СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА Российский патент 2018 года по МПК F28G3/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в общем к загрязнению или отложениям золы в котлах-утилизаторах и, в частности, к обнаружению загрязняющих отложений золы на теплообменниках котлов-утилизаторов посредством сажеобдувочных устройств.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В процессе изготовления бумаги химическая варка дает в качестве побочного продукта черный щелок, который включает почти все неорганические вещества варки вместе с лигнином и другими органическими веществами, выделившимися из древесины во время варки в автоклаве. Черный щелок сжигают в котле-утилизаторе. Две функции котла-утилизатора заключаются в регенерации неорганических химических веществ, используемых в процессе варки, и использование химической энергии из органической части черного щелока для получения пара для бумажной фабрики. Используемый здесь термин котел-утилизатор может включать котел-утилизатор с опорой снизу или сверху, который, как сказано ниже, сжигает топливо, которое загрязняет теплопередающие поверхности.

Котел-утилизатор для черного щелока после сульфатной варки, например, может включать пароперегреватели в топке, которые извлекают тепло за счет радиации и конвекции из топочных газов. Насыщенный пар поступает в секцию пароперегревателей, и перегретый пар выходит при контролируемой температуре. Пароперегреватели включают ряд пучков труб, которые выполнены из труб, для проведения и передачи тепла. Теплопередающие поверхности пароперегревателя непрерывно загрязняются золой, которая выносится из топочной камеры. Количество черного щелока, которое можно сжечь в котле-утилизаторе часто ограничено скоростью и величиной загрязнений на поверхностях секции пароперегревателей. Загрязнения, включая золу, осажденную на поверхностях пароперегревателей, уменьшает количество тепла, поглощаемого при сжигании щелока, что может привести к понижению температуры пара, выходящего из пароперегревателей.

Иногда требуется остановка котла-утилизатора для очистки. Например, котлы-утилизаторы для сжигания черного щелока после сульфатной варки особенно подвержены проблеме загрязнения пароперегревателей. Один известный способ удаления отложений золы из пароперегревателей в таких котлах-утилизаторах включает использование сажеобдувочного устройства. Обдувка сажи представляет собой способ, который включает удаление отложений золы посредством обдувки с пароперегревателей (или другой теплопередающей поверхности, которая - загрязнена отложениями золы) сильной струей пара из сопел сажеобдувочного устройства. Сажеобдувочное устройство имеет трубку для подвода пара к соплам на ее дальнем конце. Обдувка сажи может быть выполнена по существу непрерывно во время нормальной эксплуатации котла-утилизатора, с помощью разных сажеобдувочных устройств, включаемых в разное время. Обдувку сажи обычно выполняют с помощью пара. Порядок обдувки сажи требует большого количества тепловой энергии, производимой котлами-утилизаторами.

Известные способы определения количества отложений на секциях пароперегревателей котлов-утилизаторов обычно основаны на косвенных измерениях, таких как увеличение температуры газа, выходящего из котла-утилизатора, снижение температуры пара, теплопередача, энтальпия или повышенное падение давления на газовой стороне (секции сжигания в отличие от стороны воды/пара) котла-утилизатора. Однако такие способы не могут определять или по меньшей мере находить места отложений золы на теплообменниках котлов-утилизаторов. Соответственно, такие способы малопригодны для обеспечения надежной и эффективной стратегии обдувки сажи, которая снижает расход пара для экономии энергии, или для повышения КПД теплопередающей поверхности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ обнаружения загрязнения теплообменника котла-утилизатора. Этот способ может включать: подачу первой и второй струй текучей среды под давлением из первого и второго сопел элемента сажеобдувочного устройства; создание значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, создаваемых при воздействии одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением на теплообменник или одно или больше значительных отложений на теплообменнике и передачу обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением и определение, когда значительное отложение на теплообменнике указывает на загрязнение на основании такого значения.

Каждая из первой и второй струй текучей среды под давлением может включать дозвуковой поток пара.

Одна или больше сил противодействия может включать одно или больше скручивающих усилий, оказываемых на элемент сажеобдувочного устройства.

Генерируемое значение может быть основано на отслеженном значении от чувствительного элемента тензодатчика, расположенного на элементе сажеобдувочного устройства для детектирования отслеженного значения.

Способ может включать: определение линейного положения сопел относительно контрольного положения; определение угловой ориентации по меньшей мере одного из сопел относительно контрольной ориентации; определение, есть ли одно или больше значительных отложений на поверхности теплообменника на основании этого значения, линейного положения и угловой ориентации сопел; и если определено, что на теплообменнике есть одно или больше значительных отложений, определение конкретной пары возможных мест одного или больше значительных отложений на теплообменнике на основании линейного положения и угловой ориентации сопел.

Определение линейного положения и угловой ориентации сопел может быть основано на периоде времени, который прошел с исходного времени.

Способ может включать: перемещение элемента сажеобдувочного устройства из первого исходного положение во второе положение максимального ввода в направлении, по существу перпендикулярном некоторому числу пучков труб теплообменника; вращение элемента сажеобдувочного устройства вокруг его продольной оси и определение некоторого числа разных расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе, каждое из которых определяется соответствующим линейным положением между первым исходным положением и вторым положением максимального ввода и угловой ориентацией элемента сажеобдувочного устройства.

В каждом из некоторого числа разных расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе во время эксплуатации котла-утилизатора, может быть создано соответствующее значение, указывающее на одну или больше сил противодействия, передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением, подаваемой элементом сажеобдувочного устройства в этом конкретном расположении.

Этот способ может включать построение для элемента сажеобдувочного устройства таблицы, которая указывает, расположено ли по меньшей мере одно значительное отложение по меньшей мере в одном месте теплообменника, соответствующем каждому из упомянутого множества разных расположений элемента сажеобдувочного устройства.

В каждом из некоторого числа разных расположений элемента сажеобдувочного устройства способ может включать измерение соответствующего базового значения, причем каждое базовое значение указывает на отсутствие загрязнения в этом конкретном расположении.

Перемещение элемента сажеобдувочного устройства и вращение элемента сажеобдувочного устройства при измерении соответствующих базовых значений может происходить с той же скоростью, что и при создании соответствующих значений, указывающих на одну или больше сил противодействия во время эксплуатации котла-утилизатора.

В каждом из упомянутого числа разных расположений элемента сажеобдувочного устройства способ может включать определение того, что по меньшей мере одно значительное отложение расположено по меньшей мере в одном из двух возможных мест теплообменника, соответствующих этому конкретному расположению элемента сажеобдувочного устройства, на основании сравнения соответствующего значения, генерированного во время эксплуатации котла-утилизатора, соответствующего базового значения, связанного с этим конкретным расположением.

Способ может включать: когда элемент сажеобдувочного устройства перемещают и вращают в каждом из некоторого числа разных моментов времени, создание соответствующего значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, действующих на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением в конкретный момент времени, и установка связи одного соответствующего из некоторого числа расположений элемента сажеобдувочного устройства с каждым из этого числа разных моментов времени.

Способ может включать измерение соответствующего базового значения, причем каждое базовое значение указывает на отсутствие загрязнения при конкретном расположении из некоторого числа разных расположений элемента сажеобдувочного устройства.

Способ может включать преобразование некоторого числа значений, генерированных во время эксплуатации котла-утилизатора, и некоторого числа базовых значений в соответствующие первый и второй наборы данных в частотной области.

Способ может включать рассмотрение некоторого числа полос частот первого и/или второго наборов данных в частотной области, чтобы идентифицировать конкретную полосу частот из общего числа полос частот, когда эта конкретная полоса частот более вероятнее чем любая другая полоса частот из этого числа имеет отклик, который соответствует генерированным соответствующим значениям.

Способ может включать преобразование данных в частотной области идентифицированной полосы частот для первого и второго наборов данных в частотной области в соответствующие первый и второй наборы данных во временной области, причем каждый элемент первого и второго наборов данных во временной области определяют по соответствующему одному из упомянутого некоторого числа разных моментов времени и соответствующему значению амплитуды.

Каждый элемент данных во временной области из первого набора может быть связан с соответствующим элементом из второго набора данных во временной области.

Способ может включать определение для каждой пары соответствующих элементов первого и второго наборов данных во временной области, когда одно или больше значительных отложений находятся на теплообменнике на основании сравнения связанного значения амплитуды элемента из первого набора данных во временной области и соответствующего элемента второго набора данных во временной области.

В соответствии с вторым аспектом настоящего изобретения предложен способ обнаружения загрязнений теплообменника котла-утилизатора. Этот способ может включать: подачу струи текучей среды под давлением из сопла элемента сажеобдувочного устройства; создание значения, указывающего на силу противодействия, создаваемую посредством воздействия текучей среды под давлением на поверхность теплообменника или значительным отложением на поверхности теплообменника и передаваемую обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством струи текучей среды под давлением; и определение, когда значительное отложение на поверхности теплообменника указывает на загрязнение на основании значения, указывающего на силу противодействия.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложен компьютерный программный продукт для обнаружения загрязнения теплообменника котла-утилизатора с помощью элемента сажеобдувочного устройства, который подает первую и вторую струи текучей среды под давлением из первого и второго сопел. Компьютерный программный продукт может включать энергонезависимый машиночитаемый носитель, имеющий введенный машиночитаемый программный код. В частности, машиночитаемый программный код может включать а) машиночитаемый программный код для генерации значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, создаваемых при воздействии одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением на теплообменник или одного или больше значительных отложений на теплообменнике и передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением; и b) машиночитаемый программный код для определения когда на теплообменнике есть значительное отложение, указывающее на загрязнение на основании генерированного значения.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предложена система для обнаружения загрязнения теплообменника котла-утилизатора с помощью элемента сажеобдувочного устройства, который подает первую и вторую струи текучей среды под давлением из первого и второго сопел. Система может включать систему сбора данных для генерации значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, создаваемых при воздействии одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением на теплообменник или одного или больше значительных отложений на теплообменнике и передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением. Система сбора данных также может определять, когда на теплообменнике есть значительное отложение, указывающее на загрязнение на основании генерированного значения.

