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TWI853171B - 用於基於即時腐蝕監測之熱交換器控制之系統及方法 - Google Patents

用於基於即時腐蝕監測之熱交換器控制之系統及方法 Download PDF

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TWI853171B
TWI853171B TW110120590A TW110120590A TWI853171B TW I853171 B TWI853171 B TW I853171B TW 110120590 A TW110120590 A TW 110120590A TW 110120590 A TW110120590 A TW 110120590A TW I853171 B TWI853171 B TW I853171B
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佛萊德瑞克 維茲
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瑞士商通用電氣技術公司
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Abstract

一種控制熱交換器(60)之腐蝕的系統(80)及方法(200)，該熱交換器具有一熱氣入口(74)及熱氣出口(76)以及一冷側入口(68)及冷側出口(70)。該方法(200)包括判定(210)該熱交換器在第一選定位置處之溫度；基於該熱交換器(66)之該表面的該溫度將腐蝕感測裝置(82)之溫度控制(220)至第一選定溫度；以及針對該第一選定溫度測定(230)與該第一選定位置處的該熱交換器表面相關聯之腐蝕率。該方法(200)亦包括比較(240)該腐蝕率與預期腐蝕率；至少部分地基於該比較、該判定的腐蝕來判定(250)該熱交換器(60)的冷側流體入口溫度目標；以及至少部分地基於該判定的入口溫度目標、判定的腐蝕率、及預期的腐蝕率來控制(260)冷側流體入口溫度。

Description

用於基於即時腐蝕監測之熱交換器控制之系統及方法
如本文所述之實施例大致上係關於用於熱交換器之評估及控制方法及系統。更具體而言，可採用一種用於評估代表燃燒容器熱交換器的腐蝕特性之資料的方法和系統來控制熱交換器之入口溫度。
鍋爐一般包括爐子，在該爐子中燃料經燃燒以產生熱量以產生蒸汽。燃料的燃燒產生熱能或熱，該熱能或熱量係用於加熱並蒸發液體，諸如水，此產生了蒸汽。所產生的蒸汽可用於驅動渦輪以產生電力或以提供用於其他目的的熱。化石燃料，諸如粉煤、天然氣、及類似者係在許多用於鍋爐的燃燒系統中使用的一般燃料。當燃燒燃料時，產生了熱，並且形成了煤煙以及煙氣。
燃燒容器之壁經常由以熱交換介質（通常為水）填充的一系列熱交換管構成，並且可稱為「水壁」。該水壁之一個側面向燃燒室且暴露至燃燒產物，該等燃燒產物可包括熱氣體、灰及腐蝕性燃燒副產物。類似地，鍋爐系統亦包括其他熱交換器，例如過熱器、再熱器、節熱器，該等其他熱交換器暴露於燃燒煙氣以進行加熱。燃料（諸如煤）的燃燒導致了在熱交換器和鍋爐中的熱交換表面之內表面上的煤煙及灰沉積物，從而削弱了從燃燒容器中之經加熱氣體至水管及熱交換器的熱轉移。由於藉由所消耗的化石燃料沉積的灰中之腐蝕性物質或由例如在垃圾焚燒發電廠(trash-to-energy plant)中消耗的固體廢物造成的物理降解，燃燒容器或熱交換器之壁可隨著時間腐蝕。