一种立式余热锅炉的换热段监测装置及其运行工艺

本发明属于硫酸预转化工艺，具体涉及一种立式余热锅炉的换热段监测装置及其运行工艺。

背景技术：

1、在硫酸预转化工艺中，硫酸预转化余热锅炉作为核心的余热回收设备，其工作稳定性至关重要。由于该设备体积庞大，烟气温度高且含尘量大，其稳定运行不仅关乎整个制酸工艺的可靠性，更直接关系到工作人员的生命安全以及企业的稳定生产。

2、目前，工业上针对硫酸预转化余热锅炉通常采用分段设计，通过多个换热段的叠加，实现对烟气余热的充分利用。然而，在锅炉温度的监测方面，现有的方法往往仅对烟气进出口进行温度监测，这种局限性导致了难以实时掌握各换热段的实际工作状态。特别是当某换热段出现热管融蚀、爆管等问题时，由于无法及时感知到烟气温度的异常升高，问题往往得不到及时处理，进而逐步恶化，最终可能导致装置无法稳定运行，甚至发生安全事故。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种立式余热锅炉的换热段监测装置及其运行工艺，能够实时监测各换热段温度，以便及时发现并处理潜在问题，确保整个制酸工艺的顺利进行。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种立式余热锅炉的换热段监测装置，包括余热锅炉和监测段，所述余热锅炉由上至下依次设有进口烟箱、第一换热段、第二换热段、第三换热段和出口烟箱，其中第一换热段、第二换热段和第三换热段均通过管路与锅筒相连；所述监测段分别设置于第一换热段和第二换热段之间，以及第二换热段和第三换热段之间；

4、所述监测段包括钢架、测量架、接线盒、卡扣、螺栓、陶瓷滑槽、热电偶、绝缘套和防尘套；所述钢架由4块钢板焊接形成矩形框架，其长宽与换热段一致，其一侧开有两个方形孔；所述钢架的中部设有两个带矩形凹槽的支撑架，所述支撑架与所述方形孔位置对应，所述支撑架需满足安装后其中部位于换热段中两个烟道的中心处；所述矩形凹槽由支撑架的中部延伸至钢架的方形孔处，其内设有过度配合的陶瓷滑槽，用于隔绝钢架和测量架；所述测量架为方形空心钢，嵌合于陶瓷滑槽内；所述测量架的一端铣有圆柱孔，所述圆柱孔的内圈设有热电偶，所述热电偶的外侧设有绝缘套，所述绝缘套的外侧设有防尘套，所述防尘套固定于圆柱孔的外圈；所述测量架的另一端设有方形槽，所述方形槽与钢架的方形孔相匹配并通过螺栓固定连接；所述方形槽内设有接线盒，所述接线盒通过卡扣与方形槽固定连接，所述接线盒与外部监控端引线相接。

5、优选地，所述圆柱孔内设有空心圆柱状的凸起，所述凸起的内外侧壁上均设有螺纹；所述热电偶与凸起的内侧壁螺接固定，所述防尘套与凸起的外侧壁螺接固定。

6、优选地，所述防尘套为顶面封闭的圆筒状结构，其内侧壁上设有螺纹，其顶面上设有圆孔，所述圆孔处开有四个扇形键槽；所述绝缘套为中空的圆柱状结构，套接于热电偶的外侧，绝缘套的直径与防尘套顶面的圆孔直径相当；所述绝缘套的底部外侧壁上设有四个扇形键，其顶部设有倒角；所述扇形键与所述扇形键槽相匹配。

7、优选地，所述热电偶的型号为wrnk-191。

8、优选地，所述方形槽与所述方形孔之间设有方形密封垫；所述防尘套的底部设有密封圈。

9、优选地，所述钢架的上下两端焊有方形框条并与上下表面形成安装槽，用于与换热段配合焊接。

10、上述立式余热锅炉的换热段监测装置的运行工艺，高温烟气从进口烟箱进入硫酸预转化余热锅炉，高温烟气通过监测段时，温度通过接线盒和外电路传输到外部控制台，外部控制台对温度信号进行采集和处理后对各换热段的运行情况进行判断分析，包括以下步骤：

11、(1)温度信号的采集处理：除烟气进出口温度外，每个监测段都有两个相同测温点，其温度表达式为：

12、

13、式中：t’和t”为监测段两热电偶的测量的温度信号，a1和a2对应t’和t”的信号状态，当接收到t’和t”信号时a1和a2赋值1，反之为0，t为被测温度的平均值；

