用于使用振动分析来检测、监测和移除锅炉热交换器表面上的沉积物的系统和方法技术方案

一种锅炉系统10，包括锅炉12，锅炉12具有至少一个热交换器22，该至少一个热交换器22具有沉积物20可在其上形成的表面48。锅炉系统10还包括至少一个可伸缩吹灰器16，其具有用于将高压流体24运送到锅炉12中的枪管26。枪管26被构造成使得高压流体24冲击热交换器表面48以在锅炉系统10中产生振动。锅炉系统10还包括联接至锅炉系统10的至少一个振动测量装置14。振动测量装置14被配置为测量锅炉系统10中的振动，测量到的振动指示在热交换器表面48上存在或不存在沉积物20。可选地，振动测量装置14可以检测由沉积物20从热交换器22的表面48的释放或被释放的沉积物80与锅炉系统10中的表面的冲击所引起的振动。

System and method for using vibration analysis to detect, monitor, and remove deposits on the surface of a boiler heat exchanger

A boiler system 10 includes a boiler 12, and the boiler 12 has at least one heat exchanger 22, the at least one heat exchanger 22 having a surface 48 formed on deposit 20. 10 boiler system also includes at least one retractable sootblowers in 16, with a high pressure fluid delivered to the boiler barrel 24 12 26. The barrel 26 is configured to cause the high-pressure fluid 24 to impact the heat exchanger surface 48 to produce vibrations in the boiler system 10. The boiler system 10 also includes at least one vibration measuring device 10 coupled to the boiler system 14. The vibration measuring device 14 is configured to measure vibrations in the boiler system 10, and the vibration measured indicates that 20 or 48 of the deposits are present or not on the heat exchanger surface. Alternatively, the vibration measuring device 14 may detect vibrations caused by the shock of sediment 20 from the release or release of the surface 48 of the heat exchanger 22 and the surface of the boiler system 80 in the boiler system 10.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用振动分析来检测、监测和移除锅炉热交换器表面上的沉积物的系统和方法相关申请本申请是于2014年7月25日提交的第14/340,661号美国申请的部分继续申请，其公开内容通过引用整体并入本文。
本专利技术总地涉及锅炉中的结垢或灰渣沉积物，更具体地，涉及一种用于通过使用振动监测和分析来检测、监测、测量和/或移除锅炉的热交换器上的沉积物的系统和方法。
技术介绍
在造纸过程中，化学制浆产生黑液作为副产物。黑液包含无机蒸煮化学物以及木质素和在解煮器中在制浆期间从木材中分离的其它有机物质。黑液在锅炉中燃烧。锅炉的两个主要功能是回收在制浆过程中使用的无机蒸煮化学物，以及利用黑液的有机部分中的化学能来为造纸厂生成蒸汽。如本文所使用的，术语锅炉包括顶部支撑的锅炉，其在工艺中所燃烧的燃料在传热表面结垢。硫酸盐锅炉是用于燃烧黑液以生成蒸汽的锅炉的实例。硫酸盐锅炉包括在炉中位于各种水平面上的热交换器组，用于通过辐射和对流从炉气体提取热量以生成例如蒸汽的加热流体。通常，炉气体首先与过热器组中的热交换器相互作用以生成过热蒸汽。然后炉气与热生成器组(generatingbank)中的热交换器相互作用以产生工作蒸汽。热生成器组还可以被称为锅炉组。最后，炉气与节能器组中的热交换器相互作用，这产生较低温度的加热流体。热交换器组由一组压板构成，这些压板由用作用于传导和传递热量的热交换器表面的管构成。在操作时，热交换器表面被通过燃烧如黑液的燃料在炉室中产生的灰渣不断地结垢。锅炉中可燃烧的燃料量通常受到热交换器表面上结垢的速率和程度的限制。