一种干熄焦锅炉爆管检测定位装置及安全控制方法与流程

1.本发明涉及一种定位装置，具体涉及一种干熄焦锅炉爆管检测定位装置，属于干熄焦余热控制技术领域。


背景技术：

2.干熄焦余热锅炉发电生产工艺是利用氮气将干熄炉内红焦热量置换出来，经过一次除尘后加热锅炉给水生产蒸汽驱动汽轮发电机进行发电，同时在余热锅炉换好热后的烟气再次引出经过二次除尘后加热锅炉给水，最后进入干熄炉进行循环重复利用。在余热锅炉生产运行工程中，锅炉炉膛内部包含的热管如省煤器，蒸发器，过热器等在含有焦粉的高温烟气冲击下，极易发生热管爆管泄漏的故障，导致水汽喷射，继而与高温烟气再次蒸发，冲击周围热管，引发设备爆炸事故。
3.目前，在干熄焦余热锅炉生产过程中，判断锅炉热管爆管的依据是通过锅炉给水流量和锅炉蒸汽流量的变化率发生异常，以及循环气体中的氢气含量升高和干熄炉预存室压力变大作为主要判断标准，同时通过人工密切观察锅炉出口底部及二次除尘是否有积水和水汽存在，如果上述现象同时发生，则立即启动锅炉爆管后的应急处置操作，如：加大空导阀开度，干熄炉储存室压力释放，锅炉减负荷，系统大量充氮气等等一系列应急措施防止锅炉爆炸事故发生。这种人工观察，人工判断，人工操作的危险性，滞后性，极易发生操作失误，导致事故扩大化。
4.因此非常有必要设计一种干熄焦余热锅炉爆管自动检测定位，自动应急操作逻辑程序，无需人工判断和干预，程序自动运行，保证设备和人身安全可靠。同时加装锅炉炉膛红外检测泄漏定位分析控制系统，方便查漏定位，缩短检修时间。
5.通过检索查新，目前，国内干熄焦余热锅炉在发生热管泄漏爆管的情况下，一般均通过dcs监控画面数据报警，氢气含量升高，预存室压力升高，锅炉给水流量和蒸汽流量明显差异变大，进一步通过人工至现场观察锅炉底部有无积水，放散口处有无蒸汽外排，所有条件均指向锅炉爆管条件满足，立即在dcs画面上操作相关控制设备，如空导阀，冲氮阀，预存室压力调节阀等，需要人工经验判断及操作，效率低下，也不安全，危险系数高。
6.传统锅炉炉膛烟气测温装置如热电偶，热电阻，测温位置比较单一固定，不能延伸，无法测量炉膛内部热管温度。带推进装置的测温装置，可以伸缩，延长，但由于炉膛内部高温环境，极易造成测温元件，推进装置频繁损坏，故障率极高。
7.本专利技术涉及的红外测温分析定位装置应用在锅炉炉膛内部热管测温系统，可以极大程度上避免了上述两种测温装置的弊端。红外发射的远距离传输与接受功能。非接触式测量，测温距离长，测温范围可变换，调节，完全满足锅炉炉膛高温环境测温的要求。
8.由于传统测温装置无法正常测温或无法分析定位，造成锅炉泄漏点无法准确定位，紧靠经验判断，待锅炉停炉冷却，逐一打开锅炉人孔门，氮气置换吹扫后人力查找泄漏点，费时耗力，效率低下，检修周期长。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。


技术实现要素：

9.本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种干熄焦锅炉爆管检测定位装置，该技术方案涉及一种干熄焦余热锅炉爆管应急保护自动控制逻辑方法以及红外检测定位泄漏控制装置，通过自动控制锅炉爆管后的紧急分层安全保护设备操作步骤；进一步通过对锅炉爆管前后的炉膛红外自动在线温度检测分析定位报警；通过红外测温定位泄漏分析控制装置，方便锅炉查漏定位，缩短检修时间，提高劳动效率，充分保证锅炉生产安全稳定。