Система сбора данных и система управления, описанные в настоящем документе, могут включать компьютер любого типа, который получает входные данные, обрабатывает эти данные посредством компьютерных команд и генерирует выходные данные. Такой компьютер может быть карманным компьютером или ноутбуком, настольным, микрокомпьютером, процессором цифровых сигналов (DSP), главным компьютером, сервером, сотовым телефоном, электронным секретарем, другими программируемыми компьютерными устройствами или любым их сочетанием. Такие компьютеры также могут быть реализованы с использованием программируемых логических устройств, таких как программируемые вентильные матрицы (FPGA) или, альтернативно, таких как специализированные интегральные микросхемы (ASIC) или им подобные устройства. Термин ''компьютер'' также включает сочетание из двух или больше вышеуказанных устройств, например, из двух или больше микрокомпьютеров. Такие компьютеры могут быть соединены друг с другом беспроводным или проводным способом. Также предусмотрено, что система сбора данных и система управления могут быть объединены в одном компьютере Соответственно, аспекты настоящего изобретения могут быть реализованы полностью как аппаратное обеспечение, полностью как программное обеспечение (включая встроенное программное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.д.) или как комбинированное программное и аппаратное обеспечение, которое может называться в настоящем документе в общем как ''схема'', ''модуль'', ''компонент'' или ''система''. Кроме того, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, записанного на один или больше машиночитаемых носителей, имеющих записанный на них машиночитаемый программный код.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Хотя описание изобретения завершается формулой изобретения, конкретно излагающей и четко заявляющей настоящее изобретение, мы полагаем, что настоящее изобретение будет лучше понято из последующего описания вместе с прилагаемыми фигурами чертежей, на которых одинаковые ссылочные числа обозначают одинаковые элементы.

Фиг. 1 - схематическое изображение типичной системы котла-утилизатора с одним или несколькими сажеобдувочными устройствами для обнаружения загрязнений на поверхностях теплообменников котлов-утилизаторов в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 2 - увеличенный перспективный вид сверху части системы котла-утилизатора, показанной на Фиг. 1, с изображением ряда сажеобдувочных устройств, расположенных в ряде пучков труб пароперегревателя в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 3А - схематическое изображение относительного положения модели струи пара из копья, падающей на отложение, сформировавшееся на поверхности теплообменника, чтобы создать момент кручения в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 3В - вид сверху четырех смежных пучков труб с загрязнением в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 4 - схематическое изображение, как сила противодействия создается на сопле трубы 86 сажеобдувочного устройства в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 5 - подобна Фиг. 3В, но каждый пучок труб показан как некоторое число труб.

Фиг. 6 - изображение части трубы сажеобдувочного устройства с устройством для измерения момента, включающим установленную на нем систему сбора данных, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 7 - представление во временной области значения, указывающего на силу противодействия и отслеженного устройством измерения момента с Фиг. 6 во время прохода сажеобдувочного устройства в соответствии с принципами настоящего изобретения;

Фиг. 8 - изображение в частотной области данных во временной области с Фиг. 8 в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 9 - изображение во временной области ограниченной полосы частот, выбранной из данных во временной области с Фиг. 7, в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 10, 11А, 11В - соответствующие технологические схемы примеров способа обнаружения загрязнений на поверхности теплообменника в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 12А - 12С - разные таблицы, связывающие отслеженные значения момента с конкретным расположением элемента сажеобдувочного устройства в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В последующем подробном описании предпочтительных вариантов осуществления сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, которые являются частью описания и которые даны для примера, а не для ограничения, конкретных предпочтительных вариантов осуществления изобретения, которые могут быть осуществлены на практике. При этом понимается, что могут быть применены другие варианты осуществления, и что могут быть внесены изменения, не нарушающие сущность и объем настоящего изобретения.

На Фиг. 1 схематически показана система 10 котла-утилизатора для сжигания черного щелока после сульфатной варки целлюлозы, имеющая систему 2 сажеобдувочного устройства с одним или несколькими сажеобдувочными устройствами (также именуемыми здесь как ''элементы сажеобдувочных устройств''), однако другие системы котла-утилизатора с разными сажеобдувочными системами и их вспомогательные устройства также входят в объем настоящего изобретения. Система котла-утилизатора для черного щелока после сульфатной варки, имеющая несколько сажеобдувочных устройств, раскрыта и описана в патентной заявке США №2006/0065291 А1, опубликованной 30 марта 2006 г. под названием ''Способ определения эффективности отдельного сажеобдувочного устройства'', которая включена в настоящий документ путем ссылки. В вариантах осуществления настоящего изобретения может быть использовано любое подходящее сажеобдувочное устройство, включая сажеобдувочные устройства любого поперечного сечения и применяющие любой механизм для уменьшения отложений на поверхностях теплообменников.

Черный щелок является побочным продуктом химической варки в процессе изготовления бумаги, который сжигают в системе котла-утилизатора 10. Исходная концентрация ''слабого черного щелока'' составляет приблизительно 15%. Черный щелок концентрируют до условий сжигания (65%-85% содержания сухих веществ) в испарителе 12 и затем сжигают в системе котла-утилизатора 10. В испаритель 12 слабый черный щелок поступает с промывных устройств (не показаны), расположенных после варочного автоклава (не показан).

Система котла-утилизатора 10 включает котел-утилизатор 14, включающий герметичный корпус, в котором расположена топка 16, где черный щелок сжигают, чтобы получить горячие рабочие газы, секция теплопередачи 18 и стенка с закругленным ребром (bullnose) 20 между топкой 16 и теплопередающей секцией 18, см. Фиг. 1. Система котла-утилизатора 10 также включает экономайзер 50, батарею 52 котла-утилизатора и секцию пароперегревателя 60, которые все расположены в теплопередающей секции 18, см. Фиг. 1. Горячие рабочие газы, включающие золу от сгорания топлива в топке 16 проходят вокруг стенки с закругленным ребром 20 в и через теплопередающую секцию 18, затем фильтруются в электростатическом пылеуловителе 26 и выходят через газоход 28, см. Фиг. 1.

Вертикально центрованные стенные трубы 32 введены в вертикальные стены 30 топки 16. Как будет сказано ниже, текучая среда, главным образом вода, проходит по стенным трубам 32, так что энергия в форме тепла горячих рабочих газов, созданная в топке 16, передается текучей среде, проходящей по стенным трубам 32. Топка 16 имеет каналы для подачи воздуха на первом уровне 34, каналы подачи воздуха на втором уровне 36 и каналы подачи воздуха на третьем уровне 38 для подачи воздуха для сжигания на трех разных уровнях высоты. Черный щелок вводят в топку 16 из сопел 40. Черный щелок подают в сопла 40 из испарителя 12.

Экономайзер 50 получает питательную воду от источника подачи. В показанном варианте осуществления питательная вода может подаваться в экономайзер 50 при температуре приблизительно 250°F. Экономайзер 50 может нагревать воду до температуры приблизительно 450°F. Горячие рабочие газы, проходящие через теплопередающую секцию 18, подают энергию в форме тепла в экономайзер 50 для нагрева питательной воды. Нагретая вода затем подается из экономайзера 5 в верхний барабан (паровой барабан) 52А батареи 52 котла-утилизатора, см. Фиг. 1. Верхний барабан 52А работает в общем как сепаратор пара-воды. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, вода проходит вниз первого комплекта труб 54 от верхнего барабана 52А в нижний барабан (барабан-шламоотделитель) 56. Когда вода проходит вниз по трубам 54, она может нагреваться до температуры приблизительно 400-600°F. Из нижнего барабана 56 часть нагретой воды проходит через второй комплект труб 58 в батарее 52 котла-утилизатора в верхний барабан 52А. Оставшаяся часть нагретой воды из нижнего барабана 56 подается в стенные трубы 32 в топке 16. Вода, проходящая через второй комплект труб 58 в батарее 52 котла-утилизатора и стенные трубы 32 в топке 16, может быть нагрета до насыщенного состояния. В насыщенном состоянии текучая среда в основном жидкая, но может образоваться пар. Текучая среда в стенных трубах 32 возвращается в батарею 52 котла-утилизатора в верхнем барабане 52А. Пар отделяется от жидкости в верхнем барабане 52А. Пар в верхнем барабане 52А подается в секцию пароперегревателя 60, тогда как вода возвращается в нижний барабан 56 через первый комплект труб 54.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, секция пароперегревателя 60 включает первый, второй и третий пароперегреватели 61, 62 и 63, каждый из которых может включать 20-50 теплопередающих элементов 64, включающих плоские пучки труб 61А, 62А и 63А. Используемый здесь термин ''теплообменник'' включает пароперегреватель 61, 62, 63, а также другие устройства, посредством которых теплота горячих газов передается текучей среде, такой как вода. Плоские пучки труб 61А, 62А и 63А включают трубы, но на Фиг. 2 схематически показаны как прямоугольные конструкции. Пар входит в плоские пучки труб 61А, 62А и 63А через соответствующую коллекторную трубу, называемую входным коллектором (не показан), перегревается в плоских пучках труб 61А, 62А и 63А и выходит из плоских пучков труб 61А, 62А и 63А как перегретый пар через другую коллекторную трубу, называемую выходным коллектором (не показан). Плоские пучки труб 61А, 62А и 63А могут быть, например, подвешены на коллекторах (не показаны). Горячие рабочие газы, проходящие через теплопередающую секцию 18, подают энергию в форме тепла в секцию пароперегревателя 60 для перегрева пара. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, горячие рабочие газы движутся в направлении стрелки 101. Предусмотрено, что секция пароперегревателя 60 может включать меньше трех пароперегревателей или больше трех пароперегревателей.

Наружная поверхность или теплопередающая поверхность 67 каждого теплопередающего элемента 64 открыта внутрь топки 16. Хотя каждая теплопередающая поверхность 67 показана на Фиг. 2 как плоская поверхность, поскольку каждый теплопередающий элемент 64 включает трубы, теплопередающая поверхность 67 определена наружными поверхностями труб, составляющих этот теплопередающий элемент 64. Вся теплопередающая поверхность 67 каждого теплопередающего элемента 64 или ее значительная часть могут покрываться золой во время нормальной эксплуатации топки 16. Для повышения КПД эксплуатации теплопередающих элементов 64 значительная часть теплопередающих поверхностей 67 элементов 64 может быть очищена системой 2 сажеобдувочных устройств, чтобы удалить с них отложения золы.

Поскольку горячие рабочие газы движутся через секцию пароперегревателя 60 в направлении стрелки 101, показанной на Фиг. 2, на передних кромках 61В, 62В и 63В отлагается больше золы чем на противоположных задних кромках 61С, 62С и 63С, и, следовательно, передние кромки 61В, 62В и 63В обычно покрыты большим количеством золы чем задние кромки 61С, 62С и 63С. Как более подробно объяснено ниже, поскольку горячие рабочие газы движутся в направлении стрелки 101, это влияет на то, сколько отложений скапливаются на передних и задних поверхностях 61D-63D и 61Е-63Е плоских пучков труб 61А, 62А и 63А. Толщина каждого плоского пучка труб 61А-63А обозначена буквой ''Т'' на Фиг. 2. Теплопередающая поверхность 67 каждого теплопередающего элемента 64, т.е., каждый плоский пучок труб 61А-63А, включает соответствующие передние и задние кромки 61В-63В и 61С-63С и соответствующую переднюю и заднюю поверхности 61D-63D и 61Е-63Е.

