300MW循环流化床锅炉炉管泄漏监测系统的研究.pdf

第 3期 2 0 1 3年 5月 锅炉制造 B0I LER MANUFACTURI NG No ． 3 Ma v ． 2 0 1 3 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 3 0 3 0 0 0 90 3 3 0 0 MW 循环流化床锅炉炉 管泄漏监测 系统 的研究 石鑫 ， 林永君 华北电力大学控制与计算机工程学院， 河北 保定 0 7 1 0 0 3 摘要 介绍 了锅炉炉管泄漏监测系统在 3 0 0 M W 循环流化床锅炉中的应用情 况。阐述 了锅炉炉管泄漏监测系 统的工作原理， 对锅炉炉管监测系统的硬件组成进行了分析， 根据实际应用情况 ， 讨论了锅炉炉管监测系统的软 件功能。针对锅炉正压的声波传感器容易烧坏的情况， 将锅炉炉管监测系统的间断吹灰方式改造为连续吹灰方 式。应用结果表明， 锅炉炉管泄漏监测系统能够及时发现锅炉早期轻微泄漏点， 对锅炉稳定运行起到了重要作用。 关键词 循环流化床 ； 泄漏监测 ； 声波传感器 ； 连续吹灰方式 中图分类号 T K 2 2 3 文献标识码 A S t u d y o n Th e Bo i l e r Tu b e Le a k a g e M o n i t o r i n g S y s t e m o f 3 0 0 W M Ci r c u l a t e d Fl u i d i z e d Be d Bo i l e r S h i X i n ， L i n Y o n g j u n S c h o o l o f C o n t r o l a n d C o m p u t e r E n g i n e e ri n g ， N o r t h C h i n a E l e c t ri c P o w e r U n i v e r s i t y ， B a o d i n g 0 7 1 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T he a pp l i c a t i o n o f t h e b o i l e r t u b e l e a k a g e mo n i t o r i n g s y s t e m i n 3 0 0W M c i r c u l a t e d flu i d i z e d b e d bo i l e r wa s i n t r o d u c e d．Th e p r i n c i p l e o f t he bo i l e r t u b e l e a k a g e mo n i t o r i n g s y s t e m wa s de s c rib e d， i t s h a r d wa r e s t r uc t u r e wa s a n a l y z e d， a n d i t s s o ft wa r e f un c t i o n wa s di s c u s s e d b a s e d o n t h e a p p l i c a t i o n ．A c c o r d i n g t o t h e p h e n o me n o n o f t h e a c o u s t i c s e n s o r s i n p o s i t i v e p r e s s u r e a r e a i n b o i l e r b u r ni n g o u t e a s i l y， t h e di s c o n t i n u o u s s o o tb l o wi ng mo d e o f t he b o i l e r t ub e l e a ka g e mo ni t o rin g s y s t e rn t r a n s f o r me d i n t o c o nt i n u o u s s o o t b l o wi n g mo d e．T h e p r a c t i c e d e mo ns t r a t e d t h a t t h e b o i l e r t u b e l e a k a g e mo n i t o rin g s y s t e m c a n fin d o u t e a r l y l i g h t l e a k i n g p o i n t s o f b o i l e r i n t i me， wh i c h p l a y e d v e r y i mp o r t a n t r o l e i n p r o t e c t i n g b o i l e r t o o p e r a t e s t e a d i l y ． Ke y wo r ds c i r c u l a t e d fl u i d i z e d b e d b o i l e r ；l e a k a g e mo n i t o r i n g；a c o u s t i c s e n s o r s ；c o n t i n u o u s s o o t b l o w i n g mo d e 0 引 言 近年来 ， 循环流化床锅炉以其燃料适应性广、 燃烧效率高 、 氮氧化物排放低和负荷调节快等突出 特点已经在世界范围内得到了广泛的应用。