10.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种干熄焦锅炉爆管检测定位装置，所述定位装置包括干熄炉，预存室压力测点，预存室压力调节阀，一次除尘，锅炉放散蒸汽温度测点，锅炉放散管，锅炉，汽轮机，发电机，红外检测定位控制装置，锅炉热管，锅炉底部漏水检测装置，氢气含量测点，二次除尘，循环风机以及空导阀；干熄炉左侧安装有空气导入管道及空导阀，干熄炉顶端右侧安装有预存室压力调节阀及预存室压力测点；其中干熄炉通过红焦置换出的高温烟气1000℃左右通过一次除尘设备后，进入锅炉内部热管加热给水换热，高温烟气在锅炉内部热管循环置换后烟气温度下降至160℃，烟气再经过二次除尘，再通过循环风机的作用继续进入干熄炉内部循环使用，锅炉通过高温烟气加热产生的蒸汽进入汽轮机中做功带动发电机组发电生产；在锅炉顶部出口安装有锅炉放散管及温度测点，其中锅炉内部热管分别包含低温省煤器管，低温过热器管，高温过热器管等。锅炉给水在热管中加热运行，高温烟气通过热管加热给水运行。锅炉底部出口加装漏水检测装置，锅炉烟气出口加装氢气含量测点，在锅炉炉膛安装热管泄漏红外检测定位控制装置。可实时将炉膛温度变化量检测输出，以此判别温度异常点，同时通过图像分析判断得出比较精准的泄漏点。
11.作为本发明的一种改进，所述红外检测定位控制装置由锅炉炉膛，红外测温探测器，检测室，旋转轴，转向电机，万向金属软管接头，压缩弹簧，活塞，测温探头驱动室，红外测温控制器，控制线缆，温度信号接收单元，温度信号处理分析单元，温度信号输出报警单元，冷却吹扫管，温度信号线缆，转向电机控制线缆组成；红外检测定位控制装置包含的组件检测室和组件测温探头驱动室，其中红外测温探测器活动安装在检测室中间，另一端贯穿安装在测温探头驱动室中间，两端之间通过万向金属软管接头连接，驱动室包含气动活塞，红外测温控制器的一端连接测温探头驱动室，另一端依次连接温度信号接收单元，温度信号处理分析单元，温度信号输出报警单元；红外测温控制器接受控制指令后，通过气路控制活塞推动压缩弹簧位移，进而驱动红外测温探测器前进，进入炉膛内部进行红外扫描测温，同时，转向电机接受指令驱动旋转轴运动，进而带动探测器多角度旋转扫秒炉膛内的烟气温度变化，同时，冷却吹扫管工作，通过冷却空气不断对探测器进行冷却吹扫，降低探测器工作环境温度，延长设备寿命，红外测温探测器将炉膛内烟气温度测量信号通过控制器输出至温度信号接受单元，再次进入温度信号处理分析单元中。
12.作为本发明的一种改进，多个红外热成像探测器置于锅炉的各炉孔处，分别对准炉内，由冷却和除尘系统对探测器进行保护，探测器以每秒25场的速度输出温度图像信号，经过一定距离的传输线，传输到监控室，并在监控室内实现对监测温度图像的集中处理；然后，经过选择出的一路信号送至放大器，其输出送到图像采集部件，将模拟信号变成数字图像信号输出到微型计算机，计算机对图像进行实时滤波、温度计算处理，然后将输入的信号
温度分布图像的形式显示在监视器上。同时，计算出本画面的最高、平均和最低温度。通过对实际温度与设定温度的对比，以及温度分布图像的分析，能够及时得出温度异常下的所对应的具体泄漏点及位置。同时发出报警信号，便于进行故障后的相关处理。
13.采用干熄焦锅炉爆管检测定位装置的安全控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
14.第一步：当干熄炉预存室压力检测大于100pa，锅炉出口烟气氢气含量大于2％，两个条件同时满足，控制系统立即通过驱动干熄炉预存室压力调节阀动作，泄压；