Как сказано выше, система сажеобдувочных устройств 2 включает одно или несколько сажеобдувочных устройств 84. Сажеобдувочное устройство 84 также называется в настоящем документе ''элемент сажеобдувочного устройства''. Сажеобдувочные устройства 84 используют для очистки, т.е., удаления золы и т.п. с теплопередающих поверхностей 67 теплопередающих элементов 64. Каждое сажеобдувочное устройство 84 может включать удлиненную трубу или пику 86 по меньшей мере с одним соплом 88 и обычно пару радиальных сопел 88, расположенных приблизительно на 180° на дальнем конце пики 86, см. Фиг. 2. Сопла 88 являются соплами сажеобдувочного устройства. Пики 86 находятся в жидкостном сообщении с источником пара (или воды) (не показан). Предпочтительно, пар подают под давлением 100-400 фунтов на кв. дюйм.

С каждым сажеобдувочным устройством 84 может быть соединено устройство линейного привода 184, которое перемещает сажеобдувочное устройство 84 из первого исходного положения, которое может находиться снаружи котла-утилизатора 14, во второе положение максимального ввода, где сажеобдувочное устройство 84 расположено в секции пароперегревателей 60. Устройство линейного кодирования 186 может являться часть линейного привода 184 или может быть соединено прямо с сажеобдувочным устройством 84, чтобы определять линейное положение сажеобдувочного устройства 84 относительно контрольного положения, такого как исходное положение. Также с каждым сажеобдувочным устройством 84 может быть соединено устройство поворотного привода 188 для вращения сажеобдувочного устройства 84 относительно контрольной ориентации или углового положения, такого как исходное положение 0°, когда оно движется из первого исходного линейного положения во второе положение максимального ввода. Устройство углового кодирования 190 может являться частью устройства поворотного привода 188 или может быть соединено прямо с сажеобдувочным устройством 84, чтобы определять угловую ориентацию или угловое положение сажеобдувочного устройства 84 относительно исходного углового положения. Устройства линейного привода 184 и устройства поворотного привода 188 соединены с системой управления 6 для управления работой устройств 184, 188. Устройство линейного кодирования 186 и устройство углового кодирования 190 соединены с системой управления 6, так что система управления 6 принимает данные, генерируемые устройствами кодирования 186 и 190 и соответствующие отслеженным линейным положениям и угловым положениям сажеобдувочных устройств 84. Движение внутрь каждого сажеобдувочного устройства 84 между первым и вторым положениями называется первым ходом, и движение наружу между вторым положением и первым положением называется вторым ходом.

Как показано на Фиг. 2, сажеобдувочные устройства 84 могут двигаться в общем перпендикулярно высоте ''Н'' и ширине ''W'' теплопередающих элементов 64 и между высотой и шириной теплопередающих элементов 64. Когда сажеобдувочные устройства 84 движутся между их первым и вторым положениями, пар подается через сопла 88. Когда пар контактирует с золой, скопившейся на теплопередающих поверхностях 67, часть золы удаляется. С течением времени отложение остаточной золы может стать чрезмерно вязким для удаления сажеобдувочными устройствами 84, и можно использовать альтернативный способ очистки. Описанные выше сажеобдувочные устройства 84 используют пар и/или воду; следует однако сказать, что варианты осуществления настоящего изобретения этим не ограничены, и сажеобдувочные устройства также могут быть основаны на другом принципе, таком как акустическая обдувка сажи, или другом принципе, позволяющем удалять сажу при использовании котла-утилизатора 14.

На Фиг. 3А схематически показаны относительные положения струй пара из сажеобдувочного устройства 84, падающих на отложение золы, образовавшееся на теплопередающей поверхности 67 теплопередающего элемента 64. В частности, на Фиг. 3А показана задняя поверхность 62Е и передняя кромка 62В плоского пучка труб 62А и задняя поверхность 61Е и задняя кромка 61С соседнего плоского пучка труб 61А. Из-за направления потока газов с золой и другими материалами газы стремятся падать на переднюю кромку 62В и образовывать отложение 302 на ней. Газы стремятся протекать по передней и задней поверхностям 61D и 61Е плоского пучка труб 61А и не прямо падать на заднюю кромку 61С или не образовывать отложение на задней кромке 61С. Как показано, отложение 302 может быть тяжелее или больше ближе к низу передней кромки 62В по сравнению с верхней областью передней кромки 62В. Пятна 301 на Фиг. 3А показывают, что отложение 302 стремится стать тоньше или меньше с увеличением расстояния от передней кромки 62В по поверхностям плоских пучков труб 62D и 62Е.

На Фиг. 3А сопла 88 сажеобдувочного устройства 84 выходят из и в плоскость бумаги. При выходе из плоскости бумаги труба 86 сажеобдувочного устройства может быть повернута так, что сопла 88 и подаваемые струи пара поворачиваются по часовой стрелке 308. Если загрязнение, т.е., значительное отложение 302 золы расположено на теплопередающей поверхности 67 теплопередающего элемента 64, которое показано на передней кромке 62В и передней и задней поверхностях 62D и 62Е плоского пучка труб 62А на Фиг. 3А, то струя пара 304, подаваемая из одного из сопел 88, будет падать на это отложение 302. Как объяснено более подробно в отношении Фиг. 4, удар текучей среды под давлением, включающей струю пара 304, по отложению 302 вызывает силу противодействия 306, которая передается обратно в область сопел на трубе 86 сажеобдувочного устройства посредством струи пара 304. Сила противодействия 306, передаваемая обратно на трубу 86 сажеобдувочного устройства, может ощущаться пикой 86 сажеобдувочного устройства как реактивный момент, который противоположен направлению вращения 308. В некоторых вариантах осуществления скорость пара 304 может играть некоторую роль в том, как эффективно сила противодействия передается обратно на трубу 86 сажеобдувочного устройства. Например, дозвуковой поток пара может передавать силу противодействия обратно с большей амплитудой чем сверхзвуковой поток пара.

На Фиг. 3В показан вид сверху четырех смежных плоских пучков труб 61А, 62А, имеющих загрязнение. Как показано, отложения 302 обычно могут образовываться на ''ведущей'' кромке (например, на передней кромке 61В, 62В) плоского пучка труб 64 при меньшей массе отложения ближе к ''задней'' кромке (например, к задней кромке 61С, 62С) плоского пучка труб. Каждое отложение 302 может образовываться на передней поверхности 61D, 62D и задней поверхности 61Е, 62Е плоского пучка труб 64. Таким образом, отложение 302 может увеличиваться наружу в зазоре G₁ между смежными задней и передней кромками 61С и 62В соседних плоских пучков труб 64, а также увеличиваться наружу в зазоре G₂ между смежными задними и передними поверхностями 61Е, 61D и 62Е, 62D соседних плоских пучков труб 64.

На Фиг. 3В показан пример модели струи пара 402, чтобы показать, как модель струи 402 может иметь место в области между двумя теплопередающими элементами 64. Теплопередающие элементы 64 могут отстоять друг от друга на расстояние 404, составляющее приблизительно 1 фут между центрами соседних теплопередающих элементов 64. От 20 до 50 теплопередающих элементов 64 могут быть очищены сажеобдувочным устройством 84, когда сажеобдувочное устройство 84 движется из его исходного положения в его положение максимального ввода. Каждый теплопередающий элемент 64 может иметь толщину Т приблизительно от 2 дюймов до 2,5 дюймов. Движение сажеобдувочного устройства 86 во время полных первого и второго ходов может занимать приблизительно 90-120 секунд. В качестве примера, 20 теплопередающих элементов 64 будут захватывать расстояние приблизительно 20 футов. Если сажеобдувочное устройство 86 движется с такой скоростью, чтобы захватывать это расстояние за 120 секунд, то сопла 88 сажеобдувочного устройства 86 будут двигаться со скоростью приблизительно 2 дюйма/с, и потребуется приблизительно 5,0 секунд, чтобы пройти приблизительно 10 дюймов между двумя соседними теплопередающими элементами 64. Если сопла 88 сажеобдувочного устройства 84 поворачивают с частотой 0,5 - 1,0 Гц, то сопла 88 могут совершить поворот на 360°, находясь между двумя соседними теплопередающими элементами 64. Средний специалист в данной области техники поймет, что линейная скорость сажеобдувочного устройства 84, частота вращения сопел 88 сажеобдувочного устройства и расстояние между соседними теплопередающими элементами 64 могут быть выбраны так, чтобы определять и управлять взаимодействием модели струи 402 с разными частями теплопередающих поверхностей 67 теплопередающих элементов 64.

На Фиг. 4 схематически показано, как сила противодействия генерируется на сопле 88, когда оно расположено так, как показано на Фиг. 3А и 3В. Струя 304 пара из одного сопла 88 падает на отложение 302. Однако, если пар 304 считать состоящим из дискретных паровых элементов, то нижний дискретный паровой элемент 322 проходит меньшее расстояние чем верхний дискретный паровой элемент 320 при падении на одно и то же отложение 302. Из-за этой разницы в расстояниях сила, создаваемая как противодействие дискретному паровому элементу 322, падающему на отложение 302, будет больше чем сила, создаваемая как противодействие дискретному паровому элементу 320, падающему на отложение 302. В совокупной силе противодействия 306, создаваемой паром 304, падающим на отложение 302, вклад дискретного парового элемента 322 будет больше чем вклад дискретного парового элемента 320. Таким образом, сила противодействия 306, которая передается обратно на сопло 88 посредством пара 304, не будет перпендикулярна наружной круглой поверхности трубы 86, не будет проходить через центр трубы 86 и оказывать скручивающее усилие на трубу 86 сажеобдувочного устройства.

На левой стороне Фиг. 4 сила противодействия не показана, поскольку струя 305 не падает на отложение или любую часть задней кромки 61С соседнего плоского пучка труб 61А.

Следует сказать, что сила противодействия, которая перпендикулярна поверхности трубы 86 и проходит через центр трубы 86, может иметь место, если пар падает на поверхность 67 плоского пучка труб или на значительное отложение 302, и будет по существу перпендикулярна поверхности, на которую падает струя.

Фиг. 5 подобна Фиг. 3В, но каждый теплопередающий элемент 64 показан как множество труб 502. На Фиг. 5 каждый теплопередающий элемент 64 показан как включающий множество труб 502, которые проходят в плоскость бумаги и из нее. Наружные поверхности труб 502, определяющие теплопередающий элемент 64, включают теплопередающую поверхность 67 этого теплопередающего элемента 64.