此腐蝕減少了水壁或熱交換器中的管的壁厚度。熱交換表面的壁必須維持在最小厚度以可靠地承受水/蒸汽管或熱交換器中的高溫和高壓。煙氣側腐蝕對鍋爐材料（承壓層或作為保護層/固持零件/片材金屬）或在煙氣清潔中的該等負面影響已經導致不斷尋找更耐蝕的材料。然而，材料的選擇基於鍋爐中的環境條件、煙氣溫度、煙氣化學物、結垢之化學物、侵蝕等而受限、並且受預期的效能特徵（壽命、可修復性、複合材料內的功能等）限制。因此，鍋爐腐蝕及鍋爐功能失效、以及煙氣清潔證明相關環境條件可係高度變化及不一致的，由此使對所採用的材料之效能特徵的預測複雜化。
因此，「線上(online)」材料測試已經出現，其中將探針插入規劃的應用部位處的各別鍋爐中以記錄材料的效能特徵。視對應應用（例如保護層）而定，已使用材料探針（例如約70 cm長），其中探針本體在大小（鍋爐管、固體材料）方面係真實組件（相同材料）。該等大型探針係經內部冷卻以維持探針本體之前部的溫度。將溫度設定在自由可選擇的恆溫範圍內，亦即「材料溫度」係同時記錄在寬廣的溫度範圍內。因此，偵測到臨界溫度臨限值。在該等實例中，可使用探針本體達延長的時間期間，該延長的時間期間在大多數情況下係可從數小時至數月自由選擇的。在探針的現場應用之後—並且與損傷調查類似—探針本體在實驗室中拆解並經受微量分析測試以記錄腐蝕之原因、類型、及強度（降解率）、或對探針之功能性的不良影響。在此溫度範圍內，可等效地檢查「所有」相關溫度（對於蒸發器而言在從250℃至300℃之範圍內，對於過熱器而言在400℃至500℃的範圍內，或對於節熱器或預熱器以及關於煙氣而言在80℃至200℃的範圍內）。
燃燒容器的適當維護通常需要週期性停工以進行檢查、清潔、及維修關鍵組件。目前的診斷探針需要長期測試以評估腐蝕。若欲在不損害安全性的情況下避免與工廠停工相關聯的費用，則必須仔細監測並評估燃燒容器內之物理及操作條件以偵測危險的條件。出於該等原因，期望提供非侵入性線上監測系統，其經組態以評估熱交換器之關鍵部分的物理特性及類似者，以判定燃燒系統中的基於溫度的腐蝕特性及/或穿過各別熱交換器的流量。
在一實施例中，本文描述了一種控制熱交換器之腐蝕的方法，該熱交換器具有熱氣入口和出口以及冷側入口和出口。該方法包括判定該熱交換器在第一選定位置處之溫度；基於該熱交換器之該表面的該溫度將腐蝕感測裝置之溫度控制至第一選定溫度；以及針對該第一選定溫度測定與該第一選定位置處的該熱交換器表面相關聯之腐蝕率。該方法亦包括將該腐蝕率與預期腐蝕率進行比較；至少部分地基於該比較步驟判定該熱交換器之冷側流體入口溫度目標；以及至少部分地基於該判定的入口溫度目標、判定的腐蝕率、以及預期腐蝕率來控制一冷側流體入口溫度。
在另一實施例中，本文描述了一種用於監測熱交換器之熱交換表面的腐蝕的系統。該系統包括熱交換器，該熱交換器具有熱氣入口、熱氣出口、冷側入口、及冷側出口；腐蝕感測裝置，其設置在該熱交換器之該熱交換表面處的第一選定位置處，該腐蝕感測裝置可操作以針對第一選定溫度測量該熱交換表面之腐蝕率；溫度補償裝置，其可控制且可操作以控制該腐蝕感測裝置之溫度；以及溫度感測裝置，其設置成鄰近於該第一選定位置，該溫度感測裝置可操作以測量該熱交換器在該第一選定位置處之溫度。該系統亦包括控制裝置，其可操作以控制穿過熱交換器至冷側入口的熱交換介質之溫度及流量中之至少一者；及控制器，其與腐蝕感測裝置、溫度補償裝置、溫度感測器、及控制裝置可操作地通訊。該腐蝕感測裝置及該控制器中之至少一者可操作以控制該溫度補償裝置以至少部分地基於該熱交換器在該第一選定位置處之溫度來將該腐蝕感測裝置維持在該第一選定溫度。該腐蝕感測裝置及該控制器中之至少一者可操作以判定熱交換器之熱交換表面在第一選定位置處的腐蝕率，並執行用於至少部分地基於在該第一位置處測量的腐蝕、以及在該熱交換器的在該第一選定位置處測量的該溫度下該熱交換器之預期腐蝕率來控制該熱交換器之冷側入口溫度的過程。
