基于实时腐蚀监测的用于热交换器控制的系统和方法技术方案

一种控制热交换器的腐蚀的系统和方法，该热交换器具有热气体入口和出口以及冷侧入口和出口。该方法包括：确定热交换器在第一选定位置处的温度，基于热交换器的表面的温度将腐蚀感测装置的温度控制到第一选定温度，以及确定针对第一选定温度的与第一选定位置处的热交换器表面相关联的腐蚀速率。该方法还包括将该腐蚀速率与预期的腐蚀速率进行比较，至少部分地基于该比较、所确定的腐蚀来确定用于该热交换器的冷侧流体入口温度目标；以及至少部分地基于所确定的入口温度目标、所确定的腐蚀速率和预期的腐蚀速率来控制冷侧流体入口温度。率和预期的腐蚀速率来控制冷侧流体入口温度。率和预期的腐蚀速率来控制冷侧流体入口温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于实时腐蚀监测的用于热交换器控制的系统和方法


[0001]本文描述的实施方案一般涉及用于热交换器的评估和控制方法和系统。更具体地，一种用于评估表示燃烧容器热交换器的腐蚀特性的数据的方法和系统，特别是可用于控制热交换器的入口温度。

技术介绍

[0002]锅炉通常包括其中燃料燃烧来生成热量以产生蒸汽的炉。燃料的燃烧产生热能或热量，该热能或热量用于加热和蒸发诸如水的液体，这产生蒸汽。所产生的蒸汽可用于驱动涡轮机以产生电力或为其他目的提供热量。化石燃料诸如粉煤、天然气等是在锅炉的许多燃烧系统中使用的典型燃料。当燃烧燃料时，产生热量并形成煤烟以及烟道气。
[0003]燃烧容器的壁通常由一系列填充有热交换介质(通常为水)的热交换管组成，并且可以被称为“水壁”。水壁的一侧面向燃烧室并暴露于燃烧产物，该燃烧产物可包括热气体、灰分和腐蚀性燃烧副产物。类似地，锅炉系统还包括其他热交换器，例如过热器、再热器和经济器，其暴露于燃烧烟道气以用于加热。燃料(诸如煤)的燃烧导致煤烟和灰分沉积在热交换器和锅炉中的热交换表面的内表面上，损害从燃烧容器中的加热气体到水管和热交换器的热传递。由于消耗的矿物燃料而沉积的灰分中的腐蚀性材料或由例如垃圾到能源设备中消耗的固体废物引起的物理降解，燃烧容器或热交换器的壁可能随时间而腐蚀。这种腐蚀减小了水壁或热交换器中的管的壁厚。热交换表面的壁必须保持在最小厚度，以可靠地承受水/蒸汽管或热交换器中的高温和高压。烟道气侧对锅炉材料(承压或作为保护层/保持部件/金属板)的腐蚀或在烟道气的清洁中的这些负面影响导致对更具抗性的材料的持续寻求。然而，材料的选择基于锅炉中的环境条件、烟道气温度、烟道气化学性质、结垢、腐蚀等的化学性质受到限制，并且被所期望的性能特征(寿命、可修复性、复合材料内的功能等)所限制。结果，锅炉腐蚀和锅炉的功能故障以及烟道气清洁表明相关的环境条件可能是高度变化和不一致的，因此使所使用材料的性能特征的预测复杂化。
[0004]因此，出现了“在线”材料测试，其中探针在预计的应用位置处被插入相应的锅炉中，以便记录材料的性能特征。已经使用材料探针(例如大约70cm长)，其中探针的主体在尺寸方面(锅炉管、固体材料)是真实部件(相同材料)，适当地具有相应的应用(例如保护层)。这些大探针被内部冷却以维持探针主体的前部的温度。温度设定在可自由选择的恒定温度范围内，即在宽温度范围内同时记录“材料温度”。由此检测临界温度阈值。在这些示例中，探针主体可以使用延长的时间段，该时间段大部分是可自由选择的，从数小时到数月。在其现场应用之后
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并且类似于损伤调查
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探针的主体在实验室中被拆卸并且经历微分析测试以记录腐蚀的原因、类型和强度(降解速率)或对其功能性的不利影响。在该温度范围内，可以等同地检查“所有”相关温度(例如对于蒸发器范围为250℃
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300℃，对于过热器为400℃
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500℃，或者对于经济器或预热器以及有关烟道气为80℃
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200℃)。
[0005]燃烧容器的适当维护通常需要定期停机以检查、清洁和修理关键部件。当前的诊断探针需要长时间的测试来评估腐蚀。如果要在不损害安全性的情况下避免与设备关闭相
关联的费用，则必须对燃烧容器内的物理和操作条件进行小心地监测和评估以检测危险状况。由于这些原因，希望提供非侵入式在线监测系统，该系统被配置为评估热交换器等的关键部分的物理特性，以确定燃烧系统中和/或通过相应热交换器的流动的基于温度的腐蚀特性。