На Фиг. 5 также показан один или несколько тензодатчиков с чувствительным элементом 8, прикрепленным к трубе 86 сажеобдувочного устройства 84. В показанном варианте осуществления соответствующий чувствительный элемент 8 тензодатчика предпочтительно прикреплен к каждому отдельному сажеобдувочному устройству 84, но, альтернативно, чувствительный элемент 8 тензодатчика может быть установлен не на все сажеобдувочные устройства 84. Чувствительный элемент 8 тензодатчика может быть соединен для передачи данных с системой сбора данных (ССД) 9, которая, в свою очередь, может быть связана с системой управления 6. Чувствительный элемент 8 тензодатчика и ССД 9 измеряют и контролируют закручивающие силы противодействия или реактивные моменты, действующие на сажеобдувочное устройство 84. Однако, средний специалист в данной области техники может понять, что сила противодействия может быть любой из следующих: изгибающая сила, сдвигающая сила, касательная сила или радиальная сила.

На Фиг. 5 нет загрязнения или отложений на теплопередающих элементах 64. Однако даже в этих обстоятельствах тензодатчики 8 считаются отслеживающими значения деформаций, происходящих из-за реактивно индуцированных сил, когда струи пара 304 и 305 падают на поверхности труб 502, когда сажеобдувочное устройство 84 движется внутрь и наружу относительно стенке топки 30. Как описано более подробно ниже, один или больше первых и вторых ходов (например, 10 проходов) сажеобдувочного устройства 84 может быть выполнено для сбора данных, отслеживаемых чувствительным элементом тензодатчика 8 и передаваемых в ССД 9. Эти данные могут считаться базовым состоянием и представлять, какие силы противодействия может встретить сажеобдувочное устройство 84 во время эксплуатации даже при отсутствии загрязнения или отложений золы на теплопередающих поверхностях 67 теплопередающих элементов 64.

После эксплуатации котла-утилизатора в течение некоторого периода времени загрязнение или значительные отложения золы могут образоваться на поверхностях труб 502 (см., например, Фиг. 3В). Таким образом, если трубы 502 на Фиг. 5 также имеют загрязнение, то отложения золы могут быть встречены струями пара 304 и 305, когда сажеобдувочное устройство 84 движется линейно и с вращением. Таким образом, по меньшей мере одна из струй пара 304 и 305 может падать на отложение (например, 302), тогда как соответствующее сопло 88 находится в одном или больше из поперечных или линейных положений, и одна струя пара 304, 305 может также падать на это отложение, когда соответствующее сопло 88 находится в одной или больше из разных угловых ориентаций, когда сажеобдувочное устройство 84 также вращается во время поперечного движения. Движение сажеобдувочного устройства 84 можно охарактеризовать как перемещение сажеобдувочного устройства 84 из его первого исходного положения в его второе положение максимального ввода в направлении, по существу перпендикулярном множеству теплопередающих элементов 64 одного или нескольких пароперегревателей 61, 62 и 63, и вращение сопел 88 сажеобдувочного устройства вокруг продольной оси сажеобдувочного устройства. Если это движение разбить на дискретные шаги, то можно определить множество разных расположений сопел сажеобдувочного устройства (также называемых здесь ''расположения сажеобдувочных устройств'') в котле-утилизаторе 14, так что каждое расположение будет определяться соответствующим линейным положением сопел 88 сажеобдувочного устройства между первым исходным и вторым положением максимального ввода и угловой ориентацией или угловым положением сопел 88 сажеобдувочного устройства относительно контрольного положения, т.е., исходного нулевого положения. Поскольку сопла 88 расположены на фиксированном угловом расстоянии друг от друга, например, 180°, каждое расположение может быть определено по отношению к одному из двух сопел 88 относительно исходного нулевого положения или заданного углового местоположения на трубе 86 сажеобдувочного устройства относительно исходного нулевого положения. Для того, чтобы собирать данные по силам противодействия для сажеобдувочного устройства 84 при каждом из множества разных расположений сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе 14 во время эксплуатации котла-утилизатора, чувствительный элемент тензодатчика 8 может отслеживать значение деформации, относящееся к силе (или силам) противодействия, передаваемой обратно на сажеобдувочное устройство 84 посредством одной или обеих струй 304, 305 текучей среды под давлением, подаваемых соплами 88 сажеобдувочного устройства при каждом конкретном расположении. Эти значения деформаций могут быть переданы в ССД 9, которая затем может генерировать соответствующее значение на основании отслеженного значения деформации, которое указывает на силу (или силы) противодействия, передаваемые обратно на сажеобдувочное устройство 84. Поскольку в показанном варианте осуществления сопла 88 расположены на 180° друг от друга, может быть невозможно определить, посредством какой из двух струй, подаваемых двумя соплами 88, сила (или силы) противодействия передается обратно на сажеобдувочное устройство 84.

Поверхность 702 трубы сажеобдувочного устройства 86, см. Фиг. 5, может испытывать сжатие и растяжение под действием момента. В одном примере чувствительный элемент тензодатчика 8 включает пару элементов тензодатчиков, расположенных на поверхности 702 трубы 86. Одна пара может измерять увеличение в расстоянии, на котором поверхность находится под растяжением, и другая пара может измерять уменьшение в расстоянии, на котором поверхность находится под сжатием. В одном известном чувствительном элементе тензодатчика этого типа использована конфигурация моста Уитстона пар тензодатчиков; однако также возможны другие конфигурации. Тензодатчик преобразует значение деформации, действующей на поверхность 702 трубы 86 сажеобдувочного устройства в пропорциональное изменение сопротивления. Таким образом, чувствительный элемент тензодатчика 8 отслеживает и генерирует напряжение, пропорциональное деформации, например, значение деформации, являющейся результатом одной или нескольких сил противодействия, создаваемых за счет воздействия одной или нескольких струй пара 304, 305 на одну или несколько поверхностей 67 одного или нескольких теплопередающих элементов 64 и передаваемых обратно на трубу 86 сажеобдувочного устройства посредством одной или нескольких струй пара 304, 305. Обычно чувствительный элемент тензодатчика 8 измеряет значение деформации в единицах ''микродеформации''; где одна микродеформация имеет значение 1 п,м/м. В дополнение к описанным тензодатчикам сила противодействия, действующая на трубу 86 сажеобдувочного устройства, такая как реактивный момент, также может быть измерена стационарными датчиками приближения, магнитострикционными датчиками, магнитоэластичными датчиками, оптоволоконными датчиками, током двигателя устройства поворотного привода 188 и разными другими способами, но без нарушения объема настоящего изобретения.

ССД 9, показанная на Фиг. 5, может быть связана с чувствительным элементом тензодатчика 8 на трубе 86 каждого сажеобдувочного устройства в проводной или беспроводной конфигурации, чтобы регистрировать каждое значение деформации, отслеженное чувствительным элементом тензодатчика 8 и генерировать соответствующее значение на основании каждого отслеженного значения деформации, полученного от чувствительного элемента тензодатчика 8, которое указывает на одну или больше сил противодействия, передаваемых обратно на трубу 84. ССД 9 также может сохранять информацию по расположению для каждого сажеобдувочного устройства 84, которая связана с значениями, отслеженными его чувствительным элементом тензодатчика 8. Как сказано выше, устройство линейного кодирования 186 и устройство углового кодирования 190 соединены с системой управления 6, так что система управления 6 принимает данные, генерируемые устройствами кодирования 186 и 190, соответствующими отслеженным линейным и угловым положениям сажеобдувочных устройств 84. Как также сказано выше, ССД 9 может сообщаться с системой управления 6. Следовательно, ССД 9 может непрерывно принимать данные по расположению сажеобдувочного устройства от системы управления 6, включающие линейное положение и угловое положение для каждого сажеобдувочного устройства. Соответственно, для каждого значения силы противодействия, генерируемого ССД 9, ССД 9 соотносить или присваивать этому значению силы противодействия данные по расположению, включающие линейное положение и угловое положение сажеобдувочного устройства 84 при отслеживании чувствительным элементом тензодатчика 8 данных, относящихся к значению силы противодействия и используемых для вычисления значения силы противодействия. ССД 9 также может связывать период времени с значением силы противодействия, соответствующий времени, когда чувствительный элемент тензодатчика 8 отследил данные, относящиеся к значению силы противодействия и используемые для вычисления такого значения. Когда сажеобдувочное устройство работает с фиксированной линейной скоростью и частотой вращения, каждое значение силы противодействия может быть соотнесено с конкретным линейным и угловым положением путем использования времени начала и/или конца работы сажеобдувочного устройства и внутренней отметки времени, сохраненной ССД 9.

Альтернативно, если труба 86 сажеобдувочного устройства начинает движение в известном положении и известной угловой ориентации в конкретный момент времени, то известны ее скорость хода и частота вращения, ее местоположение (в котле-утилизаторе) и угловая ориентация (в отношении контрольного положения или значения) могут быть определены в любой момент времени на основании времени, которое прошло с такого конкретного момента времени. Поэтому ССД 9 может связать линейное положение и угловую ориентацию сажеобдувочного устройства, соответствующие периоду времени, за который отслеженное значение деформации принято от чувствительного элемента тензодатчика 8.

На Фиг. 6 показана часть сажеобдувочного устройства 84 с устройством измерения момента, например, чувствительным элементом тензодатчика 8, и системой сбора данных 9, установленной на ней. Цикл обдувки сажи начинается с исходного положения сажеобдувочного устройства 84. При подаче электропитания на устройство линейного привода 184, устройство 184 перемещает трубу сажеобдувочного устройства в котел-утилизатор 10 через стенку топки. Когда его сопла 88 будут находиться внутри котла-утилизатора, пар под высоким давлением может быть подан в сажеобдувочное устройство 84, чтобы начать цикл очистки. Устройство линейного привода 184 может продолжать подавать трубу 86 сажеобдувочного устройства в котел-утилизатор 10, а устройство поворотного привода 188 поворачивает трубу 86 сажеобдувочного устройства, пока она не достигнет положения максимального ввода. В это время устройством линейного привода 184 управляют, чтобы изменить его направление. Дополнительно в это время устройство поворотного привода 188 может повернуть сажеобдувочное устройство 84 на заданную величину, чтобы создать другой путь сопла, когда труба 86 сажеобдувочного устройства движется в направлении из котла-утилизатора 10. Устройство линейного привода 184 будет продолжать втягиваться до тех пор, пока сопло 88 не будет расположено рядом со стенкой топки, и в этот момент времени подача пара высокого давления может быть отключена.

На Фиг. 7 представлены значения во временной области, которые могут быть генерированы ССД 9 на основании данных, принятых от чувствительного элемента тензодатчика 8 и указывающих на силы противодействия, действующие на сажеобдувочное устройство 84 во время движения сажеобдувочного устройства 84 во время первого и второго ходов во время эксплуатации котла-утилизатора. На горизонтальной оси представлено время (в секундах) с момента начала движения сажеобдувочного устройства из его исходного положения. Линия 806 представляет движение трубы 86 сажеобдувочного устройства в котел-утилизатор, которое заканчивается, когда труба сажеобдувочного устройства достигнет положения максимального ввода. Линия 808 представляет движение трубы 86 сажеобдувочного устройства в направлении из котла-утилизатора, которое заканчивается, когда труба сажеобдувочного устройства возвращается в исходное положение. Во время этого интервала движения трубы 86 сажеобдувочного устройства чувствительный элемент тензодатчика 8 отслеживает и собирает данные, относящиеся к силам противодействия, передаваемым обратно на трубу 86 сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих струй пара, подаваемых соплами 88 и падающих на отложения золы на теплопередающих поверхностях 67 теплопередающих элементов 64 или прямо на теплопередающие поверхности 67. Как уже сказано, отслеженные значения деформаций используются ССД 9 для генерации значений, указывающих на силы противодействия, и амплитуды этих генерированных значений указывают на силы противодействия представленные на вертикальной оси 802 на Фиг. 7.