經由本揭露之技術實現了額外特徵及優點。本文中詳細描述了本揭露之其他實施例及態樣。為了更好地理解本揭露的優點及特徵，參照說明及附圖。
以下詳細參照如本文所示之例示性實施例，其等之實例係繪示於隨附圖式中。只要係可能的，在全部圖式中使用的相同參考字符係指相同或類似的部件。雖然如本文所述的各種實施例適用於與包括燃燒系統的熱回收蒸汽產生系統一起使用，但是一般來說，出於說明清楚性的原因，已選定並描述了諸如用於粉煤電廠的粉煤鍋爐。其他系統可包括其他類型的具有熱交換器的工廠，包括但不限於化學工廠、發電廠、以及利用廣泛範圍的燃料（包括但不限於煤、油及氣體）的鍋爐、爐子及火焰加熱器。例如，設想的鍋爐包括但不限於：切向燃燒(T-fired)及壁燃燒式(wall fired)粉煤鍋爐、循環流體化床(circulating fluidized bed, CFB)鍋爐及鼓泡流體化床(bubbling fluidized bed, BFB)鍋爐、工業鍋爐、用於生物質鍋爐的懸掛燃燒器，包括受控循環鍋爐、天然循環鍋爐及超臨界鍋爐及其他熱回收蒸汽產生器系統。
如本文所述的實施例係關於一種電力產生系統，其具有燃燒系統及用於該燃燒系統的腐蝕評估方法及控制方案，該腐蝕評估方法及控制方案提供用於評估表示鍋爐中之熱交換表面的腐蝕特性之資料。特別地，經由在由位於插入在熱交換器之一側面上的探針上的感測器所測量的腐蝕率來控制氣-氣交換器或氣-液熱交換器。進一步詳言之，所描述的實施例包括一種系統，例如探針；以及用於在由來自位於與氣相接觸之熱側上的探針之腐蝕率的反饋的引導下以最小可接受的冷側入口溫度操作熱交換器的控制方法。例如，在一實施例中，腐蝕感測器配備有即時溫控腐蝕監測感測器，並且能夠最佳化氣-氣熱交換器表面或氣-液熱交換器表面之動態溫度分佈的溫度，以便在不在腐蝕性環境內操作的情況下實現最佳的熱效率。在一實施例中，該鍋爐的操作員可判定熱交換器之特定或給定的腐蝕行為，與此同時最佳化熱交換器表面之冷側入口溫度或動態溫度分佈。所描述的實施例可適用於所有類型的具有熱交換表面的鍋爐，但是更具體而言適用於燃燒化石燃料及廢棄物的鍋爐，包括切向燃燒鍋爐、以及鼓泡床鍋爐、流化床鍋爐、及循環流化床鍋爐。
圖1繪示了根據數項實施例的電力產生系統10，其包括鍋爐壁評估系統，該鍋爐壁評估系統具有燃燒系統11，該燃燒系統具有如可在電力產生應用中採用的鍋爐12。鍋爐12可係切向燃燒的鍋爐（亦稱為切向燃燒(T-fired)的鍋爐）或壁燃燒式鍋爐。經由燃燒器總成14及/或與該等燃燒器總成相關聯的噴嘴將燃料及空氣引入至鍋爐12中。燃燒系統11包括燃料源，諸如，例如經組態以將燃料（諸如煤）研磨至所需細度的粉碎器16。使用一次空氣將粉碎的煤從粉碎器16傳遞至鍋爐12。空氣源18提供二次空氣或燃燒空氣至鍋爐12的供應，在該鍋爐處該二次空氣或燃燒空氣與燃料混合並燃燒，如下文所詳細討論。在鍋爐12係燃燒氧氣的鍋爐時，空氣源18可為空氣分離單元，其自進入的空氣流或直接自大氣中提取氧。