14、当其中一测温点出现故障时依然可以正常工作，若a1和a2都为0则监控端报错，通过此步骤可获得各换热段进出口的温度；

15、(2)换热段工作状态的判断：采集到各换热段的进出口温度后，通过各换热段的温度交换效率η对换热段的工作情况进行判断，其表达式为：

16、

17、式中：t进和t出为换热段烟气进出口温度，δts为换热段设计温度差，n为硫酸预转化余热锅炉累计使用月数，δ为自然衰减率，n为硫酸预转化余热锅炉最大使用年限；

18、当η≥60％时判定为正常工作，控制台该换热段运行状态显示灯为绿色；当η＜60％时判定为非正常运行则进行故障情况分析，此步骤主要是对存在问题换热段进行筛选；

19、(3)故障情况分析：当η＜60％时，依据换热段有效换热面积占比率对该换热段进行故障情况分析，其表达式为：

20、

21、式中：as为该换热段设计换热面积，a为有效换热面积，q为传热量，q＝cmδt，c为烟气比热容，m为该换热段烟气质量流量，δt＝t进-t出，k为该换热段传热系数，δtm为该换热段的设计传热温差；

22、当时，控制台该换热段运行状态显示灯为黄色，该换热段在停工检修时需要重点清灰或修理；当时，控制台该换热段运行状态显示灯为红色，此硫酸预转化余热锅炉必须立即停工修理。

23、本发明的有益效果如下：

24、本发明通过在硫酸预转化余热锅炉的各换热段之间安装监测段，实现了对各换热段温度变化情况的实时监测与分析，通过监测段中的热电偶与锅炉外电路的配合，能够准确获取各换热段的温度数据，并对其进行实时分析。该设计使得工作人员能够及时了解各换热段的工作状态，一旦某个换热段出现问题，系统能够迅速作出反应，发出预警信号，从而实现对潜在事故的及时预测和处理。本发明的立式余热锅炉的换热段监测装置不仅提升了硫酸预转化余热锅炉的运行稳定性，降低了因换热段故障而引发的安全事故风险，同时也减少了因设备故障导致的生产中断，提高了生产效率。此外，实时监测和预测功能还有助于降低维护成本，延长设备的使用寿命，适于推广应用。

技术特征：

1.一种立式余热锅炉的换热段监测装置，其特征在于，包括余热锅炉和监测段，所述余热锅炉由上至下依次设有进口烟箱、第一换热段、第二换热段、第三换热段和出口烟箱，其中第一换热段、第二换热段和第三换热段均通过管路与锅筒相连；所述监测段分别设置于第一换热段和第二换热段之间，以及第二换热段和第三换热段之间；

2.根据权利要求1所述的一种立式余热锅炉的换热段监测装置，其特征在于，所述圆柱孔内设有空心圆柱状的凸起，所述凸起的内外侧壁上均设有螺纹；所述热电偶与凸起的内侧壁螺接固定，所述防尘套与凸起的外侧壁螺接固定。

3.根据权利要求2所述的一种立式余热锅炉的换热段监测装置，其特征在于，所述防尘套为顶面封闭的圆筒状结构，其内侧壁上设有螺纹，其顶面上设有圆孔，所述圆孔处开有四个扇形键槽；所述绝缘套为中空的圆柱状结构，套接于热电偶的外侧，绝缘套的直径与防尘套顶面的圆孔直径相当；所述绝缘套的底部外侧壁上设有四个扇形键，其顶部设有倒角；所述扇形键与所述扇形键槽相匹配。

4.根据权利要求1所述的一种立式余热锅炉的换热段监测装置，其特征在于，所述热电偶的型号为wrnk-191。

5.根据权利要求1所述的一种立式余热锅炉的换热段监测装置，其特征在于，所述方形槽与所述方形孔之间设有方形密封垫；所述防尘套的底部设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种立式余热锅炉的换热段监测装置，其特征在于，所述钢架的上下两端焊有方形框条并与上下表面形成安装槽，用于与换热段配合焊接。

7.权利要求1-6任一项所述的一种立式余热锅炉的换热段监测装置的运行工艺，其特征在于，高温烟气从进口烟箱进入硫酸预转化余热锅炉，高温烟气通过监测段时，温度通过接线盒和外电路传输到外部控制台，外部控制台对温度信号进行采集和处理后对各换热段的运行情况进行判断分析，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种立式余热锅炉的换热段监测装置及其运行工艺，该装置包括余热锅炉和监测段，所述余热锅炉由上至下依次设有进口烟箱、第一换热段、第二换热段、第三换热段和出口烟箱，其中第一换热段、第二换热段和第三换热段均通过管路与锅筒相连；所述监测段分别设置于第一换热段和第二换热段之间，以及第二换热段和第三换热段之间。本发明通过在硫酸预转化余热锅炉的各换热段之间安装监测段，实现了对各换热段温度变化情况的实时监测与分析，通过监测段中的热电偶与锅炉外电路的配合，能够准确获取各换热段的温度数据，并对其进行实时分析。本发明有效提高了硫酸预转化余热锅炉的运行稳定性，降低了安全事故的发生风险，适于推广应用。技术研发人员：杨绍永,李伯奎,王玲,高芝龙受保护的技术使用者：淮阴工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/5