На Фиг. 8 приведено представление в частотной области данных во временной области с Фиг. 7 в соответствии с принципами настоящего изобретения. На данных во временной области, показанных на Фиг. 7, может быть выполнен анализ Фурье. Предусмотрено, что ССД 9 может преобразовывать данные во временной области с Фиг. 7 в данные в частотной области с Фиг. 8. На Фиг. 8 сигнал во временной области с Фиг. 1 был преобразован в его компоненты в частотной области, и на горизонтальной оси 904 представлены частоты и на вертикальной оси 902 представлена амплитуда спектральной энергии на этих частотах. Как можно видеть, есть ряд полос частот 906, 908, 910, 912, 914, в которых есть пики спектральной энергии относительно других значений частот. Один аспект на Фиг. 8 заключается в том, что горизонтальная ось проходит до частоты приблизительно 12 500 Гц и, поэтому, указывает, что выборка значения, отслеженного тензодатчиком 8, может быть выполнена на частоте приблизительно 25 000 Гц, чтобы генерировать данные во временной области, представленные на Фиг. 7; однако в объеме настоящего изобретения также предусмотрены более низкие частоты выборки.

Не все из этих полос частот 906-914 могут относиться к одной или обеим струям из трубы 86 сажеобдувочного устройства, падающим на отложения золы на теплопередающих поверхностях 67 теплопередающих элементов 64 или прямо на теплопередающие поверхности 67. Они могут относиться к другим периодически повторяющимся компонентам или деятельности в котле-утилизаторе 14 или самом сажеобдувочном устройстве, например, к силам, создаваемым подшипниками, зубчатыми колесами, двигателями и т.д. Таким образом, может быть выполнен дальнейший анализ разных полос частот, чтобы определить, какие из полос 906-914 кажутся наиболее соотнесенными с значениями, отслеженными чувствительным элементом тензодатчика 8 и вызванными силами противодействия, передаваемыми обратно на трубу 86 посредством одной или обеих струй 304, 305. Одна такая полоса частот 908, которая включает диапазон приблизительно от 300 до 500 Гц, может быть исследована эмпирически, чтобы определить, связана ли она с изменяющимися значениями сигналов, отслеживаемых чувствительным элементом тензодатчика 8 и соответствующих силам противодействия, передаваемым обратно на трубу 86 посредством одной или обеих струй пара 304, 305. Средний специалист в данной области техники поймет, что диапазон от 300 Гц до 500 Гц был выбран как пример и что другие диапазоны частот также могут представлять интерес.

В результате, сигнал в частотной области, показанный на Фиг. 8, может быть отфильтрован ССД 9, чтобы он включал только компоненты, относящиеся к частотам в диапазоне между 300 Гц и 500 Гц. Преобразование только этих отфильтрованных компонентов обратно во временную область дает сигнал, показанный на Фиг. 9. На Фиг. 9 представлена временная область ограниченной полосы частот, выбранной из данных во временной области с Фиг. 7, в соответствии с принципами настоящего изобретения. На Фиг. 9 на горизонтальной оси снова представлен период времени с начала движения трубы 86 сажеобдувочного устройства из исходного положения, и на вертикальной оси 1004 представлена амплитуда, измеренная в тех же единицах измерения, что и на Фиг. 7. В сигнале с Фиг. 9 очевиден ряд пиков высокой амплитуды 1006, 1008, 1010.

Как сказано выше, для каждого значения силы противодействия, генерированного ССД 9, последняя может соотнести или присвоить этому значению силы противодействия данные по расположению сажеобдувочного устройства, включающие линейное положение и угловое положение сажеобдувочного устройства 84, когда чувствительный элемент тензодатчика 8 отследил данные, относящиеся к значению силы противодействия и используемые для вычисления такого значения. ССД 9 также может связывать период времени с значением силы противодействия, соответствующий времени, когда чувствительный элемент тензодатчика 8 отследил данные, относящиеся к значению силы противодействия и используемые для вычисления такого значения. ССД 9 также может присвоить временное значение каждому расположению сажеобдувочного устройства, начиная с времени 0, когда сажеобдувочное устройство 84 начинает движение из его первого исходного положения. Зная местонахождения передних кромок 61В-63В плоских пучков труб относительно первого исходного положения сажеобдувочного устройства и временные значения для каждого расположения сажеобдувочного устройства после сбора данных, показанных на Фиг. 7, время, когда имели место пики с высокой амплитудой 1006, 1008, 1010 на Фиг. 9, можно сравнить с временем, когда сопла 88 сажеобдувочного устройства были расположены рядом с передними кромками 61В-63В плоских пучков труб 61А-63А. Если многие из этих пиков имели место по существу в одно время, когда сопла 88 сажеобдувочного устройства были расположены рядом с передними кромками 61В-63В, то можно полагать, что чувствительный элемент тензодатчика 8 отслеживал значения, относящиеся к скручивающим силам противодействия или моментам, действующим на трубу 86 сажеобдувочного устройства. Поэтому можно полагать, что в моменты времени, соответствующие пикам высокой амплитуды 1006, 1008 и 1010 одна или обе струи пара из трубы 86 сажеобдувочного устройства падали на отложения золы на теплопередающих поверхностях 67 или прямо на теплопередающие поверхности 67. Поскольку ССД 9 сообщается с системой управления 6, и последняя принимает данные, генерируемые устройствами кодирования 186 и 190 и соответствующие отслеженным линейным и угловым положениям сажеобдувочных устройств 84, ССД 9 может соотнести каждый из пиков 1006, 1008 и 1010 с соответствующими данными по расположению сажеобдувочного устройства, включающими линейное положение и угловое положение сажеобдувочного устройства 84, когда соответствующий чувствительный элемент тензодатчика 8 отследил данные, соответствующие пикам 1006, 1008 и 1010.

Поскольку сигнал на Фиг. 9 включает пики высокой амплитуды и пики, которые, как кажется, имели место, когда сажеобдувочное устройство было рядом с передними кромками 61В-63В плоских пучков труб, мы полагаем, что полоса частот 908, которая охватывает диапазон от 300 до 500 Гц, связана с изменяющимися значениями сигналов, отслеженными чувствительным элементом тензодатчика 9 и соответствующими силам противодействия, передаваемым обратно на сажеобдувочное устройство посредством одной или обеих струй пара. Если бы полоса частот 908, которая охватывает диапазон от 300 до 500 Гц не включала пики высокой амплитуды или включала много пиков высокой амплитуды, которые не имели место, когда сажеобдувочное устройство было рядом с передними кромками 61В-63В плоских пучков труб, можно было бы эмпирически исследовать другие полосы частот на Фиг. 9, чтобы определить, может ли одна или несколько этих полос частот включать пики высокой амплитуды, которые могут быть связаны с изменяющими значениями сигналов, отслеженными чувствительным элементом тензодатчика 8 и соответствующими силам противодействия, передаваемым обратно на трубу 86 посредством одной или обеих струй пара 304, 305. Мы полагаем, что будет необходимо рассмотреть разные полосы частот 906-914 на Фиг. 8 во время калибровки при первоначальной приемке в эксплуатацию системы сажеобдувочных устройств 2 и в другое время, если произойдут значительные изменения в системе сажеобдувочных устройств 2.

Описанный выше чувствительный элемент тензодатчика отслеживает чистый результат силы противодействия 306, передаваемой обратно на трубу 86 посредством струи пара 304, см. Фиг. 4, и силы противодействия (не показана на Фиг. 4), передаваемой обратно на трубу 86 сажеобдувочного устройства посредством струи пара 305. Если струя пара 304 не падает на поверхность 67 плоского пучка труб или отложение 302, величина силы противодействия, действующей на трубу 86, может быть нулевой или близкой к нулю. Также, если струя пара 305 не падает на поверхность 67 или отложение 302, величина силы противодействия, действующей на трубу 86, может быть нулевой или близкой к нулю. Описанный выше чувствительный элемент тензодатчика 8 может быть не способен отличить, какая часть этих чистых результатов может быть отнесена на счет силы противодействия 306 струи пара 304 и какая на счет силы противодействия струи пара 305. Средний специалист в данной области техники поймет, что чувствительные элементы могут быть расположены так, чтобы определять изгибающие или поступательные силы, действующие на трубу 86 сажеобдувочного устройства для вычисления их отдельного вклада.

Однако при таком расположении, когда чувствительный элемент тензодатчика 8 детектирует чистый результат одной или обеих сил, передаваемых обратно на трубу 86 посредством одной или обеих струй пара 304, 305, существует неопределенность, является ли деформация на трубе сажеобдувочного устройства результатом а) струи 304, падающей на теплопередающую поверхность 67 плоского пучка труб или отложение 302, b) струи 305, падающей на теплопередающую поверхность 67 плоского пучка труб или отложение 302, или с) обеих струй 304, 305, падающих на соответствующие теплопередающие поверхности 67 или отложения 302. Поэтому, можно определить хотя присутствие по меньшей мере одного отложения или по меньшей мере одной теплопередающей поверхности 67 при конкретном расположении трубы 86 сажеобдувочного устройства, нельзя определить, если только не установить один или несколько дополнительных датчиков, были ли отслежены чувствительным элементом тензодатчика 8 одно или два отложения/теплопередающие поверхности плоских пучков труб.

Эта явная неопределенность может быть незначащей по меньшей мере по двумя причинам. Во время операций очистки труба сажеобдувочного устройства в показанном варианте осуществления подает потоки пара из обоих сопел одновременно. Поэтому если операция очистки трубой сажеобдувочного устройства выполняют при расположении, которое, как известно, соответствует отложению, то на это отложение будет падать по меньшей мере одна струя пара и, вероятно, обе струи пара при вращении сажеобдувочного устройства. Во-вторых, на Фиг. 3В показано, что порядок, в котором отложения 302 в реальности образуются в секциях пароперегревателя 60, дает дополнительную информацию для определения, какое из двух возможных мест отложений 302 в действительности расположено там. Например, на Фиг. 3В можно определить, что при этом конкретном расположении трубы 86 сажеобдувочного устройства, отложение 302 присутствует по меньшей мере на одной из поверхностей плоских пучков труб 64 рядом с соплами 88. Чувствительный элемент тензодатчика 8 может быть не способен определить, что именно струя 304 из правого сопла падает на отложение, но знание конфигурации местоположений плоских пучков труб 61А-63А и направления потока горячего газа позволяет решить любую неопределенность, предполагая, что отложение, встреченное при конкретном расположении будет на передних кромках 61В-63В плоских пучков труб 61А-63А, а не на задних кромках 61С-63С плоских пучков труб 61А-63А.

