[发明专利]一种电锅炉电热元件表面结垢厚度的在线监测方法

摘要

一种电锅炉电热元件表面结垢厚度的在线监测方法,其特点是，包括电锅炉的数据采集、电锅炉加热元件无结垢表面温度的计算、电锅炉电热元件结垢平均厚度的计算、电锅炉电热元件不同部位结垢厚度的确定等步骤。将实测得到的电锅炉水位和工质的实际换热量共同确定出电锅炉运行中浸入水中电热元件表面的热流密度，进而通过Rohsenow整理得到的饱和核态沸腾的无量纲关联式计算出电锅炉加热元件无结垢时表面的温度，然后得到电锅炉加热元件的平均结垢厚度，再通过电热元件不同部位结垢厚度的修正系数得到电锅炉电热元件不同部位的结垢厚度。达到对电锅炉电热元件表面结垢厚度的在线精确监测，解决了电锅炉电热元件结垢厚度无法准确在线监测的问题。

主权项

1.一种电锅炉电热元件表面结垢厚度的在线监测方法，其特征在于，它包括:(a)数据采集环节：在线监测电锅炉给水温度、给水流量、电锅炉出口蒸汽的温度、电锅炉水位，电锅炉加热原件表面的温度，通过采集的电锅炉给水温度、给水流量、电锅炉出口蒸汽的温度、电锅炉水位，电锅炉加热原件表面的温度现场数据，来计算电锅炉加热元件无结垢时表面的温度和结垢厚度，(b)电锅炉电热元件无结垢表面温度的计算环节通过监测得到的电锅炉给水温度、给水流量、电锅炉产生饱和蒸汽的温度可得到电锅炉单位时间的换热量为Q＝mgzcp(tzq‑tgs)+r   (1)式中：Q为电锅炉单位时间的换热量，J/h；m_gz为电锅炉的给水流量，kg/h；c_p为工质在温度t_gs和t_zq之间的平均定压比热，计算时可取的比热容，J/(kg·K)；t_zq为电锅炉出口工质的温度，即电锅炉出口饱和蒸汽温度，℃；t_gs为电锅炉进口工质的温度，即电锅炉给水温度，℃；r为在温度t_zq下由饱和水到饱和蒸汽吸收的汽化潜热，kJ/kg，电锅炉的热流量为式中：Q为电锅炉单位时间的换热量，J/h；φ为电锅炉的热流量，W，通过对电锅炉水位的监测得到实际浸入水中电锅炉电热元件的长度为L＝Kx   (3)式中：L为电锅炉电热元件浸入水中的实际长度，m；K为电锅炉每单位水位高度的电热元件的长度，m/m；x为电锅炉水位高度，m，由此可得到电锅炉电热元件运行中对水的实际受热面积为A＝Lπd   (4)式中：A为电锅炉运行中的电热元件的实际受热面积，m2；L为电锅炉电热元件浸入水中的实际长度，m；π为圆周率，计算中取值为3.14；d为电锅炉电热元件的外径，m；电锅炉运行中浸入水中电热元件表面的热流密度为式中：φ为电锅炉的热流量，W；q为电锅炉运行中浸入水中电热元件的表面热流密度，W/m2；A为电锅炉运行中的实际受热面积，m2；将电锅炉电热元件加热水的过程近似看作是大容器饱和核态沸腾，故依据传热学原理中Rohsenow整理得到的饱和核态沸腾的无量纲关联式为式中：Δt为电锅炉加热元件壁面温度和工质之间的温差，即电锅炉电热元件的壁面过热度，℃；q为电锅炉运行中浸入水中电热元件的表面热流密度，W/m2；σ为液体‑蒸气截面的表面张力，N/m；ρl为电锅炉饱和液体的密度，kg/m3；ρv为电锅炉饱和蒸气的密度，kg/m3；ηl为饱和液体的动力粘度，Pa·s；r为汽化潜热，J/kg；s为经验指数，对于水，s＝1，对于其他液体，s＝1.7；Cwl取决于加热表面‑液体组合情况的经验