Способ очистки поверхностей нагрева парогенератора

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для управления процессом очистки поверхностей нагрева. Технический результат изобретения состоит в равномерном снижении теплового сопротивления золовых отложений, образующихся на поверхности нагрева, и предупреждении ее износа средствами очистки. Сущность способа очистки поверхностей нагрева парогенератора в том, что измеряют частоту пульсаций и сдвига фаз между показаниями датчиков, регистрирующих интегральный лучистый поток, характеризующий шлакование поверхностей в выбранных точках, и включают или отключают с учетом последнего средства очистки. Согласно изобретению измеряют частоту пульсаций, более или равную постоянной времени обдуваемых и необдуваемых датчиков, при частоте, соответствующей максимальной амплитуде его колебаний, а также сдвиг фаз данных колебаний, регистрируемых обдуваемыми и необдуваемыми датчиками, и затем вычисляют, пользуясь этими данными и значением температуропроводности золовых отложений, их толщину по заданному соотношению. 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для управления процессом очистки поверхностей нагрева в топках промышленных котлов, потребляющих шлакующее топливо.

Известны способы управления работой средств очистки поверхностей нагрева парогенератора (Андрей Боровский, Леонид Герасимов, Сергей Дружинин [Текст], Пирометрический измерительный комплекс для теплоэнергетики ПИК-3, М. - Иркутск. - 1998, - 19 с. Препринт, N10), заключающийся в том, что измеряют температуру отходящих из топки газов и при достижении определенного ее уровня включают средства очистки.

Однако при использовании известных способов не достигается полного эффекта очистки, так как золовые отложения чаще всего неравномерно покрывают поверхности теплообмена и средства очистки, используя этот интегральный показатель, могут недостаточно удалить отложения в одних местах и повредить трубы теплообменников в других.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ управления работой средств очистки поверхностей нагрева парогенератора (А.с. №1320589 СССР, опубл. 30.06.87. бюл. №24) путем измерения параметра, косвенно характеризующего шлакование поверхностей в выбранных точках, и включения или отключения с учетом последнего средств очистки, заключающийся в том, что измеряют спектральную интенсивность излучения от поверхностей нагрева в двух диапазонах длин волн: λ₁=3,00±0,20 мкм и λ₂=5,0±0,5 мкм, по полученным сигналам определяют температуру поверхности и величину спектральной интенсивности излучения от незашлакованной поверхности, вычисляют отношение величин спектральных интенсивностей излучения от зашлакованной и незашлакованной поверхностей при одной и той же температуре и длине волны λ₂ и при достижении величины отношения

$$\frac{I_2}{I_1}\left({\lambda }_2,T\right)=\mathrm{1,18}\pm \mathrm{0,10}$$

включают средства очистки, а при достижении величины отношения

$$\frac{I_2}{I_1}\left({\lambda }_2,T\right)=\mathrm{1,00}\pm \mathrm{0,07}$$ - отключают.

Однако при использовании прототипа необходимо знание такого параметра, как степень черноты золы, который не всегда попадает в обозначенный спектральный интервал. Так как излучение от поверхности несет информацию о ее собственном и отраженном ею излучении, а для расчетов требуется только собственное, то возникает потребность в определении падающего лучистого потока с целью вычленения собственного излучения нагретой поверхности из показаний пирометрического датчика. Кроме того, этот датчик должен быть установлен в непосредственной близости от вышеуказанной поверхности, что требует его защиты от высокотемпературной и абразивной среды. Установка датчика на дальнем расстоянии в защищенном месте требует знания радиационных характеристик факела, так как наблюдение придется вести через него.

Основным показателем зашлакованности топки является толщина золовых отложений на поверхностях теплообмена в точках, подвергающихся как наибольшему, так и наименьшему шлакованию. Недоучет этого фактора может привести как к неполной расшлаковке, так и к повреждению металла тепловоспринимающей поверхности (обычно это экранные трубы) топки парогенератора.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, который обеспечивает повышение степени очистки поверхностей нагрева парогенератора и минимизацию их повреждения.

Технический результат изобретения состоит в равномерном снижении теплового сопротивления золовых отложений, образующихся на поверхности нагрева, и предупреждении ее износа средствами очистки.

Для достижения поставленной задачи заявляемый способ очистки поверхностей нагрева парогенератора содержит следующую совокупность признаков:

определяют падающий на поверхность нагрева переменный тепловой поток частотой с максимальной амплитудой его колебаний, а также смещение фазы данных колебаний, регистрируемых обдуваемым и необдуваемым датчиками, затем вычисляют, пользуясь этими данными и значением температуропроводности золовых отложений, их толщину по соотношению

$$L=\sqrt{{\varphi }^2\frac{a}{\mathrm{0,5}\omega }}\left[1\right]$$

где: L - толщина золовых отложений, м, а - температуропроводность золовых отложений, м²/сек; φ - сдвиг фаз между показаниями обдуваемого и необдуваемого датчиков, рад; ω - частота колебаний излучения факела, сек^-1; определяют толщину слоя золовых отложений и по достижении величины L более 0,01 метра включают средства очистки, а при достижении величины L менее 0,001 метра - отключают.