На Фиг. 10, 11А и 11В показаны технологические схемы примеров способа обнаружения загрязнения на теплопередающей поверхности 67 в соответствии с принципами настоящего изобретения. В соответствии со способом с Фиг. 10, линейное или поперечное положение элемента сажеобдувочного устройства 84 (например, сопел 88 сажеобдувочного устройства) контролируют на этапе 1102. Также контролируют угловую ориентацию сопел 88 сажеобдувочного устройства. Таким образом, в любой конкретный момент времени известны линейное положение сопел 88 сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе и углы, под которыми струи пара подаются из двух сопел 88. На основании этой информации и имеющегося знания конфигурации и местонахождения плоских пучков труб 61А-63А в котле-утилизаторе можно определить, расположены ли струи пара из сопел 88 в секции пароперегревателей 60 относительно плоских пучков труб 61А-63А в этот конкретный момент времени. Соответственно, любые отслеживаемые данные, которые относятся к струям пара, могут быть связаны с одним из двух возможных мест в секции пароперегревателей 60.

Таким образом, способ на Фиг. 10 продолжается на этапе 1104 подачей первой и второй струй текучей среды под давлением из первого и второго сопел элемента сажеобдувочного устройства и на этапе 1106 генерацией значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, создаваемых при воздействии одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением на теплообменник, например, один или несколько плоских пучков труб 61А-63А, или на одно или больше значительных отложений на теплообменнике. Такие силы передаются обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением. Как более подробно объяснено ниже, отслеженное значение используют на этапе 1108, чтобы на его основании определить, есть ли на теплообменнике значительное отложение, указывающее на загрязнение.

Технологическая схема на Фиг. 11А содержит дополнительные подробности того, как может быть выполнен способ с Фиг. 10. Способ на Фиг. 11А начинается на этапе 1120, на котором система управления 6 сажеобдувочным устройством управляет движением элемента сажеобдувочного устройства (например, сопел сажеобдувочного устройства) посредством устройства линейного привода 184 из первого исходного положения во второе положение максимального ввода, а также поворачивает элемент сажеобдувочного устройства посредством устройства поворотного привода 188 вокруг его продольной оси. Соответственно, на этапе 1122 могут быть определены несколько разных расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе, например, в секции пароперегревателей 60, причем каждое расположение определяется соответствующим линейным положением между первым исходным и вторым положением максимального ввода и угловой ориентацией элемента сажеобдувочного устройства.

Как сказано в отношении Фиг. 12В, может быть создана таблица значений, отслеженных чувствительным элементом тензодатчика 8 при разных расположениях элемента сажеобдувочного устройства. Соответственно, на этапе 1124 при каждом из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе во время эксплуатации котла-утилизатора может быть получено соответствующее значение, указывающее на одну или несколько сил противодействия, передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением, подаваемых элементом сажеобдувочного устройства при этом конкретном расположении. Затем на этапе 1126 может быть создана таблица для элемента сажеобдувочного устройства, которая указывает, есть ли загрязнение по меньшей мере в одном из двух возможных мест на теплообменнике, соответствующих каждому из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства.

Этапы 1128 и 1130 на Фиг. 11А относятся к одному возможному пути помощи в определении того, присутствует ли загрязнение при конкретном расположении элемента сажеобдувочного устройства. Вначале на этапе 1128 при каждом из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства измеряют базовое значение, причем каждое базовое значение указывает на отсутствие загрязнения при этом конкретном расположении Как сказано выше в отношении Фиг. 5, труба сажеобдувочного устройства может работать в котле-утилизаторе, где на плоских пучках труб 61А-63А загрязнений нет. Полученные значения, отслеженные чувствительным элементом тензодатчика 8, поэтому могут представлять базовые значения реактивного момента, создаваемые собственно конструкцией котла-утилизатора, а не загрязнением или отложениями на поверхностях плоских пучков труб 61А-63А теплообменников.

Значение, отслеженное тензодатчиком при конкретном расположении элемента сажеобдувочного устройства во время эксплуатации котла-утилизатора, можно сравнить с базовым значением при этом расположении, чтобы определить разницу между двумя значениями. Эта разница, а не просто необработанное значение, полученное с тензодатчика, можно использовать для определения того, присутствует ли загрязнение при конкретном расположении элемента сажеобдувочного устройства. Таким образом, на этапе 1130 при каждом из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства определяют, расположено ли значительное отложение по меньшей мере в двух возможных местах теплообменника согласно этому конкретному расположению элемента сажеобдувочного устройства, на основании разницы между соответствующим значением, отслеженным во время эксплуатации котла-утилизатора, и базовым значением, связанным с этим конкретным расположением. Например, если соответствующее значение, отслеженное во время эксплуатации котла-утилизатора, больше приблизительно 140%-170% и предпочтительно составляет 150% от соответствующего базового значения, считается, что можно определить присутствие загрязнение при этом конкретном расположении элемента сажеобдувочного устройства. Определение того, что отношение этих двух значений больше определенной величины, эквивалентно определению того, что разница между этими двумя значениями превышает некоторый заданный порог, и учитывает, что единицы измерений этих двух значений могут быть разными в разных вариантах осуществления настоящего изобретения. Средний специалист в данной области техники также поймет, что конкретная величина отношения (например, 150%) может изменяться в зависимости от конструкции элемента сажеобдувочного устройства и конфигурации и конструкции котла-утилизатора, но может быть определена посредством одной или нескольких эмпирических калибровок.

В частности, анализ отслеженных значений может быть выполнен в отношении данных во временной области, и другой анализ может быть выполнен в отношении данных в частотной области. Таким образом, по меньшей мере некоторые из этапов на Фиг. 11А могут быть выполнены так, как указано на Фиг. 11В.

Как показано на Фиг. 11В, элемент сажеобдувочного устройства 84 движется в поперечном направлении и вращается, когда он подает струи текучей среды под давлением и когда сопла 88 расположены рядом с поверхностями плоских пучков труб 61А-63А. Поперечное положение и угловая ориентация элемента сажеобдувочного устройства определяет конкретное расположение сажеобдувочного устройства. На этапе 1150, когда элемент сажеобдувочного устройства движется и вращается, в каждом из множества моментов времени отслеживается соответствующее значение, которое указывает на одну или несколько сил противодействия, действующих на элемент сажеобдувочного устройства 84 посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением в этот конкретный момент времени. Также на этапе 1150 каждый из упомянутого множества моментов времени связан с одним соответствующим расположением элемента сажеобдувочного устройства.

В дополнение к отслеживаемым значениям, получаемым во время эксплуатации элемента сажеобдувочного устройства 84, также могут быть получены базовые значения (как сказано для этапа 1128 на Фиг. 11В). Таким образом, на этапе 1152 при каждом из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства может быть измерено соответствующее базовое значение, которое указывает на отсутствие загрязнения при этом конкретном расположении.

В это время значения, отслеженные во время эксплуатации котла-утилизатора, и базовые значения являются данными во временной области и могут быть, каждое, преобразованы в соответствующие данные в частотной области. Средний специалист в данной области техники поймет, что дискретные данные во временной области могут быть преобразованы с помощью дискретного преобразования Фурье (например, быстрого преобразования Фурье) в данные в частотной области.

Таким образом, на этапе 1154 множество значений, полученных во время эксплуатации котла-утилизатора, преобразуют в первый набор данных в частотной области, и множество базовых значений преобразуют во второй набор данных в частотной области. После преобразования в данные в частотной области, как сказано выше, некоторое число полос частот одного или обоих первого и второго наборов данных в частотной области могут быть рассмотрены для идентификации конкретной полосы частот из упомянутого множества, в котором эта конкретная полоса частот вероятнее чем любая из других полос частот имеет отклик, который соответствует отслеженным значениям, вызванным одной или несколькими силами противодействия, передаваемыми обратно на элемент сажеобдувочного устройства 84 посредством одной или обеих из первой и второй струй текучей среды под давлением. Например, второй набор данных в частотной области может быть использован для того, чтобы первоначально идентифицировать конкретную полосу частот, представляющую интерес, и первый набор данных в частотной области затем может быть использован для проверки того, что идентифицированная полоса частот является желательной. Таким образом может быть идентифицирована конкретная полоса частот, данные которой вероятно связаны (или указывают на) с силой (или силами) противодействия, передаваемой обратно на элемент сажеобдувочного устройства 84 посредством одной или обеих первой и второй струй пара, подаваемых из сопел 88 сажеобдувочного устройства. Эту конкретную полосу частот затем можно проанализировать более детально чем данные по другим полосам частот из данных в частотной области.

На этапе 1156 данные в частотной области идентифицированной полосы частот для первого набора данных в частотной области (эксплуатационные значения) преобразуют в первый набор данных во временной области. Также данные в частотной области идентифицированной полосы частот для второго набора данных в частотной области (базовые значения) преобразуют во второй набор данных во временной области. Возвращение к временной области приводит к тому, что снова получают данные, соответствующие моментам времени (с этапа 1150) и использованные для получения первоначальных отслеженных значений. Таким образом, каждый элемент первого и второго наборов данных во временной области может быть определен соответствующим элементом из упомянутого некоторого числа разных моментов времени и соответствующего значения амплитуды.

В какой-то конкретный момент времени эксплуатационное значение из первого набора данных во временной области можно сравнить с соответствующим базовым значением из второго набора данных во временной области. Это сравнение может показать, встретило ли сопло сажеобдувочного устройства загрязнение в этот конкретный момент времени. Поскольку этот момент времени также связан с конкретным расположением сажеобдувочного устройства, такое определение укажет, присутствует ли загрязнение по меньшей мере на одной из двух возможных теплопередающих поверхностях 67 плоских пучков труб 61А-61С, которые расположены рядом с соплами 88 сажеобдувочного устройства при этом конкретном расположении сажеобдувочного устройства.