15.第二步：当干熄炉预存室压力进一步超出200pa，氢气含量超出5％；同时锅炉给水流量与蒸汽流量差异明显增大，即给水流量明显变大，蒸汽流量明显减少；同时经过锅炉放散管温度测点测量判断温度升高有蒸汽外排，锅炉底部漏水检测装置动作判断锅炉底部积水，上述三组条件同时满足后，控制系统立即驱动现场设备联动操作，充分保证干熄焦大生产的稳定，避免锅炉热管爆管泄漏导致的爆炸事故的发生；
16.第三步：红外测温定位控制装置通过实时将炉膛温度信号的变化量进行分析，比较，得出某一点温度的最高，最低，以及平均温度值，将设定的正常运行工况下的温度信号与测量温度信号进行比较运算，得出温度异常结论，同时通过图像分析可以判定温度发生异常的具体方位，发出报警，提醒运行人员炉膛热管某处可能泄漏，精准定位锅炉热管故障点。
17.相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案通过检测及自动控制，联动干熄焦锅炉爆管应急操作装置，无需人工参与，安全可靠；2)该技术方案进一步通过干熄焦锅炉爆管漏水检测分层控制，最大程度上避免锅炉爆管发生爆炸事故；3)该方案中采用多角度，可旋转，多方位调节测温位置的红外测温，多路径扫描功能应用，可避免测温死角，全方位监控锅炉炉膛运行状态；4)该方案中采用非接触式测温，同时加装吹扫冷却装置，极大程度上提高了设备的使用寿命，同时提高了测温精度；5)该方案设计了一种红外检测定位锅炉泄漏自动控制装置，通过红外检测扫描，分析，温度图像，实现热管泄漏点的精准定位，提高劳动效率，节约大量的检修查找时间；6)该方案对红外检测定位控制装置，还进一步通过转向机构自动控制红外探头旋转多角度全方位测温，突出了温度检测锅炉泄漏点的全面性，准确性。
附图说明
18.图1为干熄焦锅炉爆管检测报警装置现场布置示意图；
19.图2为锅炉热管泄漏红外检测定位控制装置示意图；
20.图3为红外测温分析定位原理框图；
21.图4为干熄焦锅炉爆管漏水检测分层控制原理框图；
22.图5为干熄焦锅炉爆管漏水检测分层控制原理框图；
23.图中：1、干熄炉，2、预存室压力测点，3、预存室压力调节阀，4、一次除尘，5、锅炉放散蒸汽温度测点，6、锅炉放散管，7、锅炉，8、汽轮机，9、发电机，10、红外检测定位控制装置，11、锅炉热管，12、锅炉底部漏水检测装置，13、氢气含量测点，14、二次除尘，15、循环风机，16、空导阀，17、锅炉炉膛，18、红外测温探测器，19、检测室，20、旋转轴，21、转向电机，22、万向金属软管接头，23、压缩弹簧，24、活塞，25、测温探头驱动室，26、红外测温控制器，27、控
制线缆，28、温度信号接收单元，20、温度信号处理分析单元，30、温度信号输出报警单元，31、冷却吹扫管，32、温度信号线缆，33、转向电机控制线缆。
具体实施方式：
24.为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