技术实现思路

[0006]在一个实施方案中，本文描述了一种控制热交换器腐蚀的方法，该热交换器具有热气体入口和出口以及冷侧入口和出口。该方法包括：确定热交换器在第一选定位置处的温度，基于热交换器的表面的温度将腐蚀感测装置的温度控制到第一选定温度，以及确定针对第一选定温度的与第一选定位置处的热交换器表面相关联的腐蚀速率。该方法还包括将腐蚀速率与预期的腐蚀速率进行比较，至少部分地基于比较步骤确定热交换器的冷侧流体入口温度目标，以及至少部分地基于所确定的入口温度目标、所确定的腐蚀速率和预期的腐蚀速率来控制冷侧流体入口温度。
[0007]在另一个实施方案中，本文描述了一种用于监测热交换器的热交换表面的腐蚀的系统。该系统包括：热交换器，该热交换器具有热气体入口、热气体出口、冷侧入口和冷侧出口；腐蚀感测装置，该腐蚀感测装置设置在热交换器的热交换表面处的第一选定位置处，该腐蚀感测装置能够操作以测量针对第一选定温度的热交换表面的腐蚀速率；温度补偿装置，该温度补偿装置能够控制且能够操作以控制腐蚀感测装置的温度；和温度感测装置，该温度感测装置设置在靠近第一选定位置，该温度感测装置能够操作以测量热交换器在第一选定位置处的温度。该系统还包括控制装置和控制器，该控制装置能够操作以控制通过热交换器到达冷侧入口的热交换介质的温度和流量中的至少一者，该控制器与腐蚀感测装置、温度补偿装置、温度传感器和控制装置能够操作连通。腐蚀感测装置和控制器中的至少一者能够操作以控制温度补偿装置以至少部分地基于热交换器在第一选定位置处的温度将腐蚀感测装置维持在第一选定温度。腐蚀感测装置和控制器中的至少一者能够操作以确定热交换器在第一选定位置处的热交换表面的腐蚀速率，并且至少部分地基于在第一位置处所测量的腐蚀、在热交换器的第一选定位置处所测量温度下的用于热交换器的预期的腐蚀速率，来执行用于控制热交换器的冷侧入口温度的过程。
[0008]通过本公开的技术实现了另外的特征和优点。本文详细描述了本公开的其他实施方案和方面。为了更好地理解本公开及优点和特征，参见说明书和附图。
附图说明
[0009]通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解所述实施方案，其中：
[0010]图1是根据一个实施方案的带锅炉的发电系统的简化示意图；
[0011]图2是根据一个实施方案的示例性热交换器的一个截面的图示；
[0012]图3是根据一个实施方案的包括腐蚀感测系统的图2的热交换器的示意图；
[0013]图4是根据一个实施方案的腐蚀传感器模块的图解图；
[0014]图5是根据一个实施方案的腐蚀感测模块的简化框图图示；并且
[0015]图6是根据一个实施方案的热交换器腐蚀测定和控制方法的流程图。
具体实施方式
[0016]下面将详细参考如本文所述的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在整个附图中使用的相同附图标记指的是相同或相似的部分。虽然如本文所述的各种实施方案适合与包括燃烧系统的热回收蒸汽发生系统一起使用，但一般来讲，为了清楚地说明，已选择并描述了诸如用于粉煤发电厂的粉煤锅炉。其他系统可包括具有热交换器的其他类型的工厂，包括但不限于化工厂、发电厂以及利用各种燃料(包括但不限于煤、油和气体)的锅炉、炉子和焚烧加热器。例如，设想的锅炉包括但不限于T型焚烧和壁焚烧两者的粉煤锅炉、循环流化床(CFB)和鼓泡流化床(BFB)锅炉、抛煤机锅炉、用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制热交换器(60)的热交换表面的腐蚀的方法(200)，所述热交换器具有热气体入口(74)和热气体出口(76)以及冷侧流体入口(68)和冷侧出口(70)，所述方法包括：确定(210)所述热交换器(60)在第一位置处的表面的温度；基于所述热交换器(60)在所述第一位置处的所述表面的所述温度将腐蚀感测装置(82)的温度控制(220)到第一温度；确定(230)针对所述第一温度的与所述热交换器(60)在所述第一位置处的所述热交换表面相关联的腐蚀速率；将所述腐蚀速率与和所述第一位置和所述第一温度相关联的预期腐蚀速率进行比较(240)；至少部分地基于所述比较(240)所述第一位置处的所述腐蚀速率来确定(250)用于所述热交换器(60)的冷侧流体入口温度目标；以及至少部分地基于所述流体入口温度目标、腐蚀速率和预期的腐蚀速率来控制(260)冷侧流体入口温度(68)。2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述控制所述腐蚀感测装置(82)的所述温度包括在所述第一位置处提供温度补偿装置(90)。3.根据权利要求2所述的方法(200)，其中所述将所述腐蚀感测装置(82)的所述温度控制(260)到所述第一温度包括将所述腐蚀感测装置的所述温度控制到所述热交换器(60)的当前温度。4.根据权利要求2所述的方法(200)，其中所述确定(230)腐蚀速率是基于测量所述第一位置处的电阻。5.根据权利要求1所述的方法(200)，其中所述控制(260)所述冷侧流体入口温度是基于以下至少一项：控制热交换介质到所述热交换器的所述冷侧入口的流速；并且控制到达所述热交换器(60)的所述冷侧入口(68)的所述热交换介质的温度。6.根据权利要求1所述的方法(200)，所述方法进一步包括：将在所述热交换器(60)的所述热交换表面处的所述第一位置处的所述腐蚀感测装置(82)的温度控制(280)到第二温度；确定与在所述第二温度下所述热交换器(60)的所述热交换表面相关联的第二腐蚀速率；将所述第二腐蚀速率与和所述第二温度相关联的预期的腐蚀速率进行比较；至少部分地基于所述比较步骤和在所述第二温度下的所述第二腐蚀速率来确定用于所述热交换器的第二冷侧入口温度目标；以及至少部分地基于所述第二冷侧入口温度和在所述第二温度下的第二腐蚀速率来控制所述冷侧入口温度。7.根据权利要求6所述的方法(200)，其中所述第二温度是至少部分地基于所述热交换器(60)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克，
申请(专利权)人：通用电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：