Поэтому на этапе 1158 для каждой пары соответствующих элементов первого и второго наборов данных во временной области определяют, есть ли значительное отложение по меньшей мере на одной из двух возможных теплопередающих поверхностях 67 плоских пучков труб 61А-61С теплообменника, основываясь на разнице между связанными значениями амплитуды элемента из первого набора данных во временной области и соответствующего элемента второго набора данных во временной области. Например, если эта разница для пары элементов больше заданного порога, то это указывает, что возможно есть значительное отложение (например, уровень уверенности больше приблизительно 95%) при конкретном расположении сажеобдувочного устройства, связанном с этими двумя элементами. Как сказано выше, когда связанное значение амплитуды элемента из первого набора данных во временной области больше на приблизительно 140%-170% и предпочтительно 150% значения соответствующего элемента из второго набора данных во временной области, можно определить, что вероятно есть загрязнение при конкретном расположении элемента сажеобдувочного устройства, связанном с этими двумя элементами. Как сказано выше, определение того, что отношение этих двух значений больше определенной величины, эквивалентно определению того, что разница между этими двумя значениями превышает заданный порог и учитывает то, что единицы измерения этих двух значения могут измениться в разных вариантах осуществления настоящего изобретения.

Для помощи в некоторых из вышеупомянутых этапах можно подготовить одну или несколько таблиц, которые представляют значения, отслеженные тензодатчиком 8, а также поперечное положение и угловую ориентацию сопел 88 сажеобдувочного устройства. На Фиг. 12А показана таблица базовых значений 1210, которая состоит из нескольких столбцов 1212 и нескольких строк 1214. В каждом из столбцов 1212 представлено конкретное поперечное положение (относительно контрольного положения) сопел 88 сажеобдувочного устройства, и в каждой из строк 1214 представлена конкретная угловая ориентация (относительно контрольной ориентации) сопел 88 сажеобдувочного устройства. Таким образом, каждая ячейка 1202 таблицы 1210 представляет определенное расположение элемента сажеобдувочного устройства. Значение в каждой ячейке 1202 соответствует значению, отслеженному чувствительным элементом тензодатчика 8, когда элемент сажеобдувочного устройства был расположен в этом конкретном расположении элемента сажеобдувочного устройства. Как сказано выше, базовыми значениями являются отслеженные значения, которые указывают, что на теплопередающих поверхностях плоских пучков труб 61А-63А загрязнений нет.

На Фиг. 12В представлена подобным же образом подготовленная таблица 1220, которая имеет столбцы 1212, представляющие поперечное положение сопел 88 сажеобдувочного устройства, и строки 1214, представляющие угловую ориентацию сопел 88 сажеобдувочного устройства. Каждая ячейка 1204 этой таблицы также соответствует значению, отслеженному тензодатчиком, когда элемент сажеобдувочного устройства находится в конкретном расположении, причем это расположения определяется специфической комбинацией поперечного положения и угловой ориентации. Однако в отличие от таблицы 1210 с Фиг. 12А значения в ячейках 1204 таблицы 1220 отражают значения, отслеженные чувствительным элементом тензодатчика 8, которые получены во время нормальной эксплуатации котла-утилизатора.

На основании двух таблиц 1210, 1220 с Фиг. 12А и 12В можно построить третью таблицу 1230, показанную на Фиг. 12С. Каждая ячейка 1206 таблицы 1230 также соответствует конкретно определенному расположению сажеобдувочного устройства. Однако значение в каждой ячейке 1206 представляет разницу между эксплуатационным значением 1204, отслеженном при таком расположении, и базовым значением 1202, измеренном при таком расположении. Значения ячеек 1206 таблицы 1230 можно использовать для определения того, имеется ли значительное отложение, которое соответствует конкретному расположению сажеобдувочного устройства. Следовательно, подаются ли или нет струи пара при конкретном расположении сажеобдувочного устройства, чтобы осуществить очистку теплопередающих поверхностей 67, зависит от значения в таблице 1230, соответствующего этому расположению сажеобдувочного устройства. Например, если значение в таблице 1230 выше заданного порога, указывая на то, что вероятно значительное отложение в месте, соответствующем этому расположению сажеобдувочного устройства, пар будет подаваться из сопел 88, когда сажеобдувочное устройство будет в соответствующем расположении. Скорость и продолжительность подачи пара в каком-то расположении сажеобдувочного устройства также может изменяться на основании значения в таблице 1230 для этого расположения сажеобдувочного устройства.

Соответствующий набор таблиц может быть построен для каждого направления хода элемента сажеобдувочного устройства. Таким образом, даже если сопло сажеобдувочного устройства сопло находится в конкретном поперечном положении и конкретной угловой ориентации, значение, отслеженное тензодатчиком, может зависеть от того, движется ли сопло сажеобдувочного устройства в котел-утилизатор или из котла-утилизатора. Соответственно, наборы таблиц 1210-1230 могут быть построены для каждого направления.

Таблица базовых значений 1210 с Фиг. 12А может быть построена разными способами. Предполагая, что элемент сажеобдувочного устройства движется с одной скоростью и вращается с одной частотой во время сбора базовых значений и эксплуатационных значений, угловая ориентация в конкретном поперечном положении подходит для сбора разных данных, только если стартовая угловая ориентация элемента сажеобдувочного устройства была одной и той же для каждого набора данных. Поскольку это условие может не всегда выполняться, таблица базовых значений может быть построена по-другому чем концептуальное изображение 1210, показанное на Фиг. 12А.

Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, сажеобдувочное устройство может эксплуатироваться в двух разных режимах: режиме отслеживания и режиме очистки. В режиме отслеживания сажеобдувочное устройство может работать в состоянии, которое предпочтительно (т.е., с выбором давления, скорости и/или расхода) для отслеживания отложений. Сажеобдувочное устройство может эксплуатироваться в режиме отслеживания для того, чтобы определить исходные базовые значения, а также обнаруживать отложения во время эксплуатации котла-утилизатора (например, ежесуточно). Сажеобдувочное устройство может эксплуатироваться в режиме очистки на основании результатов одной или нескольких операций в режиме отслеживания. При работе в режиме очистки технологические переменные сажеобдувочного устройства (например, скорость, давление, расход и т.д.) могут отличаться от используемых в режиме отслеживания, а также могут быть изменены для получения желательных результатов очистки в зависимости от расположения сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе. Однако в режиме отслеживания технологические переменные сажеобдувочного устройства должны быть фиксированными во всех операциях, чтобы поддерживать единообразие между отслеживанием базовых значений и каждой операцией отслеживания. Например, давление и скорость струй могут быть ниже в режиме отслеживания чем в режиме очистки.

Например, таблица базовых значений 1210 может иметь x строк 1214, представляющих x разных угловых положений. Однако во время одного прохода элемента сажеобдувочного устройства из исходного положения в положение максимального ввода элемент сажеобдувочного устройства оказывается только в одной угловой ориентации в каждом поперечном положении (столбцы 1212 таблицы 1210). Таким образом, x, или возможно больше чем x, разных проходов для сбора базовых данных могут быть выполнены, чтобы заполнить строки 1214 для каждого из поперечных положений, представленных столбцом 1212. Таким образом, таблица базовых значений 1210 может быть построена с базовым значением в каждой из ее (x умножить на n) ячеек. Альтернативно, во время сбора базовых данных элемент сажеобдувочного устройства может оставаться в конкретном поперечном положении и быть повернутым в некотором диапазоне угловых ориентации, чтобы получить значения для строки 1214 таблицы.

Соответственно, во время сбора данных, выполняемого при эксплуатации котла-утилизатора, отслеженное значение (из таблицы 1220), когда элемент сажеобдувочного устройства находится в поперечном положении ''3'', может совпасть с угловой ориентацией в положении ''с''. Таблица базовых значений 1210, поскольку она была построена с базовым значением в каждой ячейке, будет иметь значение, которое можно сравнить с эксплуатационным отслеженным значением, чтобы определить разницу. Таким образом, во время одного рабочего прохода элемента сажеобдувочного устройства между исходным положением и положением максимального ввода каждый столбец 1212 таблиц 1220 и 1230 получит значащее значение только в одной строке 1214, тогда как таблица базовых значений 1210 может получить соответствующие значения в каждой из строк 1214 для каждого столбца 1212.

Однако после множественных эксплуатационных проходов может быть заполнена таблица разницы 1230 с Фиг. 12С, так что для конкретного столбца (т.е., поперечного положения сажеобдувочного устройства) значения, указывающие на загрязнение, могут быть получена для некоторого множества строк (т.е., угловой ориентации сажеобдувочного устройства).

Таблица 1230 с Фиг. 12С может быть полезной для управления работой сажеобдувочного устройства при очистке плоских пучков труб 61А-63А котла-утилизатора. В частности, каждая ячейка таблицы 1230 указывает для конкретного элемента сажеобдувочного устройства было ли встречено значительное отложение или загрязнение, когда элемент сажеобдувочного устройства находился в конкретном расположении, соответствующем этой ячейке таблицы. Соответствующая таблица 1230 может быть построена для каждого элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе и этим создана трехмерная карта внутреннего пространства секции пароперегревателей 60, которая указывает, где есть загрязнение. Таким образом, система управления сажеобдувочным устройством может быть выстроена так, что когда элемент сажеобдувочного устройства находится в конкретном расположении, связанном с загрязнением, пар может быть подан из элемента сажеобдувочного устройства с расходом и на время, соотнесенные с объемом загрязнение при таком расположении. И наоборот, когда элемент сажеобдувочного устройства находится в каком-то конкретном расположении, не связанном с загрязнением, подачу пара можно не осуществлять.

Таким образом можно достигнуть эффективного и действенного контроля элементов сажеобдувочного устройства во время чистки плоских пучков труб котла-утилизатора.

Хотя были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что возможны разные изменения и модификации, но без нарушения сущности и объема изобретения. Поэтому предполагается, что все изменения и модификации, которые входят в объем изобретения, охвачены прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к способам обнаружения загрязнений или отложений золы в теплообменнике котла-утилизатора посредством сажеобдувочных устройств. Обнаружение загрязнения теплообменника котла-утилизатора включает подачу струи текучей среды под давлением из сопла элемента сажеобдувочного устройства, когда сопло расположено рядом с поверхностью теплообменника, и отслеживание значения, указывающего на силу противодействия, создаваемую воздействием текучей среды под давлением на поверхность теплообменника и передаваемую обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством струи текучей среды под давлением. Также имеется система для обнаружения загрязнений теплообменника котла-утилизатора и энергонезависимый машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта для обнаружения загрязнений теплообменника котла-утилизатора. Изобретение позволяет определить количество загрязняющих отложений на основании значения, указывающего на силу противодействия. 4 н. и 28 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Способ обнаружения загрязнений теплообменника котла-утилизатора, причем способ включает:

подачу первой и второй струй текучей среды под давлением из первого и второго сопел элемента сажеобдувочного устройства;

генерацию значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, создаваемых при воздействии одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением на теплообменник или одно или больше значительных отложений на теплообменнике и передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением; и

определение, когда на теплообменнике есть значительное отложение, указывающее на загрязнение, на основании такого значения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждая из первой и второй струй текучей среды под давлением включает дозвуковой поток пара.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одна или больше сил противодействия включают одну или больше скручивающих сил, действующих на элемент сажеобдувочного устройства.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что генерированное значение основано на значении, отслеженном чувствительным элементом тензодатчика, расположенного на элементе сажеобдувочного устройства для детектирования отслеженного значения.