25.实施例1：参见图1、图2，一种干熄焦锅炉爆管检测定位装置，所述定位装置包括干熄炉1，预存室压力测点2，预存室压力调节阀3，一次除尘4，锅炉放散蒸汽温度测点5，锅炉放散管6，锅炉7，汽轮机8，发电机9，红外检测定位控制装置10，锅炉热管11，锅炉底部漏水检测装置12，氢气含量测点13，二次除尘14，循环风机15以及空导阀16；如图1所示：干熄炉1左侧安装有空气导入管道及空导阀16，干熄炉顶端右侧安装有预存室压力调节阀3及预存室压力测点2；其中干熄炉1通过红焦置换出的高温烟气1000℃左右通过一次除尘设备4后，进入锅炉内部热管加热给水换热，高温烟气在锅炉7内部热管11循环置换后烟气温度下降至160℃，烟气再经过二次除尘14，再通过循环风机15的作用继续进入干熄炉1内部循环使用，锅炉7通过高温烟气加热产生的蒸汽进入汽轮机8中做功带动发电机组9发电生产；在锅炉顶部出口安装有锅炉放散管6及温度测点5，其中锅炉7内部热管11分别包含低温省煤器管，低温过热器管，高温过热器管等。锅炉给水在热管中加热运行，高温烟气通过热管加热给水运行。锅炉底部出口加装漏水检测装置12，锅炉烟气出口加装氢气含量测点13，在锅炉炉膛安装热管泄漏红外检测定位控制装置10。所述红外检测定位控制装置由锅炉炉膛17，红外测温探测器18，检测室19，旋转轴20，转向电机21，万向金属软管接头22，压缩弹簧23，活塞24，测温探头驱动室25，红外测温控制器26，控制线缆27，温度信号接收单元28，温度信号处理分析单元29，温度信号输出报警单元30，冷却吹扫管31，温度信号线缆32，转向电机控制线缆33组成；如图2所示；红外检测定位控制装置包含的组件检测室19和组件测温探头驱动室25，其中红外测温探测器18活动安装在检测室19中间，另一端贯穿安装在测温探头驱动室25中间，两端之间通过万向金属软管接头22连接，驱动室25包含气动活塞24，红外测温控制器26的一端连接测温探头驱动室25，另一端依次连接温度信号接收单元28，温度信号处理分析单元29，温度信号输出报警单元30；红外测温控制器26接受控制指令后，通过气路控制活塞24推动压缩弹簧23位移，进而驱动红外测温探测器18前进，进入炉膛内部进行红外扫描测温，同时，转向电机21接受指令驱动旋转轴20运动，进而带动探测器18多角度旋转扫秒炉膛内的烟气温度变化，同时，冷却吹扫管31工作，通过冷却空气不断对探测器18进行冷却吹扫，降低探测器工作环境温度，延长设备寿命，红外测温探测器将炉膛内烟气温度测量信号通过控制器26输出至温度信号接受单元28，再次进入温度信号处理分析单元29中。多个红外热成像探测器置于锅炉的各炉孔处，分别对准炉内，由冷却和除尘系统对探测器进行保护，探测器以每秒25场的速度输出温度图像信号，经过一定距离的传输线，传输到监控室，并在监控室内实现对监测温度图像的集中处理；然后，经过选择出的一路信号送至放大器，其输出送到图像采集部件，将模拟信号变成数字图像信号输出到微型计算机，计算机对图像进行实时滤波、温度计算处理，然后将输入的信号温度分布图像的形式显示在监视器上。同时，计算出本画面的最高、平均和最低温度。通过对实际温度与设定温度的对比，以及温度分布图像的分析，能够及时得出温度异常下的所对应的具体泄漏点及位置。同时发出报警信号，便于进行故障后的相关处理。
26.实施例2：参见图1-图5，采用干熄焦锅炉爆管检测定位装置的安全控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
27.第一步：当干熄炉预存室压力检测大于100pa，锅炉出口烟气氢气含量大于2％，两个条件同时满足，控制系统立即通过驱动干熄炉预存室压力调节阀动作，泄压；