锅炉 泄漏事故是造成锅炉非计划停炉的重要原因之一， 循环流化床燃烧方式使炉内产生强烈 的湍流和物 料循环 ， 在往复循环燃烧的作用下， 加剧了锅炉炉 管的磨损 ， 其燃烧方式决定 了炉管泄漏的几率远大 于煤粉炉。采取有效的方式对锅炉炉管泄漏进行 早期预报 ， 在其还未发展成为破坏性爆漏之前及时 发现泄漏 ， 并确定泄漏点的位置， 可妥善安排停炉， 降低维修费用， 对于电厂来说具有十分重要的意义。 某 电厂 二 期 23 0 0 Mw 机 组 ， 锅 炉 型 号 为 S G一1 0 6 0 ／ 1 7 ． 5一M8 0 2 ， 亚临界中间再热 、 单汽包 自然循环 、 平衡通风 、 循环流化床锅炉。锅炉设备 自2 0 0 8年投产 以来 ， 锅炉水冷 壁 曾多 次发生 泄 漏 ， 严重影响机组 的长期安全稳定运行 。为了实 现对“ 四管” 泄漏的在线监测 ， 2 0 0 8年两台锅炉安 装了 X L B型锅炉炉管泄漏监测系统 。 收稿 日期 2 0 1 3一 O 11 5 作者简 介 石鑫 1 9 8 8一 ， 男， 内蒙古人， 现为华北电力 大学在读硕 士研 究生， 主要从事 电站锅 炉检测设备方面 的研 究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 锅炉制造 总第 2 3 9期 1 系统工作原理 锅炉炉管泄漏监测系统可有效地对炉内的泄 漏状 态进 行实时的监测 ， 当炉 内管道 因磨损 、 腐 蚀 、 老化或者其它影响因素发生泄漏而产生高压 喷流时 ， 产生强烈的噪声 ， 泄漏噪声以高频噪声为 主[ 2 ] 。锅炉的背景 噪声具有低频 的特性且包含 噪声种类较多 ， 主要包括床料燃烧声 、 空气噪声 、 床料与受热 面摩擦 声等 。两 者在频谱上有 明 显的差别 ， 通过把两种信号分离， 可以判断锅炉是 否发生泄漏。对泄漏声源的定位是利用炉内不同 位置的传声器 ， 通过接收到泄漏声信号的时间和 声强等信息 ， 判定 出泄漏点在接收的泄漏声信号 声强最大、 时间最早的传声器附近。 2 系统硬件 炉管泄漏监测系统的硬件主要包括七个组成 部分 ， 如图 1所示 。 前 信 信 _田 吉 置 波 波 信 号 号 传 传 号 采 处 显 导 感 放 集 理 刁 管 器 大 系 系 器 器 统 统 图 1 炉管泄漏监测 系统的硬件组成 锅炉炉膛的背景噪声信号和泄漏噪声信号首先 穿过声波传导管， 然后声波传感器将信号进行采集， 将声波信号转换成电信号， 采集的噪声信号经前置 放大器放大后传送至信号采集系统， 经 A ／ D转换后 被送至信号处理系统 ， 然后通过信号处理系统完成 对信号的处理 ， 最后显示锅炉炉管的泄漏状态 J 。 2 ． 1 声波传导管和声波传感器 声波传导管由金属管 、 球阀、 连接法兰组成固 定在锅炉外壁上 ， 作为噪声 的传播通道 。在运行 过程中， 声波传导管内很容易积灰和结焦 ， 所 以需 要吹灰装置对其进行定期的吹扫。 声波传感器的功能是采集炉膛 内所有噪声的 信号 。声波传感器应该具有良好的稳定性和较高 的灵敏度 。由于炉膛 内剧烈的燃烧环境 ， 监测 系 统的传感器还需具有防尘和耐高温的特性。 2 ． 2 前 置信号 放大器 声波传感器将采集到的噪声信号转变为模拟 量信号， 该模拟量信号能量很小， 很容易在长距离 的传输过程中受到干扰而丢失有效信息 ， 所以需要 将信号进行放大。前置放大器 的功能就是将有效 信号进行放大 ， 以免失真。前置放大器应具有较强 的抗干扰能力 ， 较宽的频带和较小的非线性失真等 特点。此外， 将前置信号放大器与声波传感器一同 封装在不锈钢外壳中， 可保证其长时间稳定的工作。 2 ． 3信号采集系统 信号采集系统主要 由多通道高速 A ／ D采集 卡构成 ， 所以， 信号采集系统主要用于将采集到的 连续的模拟量信号转变成在时间上离散的数字量 信号 ， 以便信号由计算机进一步处理。系统采用 了型号为 P C I 一6 1 2 3 S的 3 2位 总线的数据采集 卡 ， 最高采 样频 率为 5 0 0 k H z ， 其 操作 系统 Wi n d o w s 具有良好 的兼容性 ， 并且运行稳定。 3 系统软件 系统软件的开发工具为 V i s u a l C 6 ． 0 ， 其 开发 出的应用程序具有以下两个特点 一是有较 高的运行速率 ； 二是有较强 的可移植性 。 软件系统主要功能有 对炉膛噪声强度进行 实时监测 、 对各通道噪声频谱进行实时监测 、 对泄 漏区域判断并报警 、 对声波传导管灰堵进行判断、 对声波传导管进行除灰控制。 3 ． 1 对炉膛噪声强度进行实时监测 系统可以对炉膛噪声强度进行实时监测 ， 如 图 2所示 。图 2中棒图反映各测量通道的噪声强 度及泄漏状态 ， 坐标中部 5 0 ％处的横线表示泄漏 报警线 ， 当棒图值超过 5 0 ％时 ， 棒图显示红色， 表 示锅炉炉管已经发生泄漏并发出报警指示 ； 当棒 图值在 4 0 ％ ～5 0 ％ 时， 棒 图显示蓝色 ， 表示锅 炉 炉管有发生泄漏的可能 ， 需关注其发展趋势 ； 当棒 图值小于 4 0 ％ 时， 棒 图显示绿 色， 表示 锅炉正常 运行。图中左上部各通道也反映当前时刻锅炉每 个测点处的炉管泄漏状态 。 图 2 炉膛噪声强度实时监测 3 ． 2 对泄漏区域判断并报警 系统可以对泄漏 区域进行判断并报 警， 如图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m