喷枪管11安装在滑架14上，可以插入回收炉中和从回收炉缩回，并具有至少一个、优选两个喷射蒸汽的喷嘴12。该喷枪管11包围内部蒸汽送入管13，外部蒸汽送入管(如箭头15所示)与该管13连接，用于送入吹灰蒸汽，使它通过所述至少一个喷枪管喷嘴12射入回收炉中。传感器16安装在框架10上，用于获取在最接近所述传感器16的喷枪管11的一部分表面上的测量，传感器也可放置在喷枪管11的表面上或喷枪管11的内部。当吹灰器1的喷枪管11插入炉中或从炉缩回时，这些传感器可获取在喷枪管11的表面上的许多测量以及炉内的条件，包括炉中的温度、遗留下的东西、煤烟灰/灰尘的积聚、煤烟灰的形状和结构、煤烟灰/灰尘的颜色，以及灰尘的各种性质。还可利用喷枪管11获取烟气的抽样进行分析。 [0034] 为了得到某些测量的精确结果，例如遗留下来的东西、温度或煤烟灰/灰尘的积聚，或为了取得烟气的抽样，不能同时使用吹灰器1的喷枪管11吹蒸汽，因为蒸汽会作为沿着喷枪管11的冷却剂并防止取得气体抽样。由于炉装有多个可同时或在内部串联工作的吹灰器，因此正常情况下，为了进行需要的测量不用蒸汽操作吹灰器不是问题。然而，如果为了减少需要的蒸汽量，因而也是减小驱动吹灰系统需要的能量，吹灰器只是部分地使用蒸汽，例如只在插入阶段过程中使用蒸汽，而可利用缩回阶段进行测量，并且不需要单独操作吹灰器可以得到希望的数据。在下面所述的优选实施例中就是这样。 [0035] 图2表示吹灰器装置1的优选实施例的示意图，喷枪管11缩回至末端位置，并且吹灰器装置1刚开始插入回收炉中，回收炉的外壁用9表示。该吹灰器装置1包括框架10，由该框架10支承的可动滑架14，以及经由驱动轴21使滑架(以未示出的方式)运动的电机2。该喷枪管11安装在滑架14上，可以插入回收炉中和从回收炉缩回，并具有至少一个、优选两个喷射蒸汽的喷嘴12。该喷枪管11包围内部蒸汽送入管13，在这个实施例中，外部蒸汽送入管45，35，15与该管13连接，用于送入吹灰蒸汽，使它通过所述至少一个喷枪管喷嘴12射入回收炉中。沿着该外部蒸汽送入管，有一手动阀5，该手动阀正常情况下放在其打开位置，但在一些情况下，例如在维修时可以关闭。在该手动阀5的出口有一个通向方向控制阀4的蒸汽管路45。在该方向控制阀4的出口有通向开/关阀3的蒸汽管路35，开/关阀3的出口有与该内部蒸汽送入管13连接的蒸汽管路15。 [0036] 因此，当带有喷枪管11的滑架14处于驱动状态下，即分别移动进入回收炉和从回收炉出来时，该开/关阀3(例如提升阀，但也可为任何其他种类的阀，例如控制阀)可使蒸汽通过所述至少一个喷嘴12进入，其中第一个阀3属于在根据本发明重建前装在回收炉中的吹灰装置。该喷枪管11一般在插入和缩回过程中转动，并可以由电机2或单独的驱动装置可转动地驱动。另外，一个方向的速度可比另一个方向的高，例如缩回速度可比插入速度高。相位方向传感器22与电机2连接，该传感器22检测相位方向，即电机2的转动方向，因而可用于检测喷枪管11的运动方向。例如包括PLC61和/或中心服务器60的控制系统部件6可用于根据从所用的传感器检测的传感器信号控制吹灰。 [0037] 在图2和3中，表示第二个阀4为方向控制阀的实施例，当插入喷枪管11时，该阀打开，但当喷枪阀11缩回时，该阀关闭。另外，设有节流旁通管41，使通过该方向控制阀4的蒸汽的流量减小，以便在喷枪管11缩回的过程中冷却喷枪管11。(另一种方案是，该节流旁通管可为设置在该方向控制阀4内部的管)。