专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
申请号 | CN202510119171.4 | 申请日 | 2025-01-24 |
公开(公告)号 | CN119901664A | 公开(公告)日 | 2025-04-29 |
申请人 | 华能(广东)能源开发有限公司海门电厂; 西安热工研究院有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
发明人 | 刘佳利; 陈铁军; 刘兴; 郭存瑞; 朱元磊; 朱晨亮; 冯庭有; 陆军; 张良平; 沈植; 张海龙; 杨辉; 张宇博; | 第一发明人 | 刘佳利 |
权利人 | 华能(广东)能源开发有限公司海门电厂,西安热工研究院有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
当前权利人 | 华能(广东)能源开发有限公司海门电厂,西安热工研究院有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
省份 | 当前专利权人所在省份:广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:广东省汕头市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:广东省汕头市潮阳区海门镇洪洞村 | 邮编 | 当前专利权人邮编:515132 |
主IPC国际分类 | G01N17/00 | 所有IPC国际分类 | G01N17/00 ; F22B37/38 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 西安通大专利代理有限责任公司 | 专利代理人 | 杨文姝; |
摘要 | 本 发明 公开一种在线测定高温 腐蚀 速率的一维炉测试系统及测试方法,该测试系统包括一维炉本体,一维炉本体内设有若干加热组件;一维炉本体的内部设有炉腔,所述炉腔内设有测试样件;一维炉本体的炉腔上连接有气体传输组件,所述气体传输组件的另一端与 锅炉 的 炉膛 连通设置;第二测温组件,第二测温组件位于锅炉的炉膛内部;以及控制单元,所述控制单元与所述第二测温组件以及气体传输组件均通讯。该测试系统结构简单、设计合理,有效实现了 水 冷管实际环境下的高温腐蚀速率在线测定,测试结果准确、可靠性强。 | ||
权利要求 | 1.一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统,其特征在于,包括: |
||
说明书全文 | 一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统及测试方法技术领域背景技术[0002] 在实验室环境中,常采用一维炉来测量金属样片在高温环境下的腐蚀成分及减薄速率,这一方法因其高度的准确性而被广泛认可。然而,尽管其准确性较高,该方法在实际应用中仍面临诸多挑战。其中,最关键的问题在于,一维炉所提供的烟气成分和温度条件无法完全模拟和代表锅炉水冷壁在实际服役环境中的复杂工况。实验室中的样片表面温度同样无法精确反映水冷壁管在锅炉内部的实际温度分布,这导致了一维炉试验结果的局限性。具体来说,这些试验结果难以全面、准确地代表锅炉实际运行中不同位置所面临的高温腐蚀风险,也无法有效预测和指导在变工况条件下水冷壁高温腐蚀速率的变化趋势。此外,高温腐蚀减薄的测量工作通常在锅炉的检修期内进行,而在锅炉正常运行期间则无法进行此类测量。由于检修期的时间往往较短,且存在较大的不确定性,这导致了对高温腐蚀减薄的测量工作可能无法及时进行。一旦测量不及时,就可能因腐蚀导致的过度减薄和承压能力不足而引发泄漏等安全隐患。更为严重的是,在锅炉运行过程中,如果出现煤种变更(如改用高硫煤)或设备劣化(如空预器堵塞导致引风机出力不足、主燃区氧量降低)等情况,这些变化对高温腐蚀减薄速率的影响在检修期的离线测量中是无法及时反映出来的。这就意味着,传统的检修期离线高温腐蚀测定方式在应对锅炉运行工况变化时存在明显的滞后性,难以实现异常预警和反馈调节运行方式等目的。 [0003] 为了弥补这一不足,近壁区气氛测量技术应运而生。