包括沉积在热交换器表面上的灰渣的结垢减少了从燃料燃烧中吸收的热量，导致有结垢的热交换器组中的出口蒸汽温度降低，并且进入锅炉中下一个热交换器组的气体温度较高。例如，过热器组中的结垢导致离开热交换器的蒸汽温度降低，并且进入热生成器组的炉气温度增加。与过热器组和节能器组中的间隔相比，热生成器组中的热交换器表面趋向于相对窄，这增加了与过热器组和节能器组中的结垢相比热生成器组中结垢的可能性。当出口蒸汽温度太低而不能用于下游设备或者进入下游热交换器组——例如过热器组下游的热生成器组——的温度超过沉积物的熔化温度，导致下游组的气体侧堵塞时，结垢可能会要求关闭锅炉以进行清洁。此外，结垢也可能最终导致诸如过热器组的上游组中的堵塞。为了从热交换器组移除堵塞，必须停止锅炉中的燃烧过程。硫酸盐锅炉特别容易遇到热生成器组中结垢的问题，其中为了有效率的操作而必须要移除灰渣沉积物，然而其它热交换器组也可能变得有结垢。从诸如硫酸盐锅炉的锅炉的热交换器组中移除灰渣沉积物的三种常规方法包括：1)吹灰，2)冷却和吹风，和3)水洗。本申请仅涉及这些方法中的第一种，吹灰。吹灰是这样的过程：其包括使用来自吹灰器的喷枪的喷嘴的蒸汽气流来从结垢有灰渣沉积物的热交换器表面吹走沉积的灰渣。在正常的锅炉操作期间基本上连续地进行吹灰，并且不同位置的吹灰器在不同的时间操作。吹灰通常使用蒸汽进行操作。单个吹灰器的蒸汽消耗通常为2-3kg/s，并且可以同时操作多达四个吹灰器。典型的吹灰器使用是整个锅炉的蒸汽产量的约3-7％。因此，吹灰过程消耗由被清洁的锅炉产生的大量热能。典型的吹灰过程使用已知为顺序吹灰的程序，其中吹灰器以预定的间隔和预定的顺序操作。吹灰程序以这种速度运行，而不管可能在热交换器中的任何特定位置处可能发生的结垢量。通常，这导致热交换器的未被预定的吹灰顺序充分清洁的区域的堵塞，即使吹灰过程消耗大量的蒸汽，也不一定能防止该堵塞。每次吹灰操作减少了附近灰渣沉积物的一部分，但是未完全移除的灰渣沉积物可能随着时间继续积累。当灰渣沉积物生长时，吹灰逐渐变得不太有效并损害热传递。当灰渣沉积物达到使锅炉效率显著降低或燃烧气体无法被从炉中移除的某一阈值时，沉积物可能需要通过要求关闭锅炉的另一清洁过程移除。
技术实现思路
期望使用吹灰器的高压蒸汽的总能量以引发锅炉系统中的振动，包括热交换器表面和吹灰器的振动。然后，锅炉系统中的振动被用于检测、监测、测量和/或移除锅炉的热交换器表面的灰渣沉积物，结果，通过使吹灰器使用最小量的蒸汽来节省能量。还期望开发每个吹灰器周围的灰渣沉积物沉积图案的映射图，使得映射图中的信息可以用于调整吹灰器操作的优先级，用于有效率地使用，以及一般地，用于开发有效的吹灰策略。本专利技术的一方面涉及一种锅炉系统，包括：锅炉，所述锅炉具有至少一个热交换器，所述至少一个热交换器具有沉积物可在其上形成的表面。锅炉系统还包括至少一个可伸缩的吹灰器，其具有用于将高压流体运送到所述锅炉中的枪管。所述枪管被构造成使得高压流体冲击热交换器表面以在锅炉系统中产生振动。锅炉系统还包括至少一个振动测量装置，其联接至所述锅炉系统，所述振动测量装置被配置成测量由高压流体与所述热交换器表面或热交换器表面上的沉积物接触而导致的所述锅炉系统中的振动。所测量的所述锅炉系统中的振动指示在所述热交换器表面上存在或不存在沉积物。本专利技术的另一方面涉及一种检测锅炉系统的至少一个热交换器表面上的沉积物的方法，所述方法包括：相对于所述至少一个热交换器表面移动吹灰器枪管，以及用从所述枪管排放的蒸汽来冲击所述至少一个热交换器表面。所述方法还包括测量由所述蒸汽与所述至少一个热交换器表面的冲击引起的所述锅炉系统中的位置处的振动，以及分析所测量的振动以检测沉积物在所述位置处的存在。本专利技术的另一方面涉及一种映射锅炉系统中的沉积物的位置方法。所述方法包括基于通过用从吹灰器排放的高压流体冲击沉积物产生的反作用力来识别沉积物在热交换器表面上的位置。然后可以基于所识别的沉积物的位置来生成沉积物映射图。本专利技术的另一方面涉及一种检测从锅炉系统中的热交换器表面释放的沉积物的方法。该方法包括提供联接至锅炉系统的至少一个振动测量装置，并检测由下列中的至少一者引起的振动：沉积物从热交换器的表面的释放或释放的沉积物与锅炉系统中的表面的冲击，所述振动由振动测量装置检测。该方法还包括分析检测到的振动以确定热交换器表面的表面上的沉积物从其释放的位置。附图说明并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的各种实施例，并与上面给出的本专利技术的概述和下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本专利技术的实施例。图1是根据本专利技术的一实施例的锅炉系统的示意图图2是图1所示的锅炉系统的一部分的放大细节的俯视立体图，其示出了定位在支撑多个压板的吊杆上的多个加速度计；图3是两个热交换器管状表面的俯视立体图，其示出了位于热交换器管状表面之间的两个吹灰管枪管，为了清楚起见，该两个热交换器管状表面在图2中用压板表示；图4是示出根据本专利技术的实施例的用于分析来自振动测量装置的信号以识别沉积物的存在的过程的流程图；图5示出了根据本专利技术的实施例的在锅炉系统的操作期间从位于锅炉系统中的不同位置的振动测量装置收集的数据的示例性轨迹线；以及图6示出了根据本专利技术的实施例的在锅炉系统的操作期间从位于吹灰器上的振动测量装置收集的数据的示例性轨迹线。