28.第二步：当干熄炉预存室压力进一步超出200pa，氢气含量超出5％；同时锅炉给水流量与蒸汽流量差异明显增大，即给水流量明显变大，蒸汽流量明显减少；同时经过锅炉放散管温度测点测量判断温度升高有蒸汽外排，锅炉底部漏水检测装置动作判断锅炉底部积水，上述三组条件同时满足后，控制系统立即驱动现场设备联动操作，充分保证干熄焦大生产的稳定，避免锅炉热管爆管泄漏导致的爆炸事故的发生；
29.第三步：红外测温定位控制装置通过实时将炉膛温度信号的变化量进行分析，比较，得出某一点温度的最高，最低，以及平均温度值，将设定的正常运行工况下的温度信号与测量温度信号进行比较运算，得出温度异常结论，同时通过图像分析可以判定温度发生异常的具体方位，发出报警，提醒运行人员炉膛热管某处可能泄漏，精准定位锅炉热管故障点。
30.如图3红外测温分析定位原理框图所示；在红外测温系统的实际运行中，根据锅炉温度检测的实际需求，将多个红外热成像探测器置于锅炉的各炉孔处，分别对准炉内，由冷却和除尘系统对探测器进行保护。探测器以每秒25场的速度输出温度图像信号，经过一定距离的传输线，传输到监控室，并在监控室内实现对监测温度图像的集中处理。然后，经过选择出的一路信号送至放大器，其输出送到图像采集部件，将模拟信号变成数字图像信号输出到微型计算机。计算机对图像进行实时滤波、温度计算处理，然后将输入的信号温度分布图像的形式显示在监视器上。同时，计算出本画面的最高、平均和最低温度。通过对实际温度与设定温度的对比，以及温度分布图像的分析，能够及时得出温度异常下的所对应的具体泄漏点及位置。同时发出报警信号，便于进行故障后的相关处理。
31.如图4干熄焦锅炉爆管漏水检测分层控制原理框图1所示，当干熄炉预存室压力检测大于100pa，锅炉出口烟气氢气含量大于2％，两个条件同时满足，控制系统立即通过驱动干熄炉预存室压力调节阀动作，泄压；同时进一步通过驱动干熄炉空导阀动作，加大空气导入量。经过上述调节作用，系统预存室压力和氢气含量如果仍然异常或进一步超出预警值，则控制系统立即进行下一步控制。
32.如图5干熄焦锅炉爆管漏水检测分层控制原理框图2所示，当干熄炉预存室压力进一步超出200pa，氢气含量超出5％；同时锅炉给水流量与蒸汽流量差异明显增大，即给水流量明显变大，蒸汽流量明显减少；同时经过锅炉放散管温度测点测量判断温度升高有蒸汽外排，锅炉底部漏水检测装置动作判断锅炉底部积水，上述三组条件同时满足后，控制系统立即驱动全系统充氮气，降低锅炉内部氢气和一氧化碳爆炸点浓度，同时驱动一次除尘紧急放散阀动作，对烟气系统泄压；驱动循环风机降负荷，降低循环风量，减小系统烟气压力；通过控制系统进一步联动控制锅炉减负荷，发电机组减负荷，对整个大系统减压，最后可进一步通过锅炉防爆门打开实现系统进一步完全泄压。通过上述一系列的联动操作，可充分保证干熄焦大生产的稳定，避免锅炉热管爆管泄漏导致的爆炸事故的发生。
33.该方案针对整个干熄焦锅炉生产过程加装温度，压力，氢气含量，漏水检测报警装置，综合正确及时判断锅炉热管爆管泄漏故障的发生。该方案通过dcs自动分层控制逻辑程
序，实现锅炉爆管泄漏后的应急安全保护自动控制的实施，避免了事故的扩大化，提高了工作效率，保证了人身安全。该方案中设计的一种红外检测定位锅炉泄漏自动控制装置，通过红外检测扫描，分析，温度图像，实现热管泄漏点的精准定位，提高劳动效率，节约大量的检修查找时间。该方案针对红外自动检测定位控制装置加装的在线压缩空气冷却吹扫延长红外检测器使用寿命。该方案通过转向机构自动控制红外探头旋转多角度全方位测温，突出了温度检测锅炉泄漏点的全面性，准确性。
34.工作原理：