По отношению к прототипу у предлагаемого способа имеются следующие отличительные признаки: замеряют не спектральные, а интегральные лучистые потоки, идущие непосредственно от облучателя (например, от факела горящего топлива), а не от тепловоспринимающей поверхности. В данных потоках выделяют и усиливают составляющую колебаний факела частоты с максимальной амплитудой. Обдуваемый датчик регистрирует сигнал, прошедший только через газовую среду топки, а необдуваемый сигнал - прошедший еще и через слой золовых отложений. Таким образом, температурная волна, проходящая через слой отложений, будет не совпадать по фазе с волной, падающей на обдуваемый датчик. Имея информацию о сдвиге фаз температурных волн и их частоте, а также температуропроводности золовых отложений, рассчитывают их толщину по соотношению [1]. На основе этих данных выдается сигнал средствам очистки.

Выбор граничных значений параметров обусловлен тем, что если при значении L более 0,01 метра КПД теплоагрегата начинает резко падать, то при значении L<0, 001 метра поверхность теплообмена покрыта только прочным слоем окалины (первичные отложения), удаление которого сопряжено с риском повреждения конструкции агрегата.

Выбор граничных значений параметров обусловлен тем, что если при значении L более 0,01 метра КПД теплоагрегата начинает резко падать и тогда необходимо включать средства очистки, то при значении L<0, 001 метра поверхность теплообмена покрыта только прочным слоем окалины (первичные отложения), удаление которого сопряжено с риском повреждения конструкции агрегата.

Заявляемый способ иллюстрируется на фиг., где датчики инфракрасного излучения 1, 2, закрытые крышками из металла или керамики с малой тепловой инерцией, установлены заподлицо с тепловоспринимающей поверхностью топки.

Способ осуществляется следующим образом. В местах, где поверхность теплообмена (например, экранные трубы в топке) подвержена шлакованию, устанавливаются заподлицо с вышеуказанной поверхностью по паре датчиков (обдуваемый и необдуваемый) инфракрасного излучения. Один из этих датчиков снабжен устройством для обдувки его внешней поверхности потоком воздуха и, таким образом, не подвергается шлакованию; другой не обдувается и покрывается слоем шлака, соответствующим по составу и толщине шлаку на поверхности теплообмена. Датчики регистрируют переменный лучистый поток на внутренней поверхности крышки, переводят его в электрический сигнал, который усиливается на частоте, на которой наблюдается максимальная амплитуда колебаний лучистого потока факела и период этих колебаний не менее постоянной времени применяемых датчиков, определяют сдвиг фаз между показаниями обдуваемого и необдуваемого датчиков и затем вычисляют, пользуясь этими данными и значением температуропроводности золовых отложений, их толщину при помощи электронного вычислителя по соотношению

$$L=\sqrt{{\varphi }^2\frac{a}{\mathrm{0,5}\omega }}$$

где: L - толщина золовых отложений, м, а - температуропроводность золовых отложений, м²/сек; φ - сдвиг фаз между показаниями обдуваемого и необдуваемого датчиков, рад; ω - частота колебаний излучения факела, сек^-1, определяют толщину слоя золовых отложений и по достижении величины L более 0,01 метра включают средства очистки, а при достижении величины L менее 0,001 метра - отключают.

Способ очистки поверхностей нагрева парогенератора путем измерения частоты пульсаций и сдвига фаз между показаниями датчиков, регистрирующих интегральный лучистый поток, характеризующий шлакование поверхностей в выбранных точках, и включения или отключения с учетом последнего средств очистки, отличающийся тем, что измеряют частоту пульсаций, более или равной постоянной времени обдуваемых и необдуваемых датчиков, при частоте, соответствующей максимальной амплитуде его колебаний, а также сдвига фаз данных колебаний, регистрируемых обдуваемыми и необдуваемыми датчиками, и затем вычисляют, пользуясь этими данными и значением температуропроводности золовых отложений, их толщину по соотношению
$$L=\sqrt{\Delta {\phi }^2\frac{a}{\mathrm{0,5}\omega }},$$
где L - толщита золовых отложений, м; а - температуропроводность золовых отложений, м²/с; φ - сдвиг фаз между показаниями обдуваемого и необдуваемого датчиков, рад; ω - частота колебаний излучения факела, с^-1; определяют толщину слоя золовых отложений и по достижении величины L более 0,01 м включают средства очистки, а при достижении величины L менее 0,001 м отключают.