具体实施方式图1是具有锅炉12的锅炉系统10的示意图，锅炉12包括其上形成有沉积物20的多个热交换器22、一个或多个振动测量装置14、吹灰器16、沉积物检测装置18和集成装置30。为了本专利技术的目的，术语“锅炉”12是指这样的封闭容器，在该封闭容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉系统，包括：锅炉，所述锅炉具有至少一个热交换器，所述至少一个热交换器具有沉积物可在其上形成的表面；至少一个可伸缩的吹灰器，其具有用于将高压流体运送到所述锅炉中的枪管，所述枪管被构造成排放所述高压流体，使得所述高压流体冲击热交换器表面以在所述锅炉系统中产生振动；和至少一个振动测量装置，其联接至所述锅炉系统，所述振动测量装置被配置成测量由所述高压流体与所述热交换器表面的冲击而导致的所述锅炉系统中的振动，其中所测量的所述锅炉系统的振动指示在所述热交换器表面上存在或不存在沉积物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.25 US 14/340,661;2015.03.27 US 14/670,9561.一种锅炉系统，包括：锅炉，所述锅炉具有至少一个热交换器，所述至少一个热交换器具有沉积物可在其上形成的表面；至少一个可伸缩的吹灰器，其具有用于将高压流体运送到所述锅炉中的枪管，所述枪管被构造成排放所述高压流体，使得所述高压流体冲击热交换器表面以在所述锅炉系统中产生振动；和至少一个振动测量装置，其联接至所述锅炉系统，所述振动测量装置被配置成测量由所述高压流体与所述热交换器表面的冲击而导致的所述锅炉系统中的振动，其中所测量的所述锅炉系统的振动指示在所述热交换器表面上存在或不存在沉积物。2.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所测量的所述锅炉系统的振动指示所述热交换器表面上的所述沉积物的位置或所述沉积物的量中的至少一者。3.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所述振动测量装置位于所述吹灰器或所述锅炉中的至少一者上。4.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所述至少一个振动测量装置联接至所述锅炉的外表面。5.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，还包括：至少一个锅炉支撑结构，所述至少一个热交换器悬挂在所述至少一个锅炉支撑结构上，其中所述至少一个振动测量装置联接至所述至少一个锅炉支撑结构。6.如权利要求5所述的锅炉系统，其特征在于，所述锅炉支撑结构选自由吊杆、高架梁及其组合构成的组。7.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所述至少一个振动测量装置选自由加速度计、位移测量装置、速度测量装置及其组合构成的组。8.一种检测设置在锅炉系统内的至少一个热交换器表面上的沉积物的方法，所述方法包括：相对于所述至少一个热交换器表面移动枪管；用从所述枪管排放的高压流体来冲击所述至少一个热交换器表面；测量由所述高压流体在所述至少一个热交换器表面上的位置处的冲击引起的所述锅炉系统中的振动；和分析所测量的振动以检测沉积物在所述位置处的存在。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：响应于所测量的振动来控制在所述至少一个热交换器的所述位置处从所述枪管排放的所述高压流体的流动特性。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流动特性选自由所述枪管排放的高压流体的量、所述高压流体的流量及其组合构成的组。11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，测量振动的步骤还包括：测量由所述高压流体与所述至少一个热交换器表面在多个位置中的每个处的冲击引起的所述锅炉系统中的振动，其中分析所测量的振动的步骤还包括分析由所述高压流体与所述至少一个热交换器表面上的所述多个位置的冲击引起的所述锅炉系统中的所测量的振动，所述方法还包括：生成任何检测到的沉积物在所述至少一个热交换器表面上的位置的映射图。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：基于检测到的沉积物的映射图来控制从所述枪管排出的所述高压流体的流动特性，同时相对于所述至少一个热交换器表面移动所述枪管。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个热交换器表面的具有更大量沉积物的位置与所述至少一个热交换器表面的具有更少量沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·M·卡利尔，
申请(专利权)人：集成测试与测量公司，
类型：发明
国别省市：美国,US