35.干熄焦锅炉内部热管一旦发生爆管泄漏，由于热管材质是碳钢，碳钢在高温环境下与水蒸气发生化学反应：3fe 4h2o＝fe3o4 4h2。所以，热管泄漏直接导致锅炉烟气出口氢含量超标，大量的汽水混合物进入锅炉炉膛循环气体中，破坏了循环气体压力分布，使预存室压力迅速升高。当干熄炉预存室压力进一步超出200pa，氢气含量超出5％，同时锅炉给水流量与蒸汽流量差异明显增大，即给水流量明显变大，蒸汽流量明显减少；同时经过锅炉放散管温度测点测量判断温度升高有蒸汽外排，锅炉底部漏水检测装置动作判断锅炉底部积水，上述几个条件均满足，可以立即判断锅炉爆管发生。
36.此时通过爆管应急分层控制逻辑程序：
37.第一步：当干熄炉预存室压力检测大于100pa，锅炉出口烟气氢气含量大于2％，两个条件同时满足，控制系统立即通过驱动干熄炉预存室压力调节阀动作，泄压，同时进一步通过驱动干熄炉空导阀动作，加大空气导入量。经过上述调节作用，系统预存室压力和氢气含量如果仍然异常或进一步超出预警值，则控制系统立即进行下一步控制；
38.第二步：当干熄炉预存室压力进一步超出200pa，氢气含量超出5％；同时锅炉给水流量与蒸汽流量差异明显增大，即给水流量明显变大，蒸汽流量明显减少；同时经过锅炉放散管温度测点测量判断温度升高有蒸汽外排，锅炉底部漏水检测装置动作判断锅炉底部积水，上述三组条件同时满足后，控制系统立即驱动现场设备联动操作，充分保证干熄焦大生产的稳定，避免锅炉热管爆管泄漏导致的爆炸事故的发生。
39.当确认锅炉热管爆管或泄漏故障，启动上述一系列安全保护应急操作步骤后，红外测温定位控制装置通过实时将检测到的各点炉膛温度信号的变化量进行分析，比较，得出某一点温度的最高，最低，以及平均温度值，将设定的正常运行工况下的温度信号与测量温度信号进行比较运算，得出温度异常结论，同时通过图像分析可以判定温度发生异常的具体方位，发出报警，提醒运行人员炉膛热管某处可能泄漏，最大程度上精准定位锅炉热管故障点，缩短停炉后的检修查漏时间。
40.锅炉控制系统dcs上位机通过检测信号确认锅炉发生爆管泄漏后，发出指令给红外测温控制器，控制器立即驱动红外检测定位控制装置进行工作：驱动气动活塞运动使红外测温探测器位移至工作位置；通过驱动转向电机控制测温探测器多角度旋转测温；驱动压缩空气冷却吹扫探头；进一步实时将温度信号的变化量传输至接受单元和分析单元进行分析，比较，得出某一点温度的最高，最低，以及平均温度值，将设定的正常运行工况下的温度信号与测量温度信号进行比较运算，得出温度异常结论，同时可以通过相对应的测温角度和方位判定温度发生异常的具体位置，发出报警，提醒运行人员炉膛热管某处可能泄漏。由于泄漏引起的汽水混合物遇高温烟气导致温度场发生变化异常，可以进一步通过温度检测的实时图像分析，可以精确得出所对应的锅炉内部某一角度某一位置热管可能发生泄
漏。
41.综上所述，该方案的应用实施极大程度上避免了干熄焦锅炉生产过程中热管爆管泄漏一氧化碳，氢气含量超标引发的锅炉爆炸事故的发生，一定范围内保证了锅炉稳定生产，杜绝了锅炉事故蒸汽外排和噪音污染，社会效益显著。
42.本专利技术方案在热电厂干熄焦作业区锅炉生产现场实验阶段，效果明显，充分保证了干熄焦余热锅炉热管泄漏后的安全操作运行，通过检测定位泄漏点，提高劳动效率。该干熄焦锅炉爆管检测报警及安全保护控制技术可以应用在锅炉生产热管泄漏检测以及应急操作自动控制方案领域内。
43.需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。