一种基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112066864A(43)申请公布日2020.12.11(21)申请号202010827316.3(22)申请日2020.08.17(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市迎泽西大街79号(72)发明人张嘉杰方英蔓张建胜彭敬其陈岩伟(74)专利代理机构太原晋科知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14110代理人任林芳(51)Int.Cl.G01B7/06(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置及方法(57)摘要本发明属于锅炉设备监测技术领域；对炉内对流受热面灰渣生长过程的实时在线监测方式可分为直接监测和间接监测两类，直接监测的装置复杂失效点多，在实际应用中有较多限制，间接监测在煤种变化或炉内负荷发生变化时，计算模型准确度低，存在较大结果偏差；本发明提供一种基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置及方法，电容测试仪两端连接探头，探头相对固定连接在换热管束外壁同一高度，利用平行板电容原理形成电场，在模拟工况下测试并得到拟合关系式，建立灰污厚度的数据挖掘算法模型，通过所测电容量计算获取换热管束的灰污厚度；本发明的灰污监测方式受炉内运行工况的影响更小，可靠性和重复性好，具有更高的测量精度。CN112066864ACN112066864A权利要求书1/1页1.一种基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置，其特征在于：包括电容测试仪（4）和用于检测电容的两个探头，电容测试仪（4）置于换热器外部，探头通过引线（5）分别连接在电容测试仪（4）的两极，探头的结构呈圆弧形，探头的外层为电极层（8），内层为绝缘层（7），两个探头的电极层（8）相对设置，两个探头的绝缘层（7）粘贴在相邻的两个换热管束（6）外壁的同一高度。2.根据权利要求1所述的基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置，其特征在于：所述探头的圆弧的弧度θ的范围为60°~180°。3.根据权利要求1或2所述的基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置，其特征在于：所述绝缘层（7）的材质为耐高温绝缘材料。4.根据权利要求1所述的基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置，其特征在于：所述引线（5）沿换热管束（6）的背风面引出连接电容测试仪（4）。5.一种基于电容原理的管式换热器灰污在线监测方法，其特征在于：利用权利要求1所述的基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置，检测换热管束（6）的灰污厚度，具体包括以下步骤：步骤1.电容测试：建立一个与管式换热器所在环境相同的模拟工况，将管式换热器灰污在线监测装置在所建立的模拟工况下的测试电容值和灰污厚度进行标定，通过整理分析测试电容值，推导出测试电容值与灰污厚度的拟合关系式；步骤2.建立灰污厚度算法模型：基于步骤1所得的拟合关系式，建立管式换热器灰污在线监测装置的电容数据集，并根据已获得的电容数据集建立灰污厚度的数据挖掘算法模型；步骤3.灰污厚度测试：将管式换热器灰污在线监测装置固定安装于待测的管式换热器的换热管束（6）上，将电容测试仪（4）检测所得的灰污厚度未知的电容值输入步骤2的灰污厚度的数据挖掘算法模型中，计算得到换热管束（6）表面的灰污厚度。2CN112066864A说明书1/4页一种基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置及方法技术领域[0001]本发明涉及锅炉灰污实时监测技术领域，更具体的说，涉及一种基于电容原理的管式换热器灰污在线监测装置及方法。背景技术[0002]在电站锅炉、煤气化废热锅炉等以煤炭作为原料的工业设备中，通常采用辐射式换热器或对流式换热器来吸收煤炭燃烧或气化所产生高温气体的显热。而电站锅炉运行的安全性和经济性也受很多因素影响，其中锅炉受热面积灰是影响锅炉安全经济运行的一个主要因素。当高温气体流经炉内受热面时，其所夹带的灰渣颗粒会在受热面发生沉积，造成受热面的污染。锅炉内的积灰现象更多发生在中低温气体流经的对流受热面，例如：布置在烟道或者炉膛壁面的过热器和再热器等，这些部位的烟气温度低于煤灰的软化温度，因此灰渣颗粒多以固态形式存在，随着固态飞灰颗粒在受热面上的不断积累便造成受热面的积灰现象，当受热面的积灰使传热热阻增加、换热量减少时，直接导致锅炉排烟温度升高、锅炉热效率降低，严重时将导致机组降负荷运行，甚至造成停车事故。因此，实现对炉内对流受热面灰渣生长过程的实时在线监测，对保证电站锅炉、煤气化炉等设备的长期稳定运行至关重要。目前，锅炉对流受热面灰污在线监测方式可分为直接监测和间接监测两类。[0003]直接监测是通过各种电子仪器直接监测炉内受热面的积灰情况。例如中国专利103024357A，公开了一种燃煤电站锅炉炉膛积灰结渣自动旋转升降监测系统，该发明将可视化、旋转