该技术能够在线测量靠近水冷壁区域的CO和H2S等关键气氛成分的含量,为评估高温腐蚀状况提供了新的视角,然而,近壁区气氛测量仍然是一种间接测量方法。尽管它与高温腐蚀减薄速率之间存在一定的相关性,但并不能直接定量地获取管材的腐蚀减薄速率,测试结果的可靠性较差。 发明内容[0004] 针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统及测试方法,从而解决现有技术中无法在线直接获取运行中管材腐蚀减薄速率,测试结果可靠性较差的技术问题。 [0005] 本发明是通过以下技术方案来实现:一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统,包括: 一维炉本体,所述一维炉本体内设有若干加热组件; 所述一维炉本体的内部设有炉腔,所述炉腔内设有测试样件; 所述一维炉本体的炉腔上连接有气体传输组件,所述气体传输组件的另一端与锅 炉的炉膛连通设置; 第二测温组件,所述第二测温组件位于锅炉的炉膛内部; 以及控制单元,所述控制单元与所述第二测温组件以及气体传输组件均通讯。 [0006] 优选的,所述气体传输组件包括气体传输泵,所述气体传输泵的进气口连接有进气管,出气口连接有出气管;所述进气管的自由端与锅炉的炉膛连通设置,所述出气管的自由端与所述一维炉 本体的炉腔连通设置;所述气体传输泵与所述控制单元通讯。 [0007] 优选的,所述进气管伸入锅炉炉膛的深度大于1mm且小于水冷壁管直径的二分之一。 [0008] 优选的,所述出气管上设有第一流量调节组件。 [0009] 优选的,所述进气管与锅炉的连接处以及出气管与一维炉本体的连接处均设有密封组件。 [0010] 优选的,若干所述加热组件均匀分布设置在一维炉本体的内部。 [0011] 优选的,所述测试样件为测试样管或测试样片。 [0012] 优选的,当所述测试样件为测试样管时,所述测试样管的外壁设有第一测温组件以及第一气体组分检测组件,所述第一测温组件以及第一气体组分检测组件均与所述控制单元通讯;所述测试样管的两端分别连接有第一水冷管以及第二水冷管,所述第一水冷管以 及第二水冷管的自由端设有水冷组件。 [0013] 优选的,所述测试系统还包括第二气体组分检测组件,所述第二气体组分检测组件设于锅炉的炉膛内部;所述第二测温组件以及第二气体组分检测组件靠近所述进气管的进气口设置。 [0014] 一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试方法,采用上述的测试系统进行,并包括以下步骤:设定温度差阈值,控制单元通过第二测温组件获取锅炉炉腔内部的温度; 通过气体传输组件将锅炉炉腔内部的气体抽至一维炉本体的炉腔内部,使一维炉 本体的炉腔内部的气氛组成与锅炉炉腔内部的气体组成一致,并通过加热组件使得一维炉本体的炉腔内部的温度与锅炉炉腔内部温度的温差绝对值小于所述温度差阈值; 然后对所述测试样管进行在线高温腐蚀速率测试。 [0015] 与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:本发明公开一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统,通过在测试样管上设 置第一测温组件以及第一气体组分检测组件,同时结合控制单元,有效实现对测试样管所处的一维炉本体的炉腔内部温度以及气体组成的快速获取,然后通过设置在锅炉炉腔内的第二测温组件以及第二气体组分检测组件有效实现了对锅炉炉腔内温度以及气体组成的快速获取,然后通过控制气体传输组件实现了将锅炉内部的气体传输至一维炉本体的炉腔内,保持了一维炉本体的炉腔内的气体组成与锅炉内部的气体组成一致,同时通过加热组件以及水冷组件控制一维炉本体的炉腔内的温度与锅炉内部的温度一致,可有效实现对锅炉内部环境的再现,保持了测试样管与实际的水冷管所处的环境一致,实现了水冷管的在线高温腐蚀速率测定,该测试系统结构简单、设计合理,有效实现了水冷管实际环境下的高温腐蚀速率在线测定,测试结果准确、可靠性强。 附图说明 [0016] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。 [0017] 图1为本发明中测试样件为测试样片时,一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统的结构示意图;图2为本发明中测试样件为测试样管时,一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测 试系统的结构示意图。 [0018] 其中:1、一维炉本体,2、加热组件,3、炉腔,4、测试样管,5、控制单元,6、第一测温组件,7、第一气体组分检测组件,8、水冷组件,9、气体传输组件,10、第二测温组件,11、第二气体组分检测组件,12、锅炉,13、测试样片,91、气体传输泵,92、进气管,93、出气管,41、第一水冷管,42、第二水冷管,43、第二流量调节组件。 具体实施方式[0019] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0020] 因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0021] 应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0022] 在本发明实施例的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0023] 此外,若出现术语“水平”,并不表示要求部件绝对水平,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。 [0024] 在本发明实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述:实施例1 如图1所示,本发明公开一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统,包括:一维炉本体1,所述一维炉本体1内设有若干加热组件2;所述一维炉本体1的内部设有炉腔3,所述炉腔3内设有测试样件;所述一维炉本体1的炉腔3上连接有气体传输组件9,所述气体传输组件9的另一端与锅炉12的炉膛连通设置;第二测温组件10,所述第二测温组件10位于锅炉12的炉膛内部;以及控制单元5,所述控制单元5与所述第二测温组件10以及气体传输组件9均通讯。 [0026] 上述的系统中一维炉本体1作为测试系统的主体结构,提供一个可控的高温环境。内部设有若干加热组件2,用于加热炉腔3以达到所需的测试温度。炉腔3用于容纳测试样件并提供一个封闭的高温测试环境,需要能够承受高温并保持一定的气密性,以确保测试结果的准确性。测试样件用于代替实际的水冷管,评估其在高温环境下的腐蚀速率,其材质、形状和尺寸应根据测试需求进行设计。气体传输组件9用于将锅炉12炉腔内的气体引入一维炉本体1的炉腔3中,一端连接在一维炉本体1的炉腔3上,另一端与锅炉12的炉膛连通,以实现锅炉12炉腔内气体环境的再现。第二测温组件12安装在锅炉炉腔内,用于监测锅炉炉腔内的温度,控制单元5作为整个测试系统的控制中心,负责接收各组件的数据并进行处理,同时控制加热组件2和气体传输组件9的工作状态。该在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试系统通过集成多种高精度传感器和智能控制组件,能够实时监测和分析高温环境下的材料腐蚀情况,为材料科学和工程领域的研究提供了有力的技术支持。 [0027] 进一步优选的所述气体传输组件9包括气体传输泵91,所述气体传输泵91的进气口连接有进气管92,出气口连接有出气管93,所述进气管92的自由端与锅炉12的炉膛连通设置,所述出气管93的自由端与所述一维炉本体1的炉腔3连通设置;所述气体传输泵91与所述控制单元5通讯。气体传输泵91作为气体循环的核心部件,负责将锅炉12炉腔内的气体抽出,并通过出气管93送入一维炉本体1的炉腔3中。进气管92与出气管93分别连接气体传输泵91的进气口和出气口,形成气体的循环通道,进气管92的自由端与锅炉12的炉膛连通,而出气管93的自由端则与一维炉本体1的炉腔3连通。控制单元5与气体传输泵91通讯,能够实时监测和控制气体传输泵91的工作状态,确保气体的稳定循环。 [0028] 更加优选的一个实施例中,进气管92垂直插入锅炉水冷壁的水冷壁管间鳍片,伸入锅炉内部,伸入的深度大于1mm且小于水冷壁管直径的二分之一。进气管92此处也可以成为取样管,其直径大于4mm且小于鳍片宽度,更优选的,比鳍片宽度小2mm。 [0029] 另外,为了调节进入一维炉本体1炉腔3的气体流量,确保测试过程中的气体条件稳定可控,所述出气管93上设有第一流量调节组件。同时,所述进气管92与锅炉12的连接处以及出气管93与一维炉本体1的连接处均设有密封组件,确保气体循环通道的密封性,防止气体泄漏。 [0030] 优选的方案中,所述测试样件为测试样管4或测试样片13。如图2所示,当所述测试样件为测试样管4时,所述测试样管4的外壁设有第一测温组件6以及第一气体组分检测组件7,所述第一测温组件6以及第一气体组分检测组件7均与所述控制单元5通讯;所述测试样管4的两端分别连接有第一水冷管41以及第二水冷管42,所述第一水冷管41以及第二水冷管42的自由端设有水冷组件8。第一测温组件6用于实时监测测试样管4外部的温度,确保测试过程中的温度控制精度,并安装在测试样管4的外壁上。第一气体组分检测组件7用于分析炉腔3内气体的组分,以了解测试环境中的气氛条件,同样安装在测试样管4的外壁上或附近。水冷组件8用于冷却测试样管4,以防止样管因长时间高温暴露而损坏,同时也有助于维持测试样管4的温度梯度,与测试样管4相连,确保有效的热交换。 [0031] 为了调节冷却水的流量,确保测试样管4的冷却效果稳定可控。在所述第一水冷管41上设有第二流量调节组件43;且所述第二流量调节组件43与所述控制单元5通讯。控制单元5能够实时监测和控制冷却水的流量,确保测试样管4在测试过程中的温度稳定。 [0032] 上述的加热组件可以为加热丝、加热带或加热器等,具体选择取决于一维炉本体的设计和加热需求。炉腔作为高温测试环境,炉腔通常由耐高温材料制成,如陶瓷、石英或不锈钢等。第一测温组件和第二测温组件可选用高温热电偶、高温热电阻或红外测温仪等,用于实时监测炉腔和测试样管的温度。气体传输组件可选用高温气体管道、阀门和流量计等,用于实现气体的循环和交换。控制单元包括数据采集模块、控制模块和显示模块等,用于接收各组件的数据并进行处理,同时控制各组件的工作状态。 [0033] 另外,优选的,所述测试系统还包括第二气体组分检测组件11,所述第二气体组分检测组件11设于锅炉12的炉膛内部;所述第二测温组件10以及第二气体组分检测组件11靠近所述进气管92的进气口设置。该第二气体组分检测组件11安装在锅炉炉腔内,用于监测锅炉炉腔内的温度和气体组分,用于实时监测锅炉炉腔内环境,保持一维炉本体1的炉腔3内的环境与锅炉炉腔内环境一致。 [0034] 优选的设置中,第二测温组件10以及第二气体组分检测组件11靠近进气管92的进气口设置,使得测试位点与气体获取的位置一致,测试结果的准确度更高。 [0035] 另外,若干所述加热组件2均匀分布设置在一维炉本体1的内部,确保炉腔3内的温度分布均匀,提高测试的准确性。 [0036] 实施例2另外,基于上述的测试系统,本发明还公开一种在线测定高温腐蚀速率的一维炉 测试方法,包括以下步骤: 设定温度差阈值,控制单元5通过第二测温组件10获取锅炉12炉腔内部的温度; 通过气体传输组件9将锅炉12炉腔内部的气体抽至一维炉本体1的炉腔3内部,使 一维炉本体1的炉腔3内部的气氛组成与锅炉12炉腔内部的气体组成一致,并通过加热组件 2使得一维炉本体1的炉腔3内部的温度与锅炉12炉腔内部温度的温差绝对值小于所述温度差阈值; 然后对所述测试样管4进行在线高温腐蚀速率测试。 [0037] 对于上述的在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试方法,具体的,控制单元5被激活,开始执行测试流程。第二测温组件10测量锅炉12炉腔内部的温度,并将数据实时传输给控制单元5。启动气体传输组件9,气体传输泵91通过进气管92从锅炉12炉腔内部抽取气体。抽取的气体经过通过出气管93传输至一维炉本体1的炉腔3内部。控制单元5根据第一测温组件6的数据调整一维炉本体1内部的加热组件2的工作状态,使得一维炉本体1的炉腔3内部的温度与锅炉12炉腔内部温度的温差绝对值小于所述温度差阈值,以确保一维炉本体1炉腔3内部的温度与锅炉12炉腔内部温度一致,实现锅炉环境的再现,在气氛和温度同步后,控制单元5确认测试条件已满足,准备进行在线高温腐蚀速率测试。腐蚀过程中的关键数据如温度、气氛组成、腐蚀速率等被实时记录并存储于控制单元5。测试一定的周期后,取出测试样管4后,采用多点测厚、称重、电镜等多种方式测量腐蚀减薄量,并根据试验时长计算腐蚀减薄速率。