5. Способ по п. 1, включающий:

определение линейного положения сопел относительно контрольного положения;

определение угловой ориентации по меньшей мере одного из сопел относительно контрольной ориентации;

определение, есть ли одно или несколько значительных отложений на поверхности теплообменника на основании упомянутого значения и линейного положения и угловой ориентации сопел; и

если определено, что на теплообменнике есть одно или несколько значительных отложений, определение конкретной пары возможных местоположений этих одного или нескольких значительных отложений на теплообменнике на основании линейного положения и угловой ориентации сопел.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что определение линейного положения и угловой ориентации сопел основано на периоде времени, который прошел с исходного момента времени.

7. Способ по п. 1, включающий:

перемещение элемента сажеобдувочного устройства из первого исходного положения во второе положение максимального ввода в направлении, по существу перпендикулярном некоторому множеству плоских пучков труб теплообменника; вращение элемента сажеобдувочного устройства вокруг его продольной оси и определение некоторого множества разных расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе, каждое из которых определяется соответствующим линейным положением между первым исходным положением и вторым положением максимального ввода и угловой ориентацией элемента сажеобдувочного устройства.

8. Способ по п. 7, включающий:

в каждом из упомянутого множества расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе во время эксплуатации котла-утилизатора генерацию соответствующего значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением, подаваемых элементом сажеобдувочного устройства в этом конкретном расположении.

9. Способ по п. 8, включающий:

построение для элемента сажеобдувочного устройства таблицы, которая указывает, расположено ли по меньшей мере одно значительное отложение по меньшей мере в одном месте на теплообменнике, соответствующем каждому из упомянутого множества расположений элемента сажеобдувочного устройства.

10. Способ по п. 8, включающий:

в каждом из упомянутого множества расположений элемента сажеобдувочного устройства измерение соответствующего базового значения, указывающего на то, что в данном конкретном расположении загрязнения нет.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что перемещение элемента сажеобдувочного устройства и вращение элемента сажеобдувочного устройства при измерении соответствующих базовых значений происходят по существу с той же скоростью и частотой, как и при генерации соответствующих значений, указывающих на одну или больше сил противодействия во время эксплуатации котла-утилизатора.

12. Способ по п. 10, включающий:

в каждом из упомянутого множества расположений элемента сажеобдувочного устройства:

определение того, что по меньшей мере одно значительное отложение расположено по меньшей мере в одном из двух возможных мест на теплообменнике, соответствующих этому конкретному расположению элемента сажеобдувочного устройства, на основании сравнения соответствующего значения, генерированного во время эксплуатации котла-утилизатора, и соответствующего базового значения, связанного с этим конкретным расположением.

13. Способ по п. 7, включающий:

при движении и вращении элемента сажеобдувочного устройства генерацию в каждом из некоторого множества моментов времени соответствующего значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, действующих на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением в этот конкретный момент времени; и

связывание с каждым из упомянутого множества моментов времени одного соответствующего из упомянутого множества расположений элемента сажеобдувочного устройства.

14. Способ по п. 13, включающий:

в каждом из упомянутого множества расположений элемента сажеобдувочного устройства измерение соответствующего базового значения, причем каждое базовое значение указывает на то, что в данном конкретном расположении загрязнения нет.

15. Способ по п. 14, включающий:

преобразование множества значений, генерированных во время эксплуатации котла-утилизатора, и множества базовых значений в соответствующие первый и второй наборы данных в частотной области.

16. Способ по п. 15, включающий:

рассмотрение некоторого множества полос частот из первого набора данных в частотной области, чтобы идентифицировать конкретную полосу частот из упомянутого множества полос частот, причем эта конкретная полоса частот более вероятно, чем любая из других полос частот, имеет отклик, который соответствует генерированным значениям.

17. Способ по п. 16, включающий:

преобразование данных в частотной области идентифицированной полосы частот для первого и второго наборов данных в частотной области в соответствующие первый и второй наборы данных во временной области, причем каждый элемент из первого и второго наборов данных во временной области определен одним соответствующим из упомянутого множества разных моментов времени и соответствующим значением амплитуды.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что каждый элемент данных во временной области из первого набора связан с соответствующим элементом во втором наборе данных во временной области.

19. Способ по п. 18, включающий:

для каждой пары соответствующих элементов первого и второго наборов данных во временной области: определение, присутствуют ли одно или несколько значительных отложений на теплообменнике, на основании сравнения связанного значения амплитуды элемента из первого набора данных во временной области с соответствующим элементом второго набора данных во временной области.

20. Способ обнаружения загрязнения теплообменника котла-утилизатора, причем способ включает:

подачу струи текучей среды под давлением из сопла элемента сажеобдувочного устройства; генерацию значения, указывающего на силу противодействия, создаваемую воздействием текучей среды под давлением на поверхность теплообменника или на значительное отложение на поверхности теплообменника и передаваемую обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством струи текучей среды под давлением; и

определение, есть ли на поверхности теплообменника значительное отложение, указывающее на загрязнение, на основании значения, указывающего на силу противодействия.

21. Система для обнаружения загрязнений теплообменника котла-утилизатора с элементом сажеобдувочного устройства, который подает первую и вторую струи текучей среды под давлением из первого и второго сопел, причем система включает:

систему сбора данных для генерации значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, создаваемых при воздействии одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением на теплообменник или на одно или несколько значительных отложений на теплообменнике и передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением; и

систему сбора данных, также конфигурированную для определения, есть ли на теплообменнике значительное отложение, указывающее на загрязнение, на основании генерированного значения.

22. Система по п. 21, включающая:

чувствительный элемент тензодатчика, расположенного на элементе сажеобдувочного устройства, чтобы отслеживать значение деформации на элементе сажеобдувочного устройства, причем генерируемое значение основано на отслеженном значении деформации.

23. Система по п. 22, кроме того включающая:

устройство линейного кодирования, чтобы определять линейное положение элемента сажеобдувочного устройства относительно контрольного положения;

устройство углового кодирования, чтобы определять угловую ориентацию элемента сажеобдувочного устройства относительно исходного положения;

систему управления, связанную с упомянутыми устройствами кодирования и принимающую от них данные, соответствующие отслеженным линейному и угловому положениям элемента сажеобдувочного устройства; и

систему сбора данных, соединенную с чувствительным элементом тензодатчика, чтобы регистрировать значения деформации, отслеженные чувствительным элементом тензодатчика, причем система сбора данных принимает и сохраняет информацию по расположению элемента сажеобдувочного устройства от системы управления, включая линейное и угловое положения сажеобдувочного устройства.

24. Система по п. 22, отличающаяся тем, что система сбора данных конфигурирована для:

определения того, есть ли одно или несколько значительных отложений на теплообменнике, на основании значения и линейного положения и угловой ориентации сопел; и

определения, когда определено, что на теплообменнике есть одно или несколько значительных отложений, конкретной пары возможных мест одного или нескольких значительных отложений на теплообменнике на основании линейного положения и угловой ориентации сопел.

25. Система по п. 21, отличающаяся тем, что система сбора данных конфигурирована для:

генерирования в каждом из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе во время эксплуатации котла-утилизатора соответствующего значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением, подаваемых элементом сажеобдувочного устройства, когда он находится в этом конкретном расположении, причем каждое расположение элемента сажеобдувочного устройства определяется соответствующим линейным положением между первым исходным положением и вторым положением максимального ввода и угловой ориентацией элемента сажеобдувочного устройства.

26. Система по п. 25, отличающаяся тем, что система сбора данных конфигурирована для:

построения для элемента сажеобдувочного устройства таблицы, которая указывает, расположено ли по меньшей мере одно значительное отложение по меньшей мере в одном месте на теплообменнике, соответствующем каждому из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства.

27. Энергонезависимый машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта для обнаружения загрязнений теплообменника котла-утилизатора с помощью элемента сажеобдувочного устройства, который подает первую и вторую струи текучей среды под давлением из первого и второго сопел, причем компьютерный программный продукт включает:

энергонезависимый машиночитаемый носитель, имеющий введенный машиночитаемый программный код, причем машиночитаемый программный код включает:

машиночитаемый программный код для генерации значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, создаваемых при воздействии одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением на теплообменник или одно или больше значительных отложений на теплообменнике и передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением; и

машиночитаемый программный код для определения, когда на теплообменнике есть значительное отложение, указывающее на загрязнение, на основании генерированного значения.

28. Энергонезависимый машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта по п. 27, включающий:

машиночитаемый программный код для приема отслеженного значения деформации от чувствительного элемента тензодатчика, расположенного на элементе сажеобдувочного устройства, чтобы отслеживать значение деформации на элементе сажеобдувочного устройства, причем генерированное значение основано на отслеженном значении деформации.

29. Энергонезависимый машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта по п. 28, включающий:

машиночитаемый программный код для приема данных от устройства линейного кодирования и устройства углового кодирования, соответствующих отслеженным линейному и угловому положениям элемента сажеобдувочного устройства;

машиночитаемый программный код для регистрации значений деформации, отслеженных чувствительным элементом тензодатчика; и

машиночитаемый программный код для сохранения информации по расположению элемента сажеобдувочного устройства, включающей линейное и угловое положения сажеобдувочного устройства.

30. Энергонезависимый машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта по п. 27, включающий машиночитаемый программный код для:

определения того, есть ли одно или несколько значительных отложений на теплообменнике, на основании упомянутого значения и линейного положения и угловой ориентации сопел; и

определения, когда определено, что на теплообменнике есть одно или несколько значительных отложений, конкретной пары возможных мест одного или нескольких значительных отложений на теплообменнике на основании линейного положения и угловой ориентации сопел.

31. Энергонезависимый машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта по п. 27, включающий:

машиночитаемый программный код для генерации в каждом из множества расположений элемента сажеобдувочного устройства в котле-утилизаторе во время эксплуатации котла-утилизатора соответствующего значения, указывающего на одну или больше сил противодействия, передаваемых обратно на элемент сажеобдувочного устройства посредством одной или обеих первой и второй струй текучей среды под давлением, подаваемых элементом сажеобдувочного устройства в этом конкретном расположении, причем каждое расположение элемента сажеобдувочного устройства определяется соответствующим линейным положением между первым исходным положением и вторым положением максимального ввода и угловой ориентацией элемента сажеобдувочного устройства.

32. Энергонезависимый машиночитаемый носитель компьютерного программного продукта по п. 31, включающий:

машиночитаемый программный код для построения для элемента сажеобдувочного устройства таблицы, которая указывает, расположено ли по меньшей мере одно значительное отложение по меньшей мере в одном месте на теплообменнике, соответствующем каждому из упомянутого множества расположений элемента сажеобдувочного устройства.