1.一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于,基于在线测量积灰有效热导率的装置,该装置包括支撑体外套管(13)、与支撑体外套管(13)一端相连的采样探针(3)以及温度测量单元和智能积灰吹扫单元,其中:所述的采样探针(3)为管状结构,且其一端密封,另一端与支撑体外套管(13)相连通;
所述的温度测量单元包括第一热电偶(1)和第二热电偶(2),第一热电偶(1)和第二热电偶(2)分别安装于采样探针(3)的外表面和内壁;
所述智能积灰吹扫单元包括超声波测厚仪(5)和吹扫喷枪(6),其中超声波测厚仪(5)安装于采样探针(3)的内壁,所述吹扫喷枪(6)的进气管道上设有第一电动调节阀(8),所述吹扫喷枪(6)的进气管道与空气压缩机(11)相连,且第一电动调节阀(8)、超声波测厚仪(5)、第一热电偶(1)和第二热电偶(2)均通过信号转换器(9)与计算机(10)相连;
其步骤如下:
步骤一、数据采集
通过第一热电偶(1)和第二热电偶(2)分别对采样探针(3)的外表面和内壁温度T1、T2进行实时监测,通过超声波测厚仪(5)对采样探针(3)表面积灰层厚度δad进行实时测量,并传送至计算机(10);
步骤二、根据所测探针外表面和内壁温度,采用如下公式对采样探针(3)的热流密度进行计算:2
式中:q‑‑‑穿过探针外表面的热流密度,单位为W/m ;λ1‑‑‑探针材质的导热系数,单位为W/(m·K);r1、r2‑‑‑探针外壁面半径、内壁面半径,单位为m;T1、T2‑‑‑探针外壁面、内壁面热电偶所测温度,单位为K;
步骤三、采用如下式(2)、式(3)对采样探针(3)的热流密度进行计算:‑2 ‑1
式(2)中h为探针的对流换热系数,单位为W m K ;Tg和Ts分别为烟气温度和探针沉积‑2 ‑4灰表面的温度,单位为K;σ为斯特番‑玻尔兹曼常数,单位W m K ;w为沉积灰的发射率系数;
‑1 ‑1
式(3)中λeff为沉积灰的有效热导率,单位为W m K ;δad为沉积灰的厚度,单位m;
将上述式(1)与式(2)、式(3)进行联立,然后通过迭代法迭代即可求解得到探针沉积灰表面的温度Ts和沉积灰的有效热导率λeff;
步骤四:根据如下公式对积灰的清洁因子CF进行计算:
0 2 2
式中,K‑‑‑标准计算传热系数,单位为W/(m·K),K‑‑‑传热系数,单位为W/(m·K),其计算如下;
R=R1+R2 (8)
2 2
式中:R‑‑‑总热阻,单位为m·K/W;R1‑‑‑探针外壁面热阻,单位为m·K/W;R2‑‑‑积灰层2
热阻,单位为m·K/W;
步骤五、若计算所得CF值小于设定值,则通过计算机控制空气压缩机启动并打开第一电动调节阀给气,对探针表面积灰进行实时清除。
2.根据权利要求1所述的在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于:所述式(2)中探针的对流换热系数通过下式进行计算:式(4)中Nu为探针处的努塞尔数;D为探针的直径,单位为m;λg为烟气的导热系数,单位W ‑1 ‑1m K ,其中Nu通过辅助测量或计算获得探针所处烟道的烟气速度,再根据以下准则公式计算得到:式中,Re和Pr分别为以烟气速度为特征速度的雷诺数和普朗特数;Prw和Prf分别为壁面温度和烟气温度为定性温度下的普朗特数;式中的n和m的数值按不同条件来给定;c为系数,其值根据雷诺数给定。
3.根据权利要求1所述的一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于:还包括探针外壁温度调控单元,该温度调控单元包括进气导管(4)和出气导管(14),所述进气导管(4)的出气端穿过支撑体外套管(13)插入到采样探针(3)内部,所述进气导管(4)的进气管道上安装有第二电动调节阀(12),所述出气导管(14)与支撑体外套管(13)内部相连通。
4.根据权利要求3所述的一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于:所述第二电动调节阀(12)与信号转换器(9)相连。
5.根据权利要求3‑4中任一项所述的一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于:还包括第三热电偶(7),第三热电偶(7)用于对探针上游处的烟气温度Tg进行监测,且与信号转换器(9)相连。
6.根据权利要求3‑4中任一项所述的一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于:所述采样探针(3)的一端固定有连接管(16),且其内腔与连接管(16)相连通,所述连接管(16)的另一端通过直通卡套(15)与支撑体外套管(13)相连。
7.根据权利要求3‑4中任一项所述的一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于:所述进气导管(4)的出气端与采样探针(3)密封端之间的距离为4‑6mm,且进气导管(4)与采样探针(3)同轴设置。
8.根据权利要求3‑4中任一项所述的一种在线测量积灰有效热导率和基于热导率智能清除积灰的方法,其特征在于:所述进气导管(4)的进气管道与空气压缩机(11)相连。