建立试验台账后可获得与煤质、主燃区氧量等运行工况相关联的管材腐蚀减薄速率。本装置能够在运行中获得水冷壁管材的高温腐蚀减薄速率,降低因高温腐蚀引起的管材减薄泄漏风险,减少检修中搭设脚手架测量高温腐蚀减薄速率的工作量,减少水冷壁检修、维护成本,提高了煤粉锅炉的运行效率和安全性。 [0038] 具体的,当所述测试样件为测试样管4时,上述的在线测定高温腐蚀速率的一维炉测试方法为,控制单元5被激活,开始执行测试流程。第一测温组件6测量一维炉本体1炉腔3内部的温度,并将数据实时传输给控制单元5。第一气体组分检测组件7同时分析炉腔3内部的气体组成,同样将数据实时传输给控制单元5。第二测温组件10测量锅炉12炉腔内部的温度,并将数据实时传输给控制单元5。第二气体组分检测组件11分析锅炉炉腔内部的气体组成,同样将数据实时传输给控制单元5。控制单元5根据锅炉12炉腔内的气体组成数据,启动气体传输组件9。气体传输泵91通过进气管92从锅炉12炉腔内部抽取气体。抽取的气体通过出气管93传输至一维炉本体1的炉腔3内部。控制单元5根据第一气体组分检测组件7和第二气体组分检测组件11的数据,调整气体传输组件9的工作状态,直到一维炉本体1炉腔3内部的气氛组成与锅炉12炉腔内部的气体组成一致。控制单元5根据第一测温组件6和第二测温组件10的数据,调整一维炉本体1内部的加热组件2的工作状态。同时,控制单元5根据需要通过水冷组件8调整测试样管4及其周围环境的冷却效果,以确保一维炉本体1炉腔3内部的温度与锅炉12炉腔内部温度一致,实现锅炉环境的再现,在气氛和温度同步后,控制单元5确认测试条件已满足,准备进行在线高温腐蚀速率测试。腐蚀过程中的关键数据如温度、气氛组成、腐蚀速率等被实时记录并存储于控制单元5。测试一定的周期后,取出测试样管4后,采用多点测厚、称重、电镜等多种方式测量腐蚀减薄量,并根据试验时长计算腐蚀减薄速率。 [0039] 对于上述的测试方法中,当测试样件为测试样片13时,控制一维炉本体1的炉腔3内部的温度与进气管92的进气口所处位置温度的温差绝对值小于设定的温度差阈值,该温度差阈值可以为50℃。 [0040] 而当测试样件为测试样管4时,控制测试样管4外壁的温度与进气管92的进气口所处位置温度的温差绝对值小于设定的温度差阈值,该温度差阈值可以为20℃。 [0041] 如图1所示,为当测试样件为金属样片13使的一个优选的测试系统结果示意图。 [0042] 实施例3某1000MW超临界对冲燃烧锅炉,共三层燃烧器,燃烧器区域侧墙为高温腐蚀速率 较高区域,水冷壁鳍片间距10mm,水冷壁管外径63mm。在左墙和右墙每层燃烧器上方0.5m位置侧墙中心布置1套在线测定高温腐蚀速率的一维炉试验系统。进气管92末端深度伸入炉内深度为2mm。调节电功率保证加热组件2使得一维炉本体1的炉腔3内的烟气温度与进气管 92进气口处烟气温度偏差小于10℃;调整水冷组件8的流量使测试样管4管壁温度与锅炉内相邻水冷壁管金属壁的温差小于10℃。保持该条件进行高温腐蚀速率的测定,每周更换样片并测定取下样片腐蚀减薄量,计算腐蚀减薄速率。 [0043] 实施例4某3000MW亚临界四角切圆燃烧锅炉,共6层燃烧器,燃烧器区域四面墙均可能为高温腐蚀速率较高区域,水冷壁鳍片间距10mm,水冷壁管外径63mm。在第5层、第6层燃烧器上方0.5m位置、SOFA燃烧器与第6层燃烧器中心高度共三层,在射流下游,即位于该面墙3/4位置,布置1套高温腐蚀速率测量试验系统。炉内不布置第一测温组件6以及第一气体组分检测组件7,一维炉内仅布置3×3×1mm金属样片13,不布置水冷组件8。进气管92的进气口伸入四角切圆燃烧锅炉内的深度为3mm。调节电功率保证一维炉本体1的炉腔3内的温度与四角切圆燃烧锅炉内相邻水冷壁管金属壁温的温差小于20℃。保持该条件进行高温腐蚀速率的测定。每周更换样片并测定取下样片腐蚀减薄量,计算腐蚀减薄速率。以开展高硫煤掺烧试验为例,在试验期间连续24h保持入炉煤硫分不变。2.5%硫分煤种连续掺烧72h,每24h更换样片一个;1%硫分煤种连续掺烧72h,每24h更换样片一个。测定样片腐蚀减薄量后,可以计算获得各煤种高温腐蚀减薄速率。 [0044] 以上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。 |