常数，对于机械抛光的不锈钢表面和液体水的组合，依据传热学原理，该值取0.013；g为重力加速度，取值为9.8，m/s2；cpl为饱和液体的比定压热容，J/(kg·K)；Pr1s为饱和液体的普朗特数，将式(6)经过变形，整理成温差的形式，即电锅炉无结垢时电热元件表面温度和所加热工质的温度差为式中：Δt为电锅炉加热元件壁面温度和工质之间的温差，℃；q为电锅炉运行中浸入水中电热元件的表面热流密度，W/m²；σ为液体‑蒸气截面的表面张力，N/m；ρ_l为电锅炉饱和液体的密度，kg/m³；ρ_v为电锅炉饱和蒸气的密度，kg/m³；η_l为饱和液体的动力粘度，Pa·s；r为汽化潜热，J/kg；s为经验指数，对于水，s＝1，对于其他液体，s＝1.7；C_wl取决于加热表面‑液体组合情况的经验常数，对于机械抛光的不锈钢表面和液体水的组合，依据传热学原理，该值取0.013；g为重力加速度，取值为9.8，m/s²；c_pl为饱和液体的比定压热容，J/(kg·K)；为饱和液体的普朗特数，电锅炉加热元件无结垢时表面的温度为t1＝ts+Δt   (8)式中：t1为电锅炉电热元件无结垢时表面的温度，ts为液体水的饱和温度；Δt为电锅炉加热元件无结垢壁面温度和工质之间的温差，℃；(c)电锅炉电热元件结垢平均厚度的计算环节将电锅炉的结垢看作是均匀附着在电锅炉电加热原件上，由传热学导热原理可知，由电锅炉电热元件无结垢表面到垢层外表面的热流量为式中：φ为电锅炉的热流量，也是由电锅炉电热元件无结垢表面到垢层外表面的热流量W；π为圆周率，取值为3.14；λ为垢层的导热系数，对于水垢取值为1.32，W/(m·K)；L为电锅炉电热元件浸入水中的实际长度，m；t1为电锅炉电热元件无结垢时表面的温度，℃；t2为在线测量得到的电锅炉电热元件垢层表面的温度，℃；r1为电锅炉电热元件中心到电热元件表面的距离，℃；r2为电锅炉电热元件中心到垢层表面的距离，℃；将式(9)进行变形可得到r2＝r1+do式中：φ为电锅炉的热流量，W；π为圆周率，取值为3.14；λ为电热元件垢层的导热系数，对于水垢取值为1.32，W/(m K)；L为电锅炉电热元件浸入水中的实际长度，m；t1为电锅炉电热元件表面无结垢时的温度，℃；t2为在线测量得到的电锅炉电热元件垢层表面的温度，℃；r1为电锅炉电热元件中心到电热元件表面的距离，m；r2为电锅炉电热元件中心到垢层表面的距离，m；do为电锅炉电热元件结垢的平均厚度，m；对式(10)进行整理变形得到电锅炉电热元件平均结垢厚度的计算式为式中：φ为电锅炉的热流量，W；π为圆周率，取值为3.14；λ为电热元件垢层的导热系数，对于水垢取值为1.32，W/(m K)；L为电锅炉电热元件浸入水中的实际长度，m；t1为电锅炉电热元件表面无结垢时的温度，℃；t2为在线测量得到的电锅炉电热元件垢层表面的温度，℃；r1为电锅炉电热元件中心到电热元件表面的距离，m；r2为电锅炉电热元件中心到垢层表面的距离，m；do为电锅炉电热元件结垢的平均厚度，m；(d)电锅炉电热元件不同部位结垢厚度的确定环节di＝doβi   (12)式中：di为电锅炉电热元件不同部位的结垢厚度，i代表电锅炉的不同部位，℃；do为电锅炉电热元件结垢的平均厚度，℃；βi为不同部位结垢厚度的修正系数，βi可通过电锅炉运行中结垢试验得到。