可以利用在该方向控制阀4上游的开/关阀3防止通过旁通管理部41的蒸汽泄漏，和当喷枪管11完全缩回和不工作时补偿蒸汽的损失。标号6表示用于开闭该方向控制阀4的PLC(可编程逻辑控制器)。在炉外的框架10中放置用于沿着喷枪管11进行测量的传感器16。 [0038] 如图2和3示意性所示，根据本发明的装置如下这样工作。通过将信号分别提供给每一个电机2的开关机构(未示出)和开/关阀3，中心控制装置60开始起动电机2并打开开/关阀3。在与电机2开始使喷枪管11运动进入回收炉的同时，检测电机2的相位方向的检测装置22将喷枪管运动进入回收炉的信号给与PLC6，结果，PLC6开始打开方向控制阀4。手动阀5(正常情况下如此)设定在打开位置。因此，蒸汽送入内部蒸汽管13，从而通过喷嘴12供给全压力的蒸汽。在喷枪管11从图2所示的内部位置向图3所示的全部伸出位置行进的所有过程中，将供给蒸汽，对回收炉的热交换表面进行有效的吹灰。现在，中心控制装置60接收喷枪管11达到其转折位置的某种传感器信号(基于各种传感装置和/或测量装置的信号)，结果，电机2的控制机构改变动力供给的相位方向，从而喷枪管11开始缩回。在与电机2的相位方向改变的同时，相位方向检测装置22将信号给PLC(和/或中心控制装置60)，开始关闭方向控制阀4。因此，阀4切断对喷枪管11的蒸汽供给，使进行缩回时不吹灰。为了在缩回过程中冷却喷枪管，利用旁通管41使方向控制阀4旁通，可在缩回过程中供给少量蒸汽。当喷枪管11再进入最内位置时，它给中心控制装置60和开/关阀3发信号，关闭开/关3和停止电机2。 [0039] 根据本发明的优选实施例，传感器16沿着框架10放置，用于当喷枪管11从炉缩回时，沿着喷枪管11进行测量。在可由传感器收集的信息中，可以利用温度和喷枪管11的温度增加来计算炉内的温度；遗留的东西，沉积物(即沉积在喷枪管11上的煤烟灰或化学物质)的增加，以及煤烟灰与沉积物的状态。当切断蒸汽时，喷枪管11完全受炉内气候的影响，这导致喷枪管表面的温度升高。当进入炉中时，沿着喷枪管11也会沉积煤烟灰或炉碴。当喷枪管11缩回时，通过测量可估计炉中的煤烟灰或炉碴量，以及煤烟灰的增加速度和温度。测量沿着喷枪管11的全长进行，因此可形成表示在喷枪管11的每一部分上收集的数据的广泛的图像。利用这样收集的数据可以确定喷枪管11通过的动力锅炉内的空间的每一部分的温度，因此可整个地形成区域的趋势。通过计算沿着喷枪管11的黑或红色的斑点量可以估计遗留的东西，以及通过沉积物结构的图像处理可确定煤烟灰的状态，如液体，固体或气体。由于传感器放置在炉本身外，因此它不受极端温度或所包括的化学物质的影响，可以使用灵敏的传感器和得到好的结果。 [0040] 传感器17也可直接放置在喷枪管11的表面上，这样，在喷枪管11进入炉申后，可以连续地记录炉内条件的数据。在这个优选实施例中，传感器17可由位于管13中的接收器18驱动，并在喷枪管11在炉内运动的过程中连续地传送从测量得到的数据。管13的作用如同电波导，将信号引向接收器18。另外，在炉内运动的过程中，传感器17可存储信息，并在喷枪管11完全从炉中缩回后，传送信息至接收器18。 [0041] 在去除吹灰蒸汽后，喷枪管11的加热由喷枪管11本身的材料、炉的负载、烟气的流动、烟气的温度以及所用的冷却蒸汽量确定。当喷枪管11从完全伸入炉中的阶段穿过炉的外壁9时以及在缩回过程中，直至喷枪管11在另一末端位置，完全在炉外，可以通过测量喷枪管11的温度确定沿着运动方向烟气的总的热影响和可估计烟气的平均温度以及在炉中沿着喷枪管11的路径的温度变化。 [0042] 沿着喷枪管11的煤烟灰量可给出在烟气中的化学物质量的估计。通过用激光或图像处理测量煤烟灰层的厚度，可得到在炉内每个时间单元的煤烟灰增加的估计。通过利用对沉积在喷枪管11上的煤烟灰的图像处理，也可得到在炉的不同区域中的烟气的状态(如固体，液体或气体)。利用放置在喷枪管11的表面上的传感器17，可直接测量在炉的热表面上的这些性质，以及进行在炉中的煤烟灰、炉碴或灰尘的状态的各种其它测量。 [0043] 为了测量炉内的温度，可利用放置在喷枪管11的表面上和能够扑捉图像的传感器17记录数据。通过分析热表面的颜色和将这些颜色与相应于一定温度的已知的细微差别比较，可建构炉内的温度分布的广泛的模型。 [0044] 为了确定遗留的东西，使用传感器16记录在喷枪管11从炉中缩回时其表面的可视性质特别有利。可以利用颜色和斑点尺寸的可视性质形成喷枪管11表面的2D或3D图像，并利用自动系统或人处理的控制器说明，从而可知道遗留东西的增加或减少。这些图像可以存储和用于与更早或更迟记录的相似图像比较，这样提供相对于时间的变化的很好的记录。图4表示喷枪管11的表面的2D图像的一个例子，图4a表示其中的方形采样区域。可以相对于其颜色分析斑点，黑色斑点的存在和数量表示在锅炉中的不燃烧的黑色液体，而粉红色斑点的存在和数量表示在烟气中有无机物质。 [0045] 如图5所示，还可利用吹灰器的喷枪管11得到烟气的采样。当切断蒸汽时，开/关阀31可打开，使吸入机构33可经由喷嘴12并通过气体管13将小量的烟气吸出炉外，再通过所述阀31收集在盒子32中用于测量和分析。可以分析烟气的性质，例如pH，或氧(O2)的量或氮的氧化物(NOx)的量。 [0046] 还可以通过例如图5所示的系统连续地分析烟气的性质，这时，另一个开/关阀34可打开，使吸入机构36吸入，以与上述相同的方式提取气体。气体通过分析烟气性质的传感器35，然后经由穿过炉壁9的管37送回炉中。这样，连续的测量可使人或计算机化的过程控制器接收有关烟气状态的更新的信息，以及可对过程进行更大的控制。 [0047] 通过单独或综合使用上述从传感器接收的数据和气体分析，可得到有关回收炉中的过程的详细信息。在热表面中的吸热量、在炉中不同位置的烟气的流动或温度是要收集的信息。由这些信息可估计与控制燃烧和/或回收过程的效率。 [0048] 正常情况下，一个炉或锅炉具有大量的吹灰器，可以利用一些或全部吹灰器进行测量。由于它们轮流清洁炉子，因此在任何给定的时间都有大量喷枪管闲置。通过使用这些闲置的吹灰器以及工作的吹灰器，可以在炉中的不同位置进行大量的测量，并且过程控制器可选择在任何给定时间对炉的状态给出最佳和最详细的数据量的那些控制器。通过将从烟气分析、图像处理和温度估计得到的结果表示为2D或3D图像，可得到表示回收炉状态的详细模型，因而是可控制的过程。根据这些结果可以自动控制进入回收炉的黑色液体的喷射角度，以及通过开口进入炉中的空气量和吹灰的量与强度，或者可将这些结果提供给可手动控制过程的操作者。 [0049] 由传感器收集的数据可利用控制装置60分析，该控制装置60可接收从多个传感器来的输入和/或烟气性质的多个分析。通过测量得到的所有信息也可以其粗糙的形式以及处理的数据的形式存储，并可用于形成长时间和短时间趋势、分析、计算等。 |
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