該鍋爐12包括料斗區20，該料斗區位於主燃燒器區22下方，可自該料斗區收集灰以供進行後續移除。鍋爐12之底部具備網格32，該網格一方面用於引入稱為一次空氣或燃燒空氣的燃燒或懸浮或流體化氣體（對於床型鍋爐而言），該氣體係經由空氣預熱器17藉由風扇34泵入鍋爐12中；且另一方面用於從鍋爐12移除底部灰及其他碎屑。鍋爐12亦包括主燃燒器區22（亦稱為風箱），在該主燃燒器區中空氣及空氣燃料混合物經引入至鍋爐12中；燒盡區24，在該燒盡區中在主燃燒器區22中未燃燒的任何空氣或燃料得以燃燒；具有過熱器27的過熱器區26，在該過熱器區中可藉由燃燒煙氣對蒸汽進行過加熱。該鍋爐12亦包括具有節熱器31之節熱器區28，在該節熱器區中水可在進入混合球或滾筒(25)以將水進料至水壁23之前經預熱。在主燃燒器區22中，一次空氣、粉煤、及二次空氣的受控流經引入至燃燒系統11中，以在該燃燒系統中實現旋轉火球的形成。該旋轉火球係如此類型之燃燒製程，其導致有助於在水壁23之火側表面上沉積的材料之釋放。基於碳的燃燒副產物如渣及/或灰堆積在水壁23的火側表面上。進入節熱器31的鍋爐進料水發源於在蒸汽渦輪50及蒸汽渦輪50下游的冷凝器57中的使用。在冷凝物進入節熱器31之前，首先藉助於一或多個低壓預熱器（未圖示）藉由蒸汽加熱該冷凝物。可採用泵40以幫助將水循環至水壁23並穿過鍋爐12。
鍋爐12內使用一次空氣及二次空氣的燃料燃燒產生了煙氣流，該煙氣流最終經處理並經由在節熱器區28下游之煙囪排出。通常收集來自該煙氣之熱量的最終步驟在燃燒空氣預熱器17中進行，在該燃燒空氣預熱器中使用該煙氣熱量來加熱用作燃燒系統11中之燃燒空氣的空氣。在煙氣路徑中該空氣預熱器17之後係靜電過濾器/集塵器或袋式過濾器（未圖示），該靜電過濾器/集塵器或袋式過濾器在煙氣經由煙囪通氣至大氣之前分離煙氣中剩下的任何固體粒子。如本文中所使用，諸如「下游(downstream)」的方向意指煙氣流的一般方向。類似地，用語「上游(upstream)」與「下游(downstream)」之方向相反，與煙氣流的方向相反地行進。
通常，在電力產生系統10及燃燒系統11的操作中，鍋爐12中的燃料燃燒加熱鍋爐12的水壁23中的水，該水隨後穿過蒸汽鼓（或等效物）（在下文中稱為鼓25）到達過熱器區26中的過熱器27，在該過熱器中煙氣將額外熱量賦予該蒸汽。隨後經由一般圖示為60的管路系統將來自過熱器27的過熱蒸汽引導至渦輪50的高壓區段52，在該高壓區段中蒸汽經膨脹並冷卻以驅動渦輪50並由此使發電機58轉動以產生電力。隨後可將來自渦輪50的高壓區段52的經膨脹的蒸汽返回至在過熱器27下游的再熱器29以再加熱該蒸汽，該蒸汽隨後經引導至渦輪50的中壓區段54，並最終至渦輪50的低壓區段56，在該低壓區段中該蒸汽依次膨脹並冷卻以驅動渦輪50。
如圖1所示，燃燒系統11包括感測器、致動器、及監測裝置之陣列，以監測並控制燃燒過程以及關於鍋爐操作的所得後果。例如，在整個系統中採用大致上且共同圖示為36的溫度及壓力監測器，以確保適當的控制、操作並確保不超過操作極限。在另一實例中，燃燒系統11可包括複數個流體流動控制裝置30，該複數個流體流動控制裝置將用於燃燒的二次空氣供應至與燃燒器總成14相關聯之各燃料引入噴嘴。在一實施例中，流體流動控制裝置30可係電致動的空氣調節器，其可經調整以改變提供至與各燃燒器總成14相關聯之各燃料引入噴嘴的空氣量。該鍋爐12亦可包括在爐子周圍的各種空間位置處的其他個別可控的空氣調節器或流體流動控制裝置（未圖示）。該等流動控制裝置30中之各流動控制裝置可由控制單元150個別控制，以確保針對各噴嘴位置實現所需的空氣/燃料比及火焰溫度。
圖1亦繪示了鍋爐12的尾部煙道(backpass)（或逆通風區段(back draft section)）33，該尾部煙道在過熱器27、再熱器29、以及節熱器區28中的節熱器31的下游。尾部煙道33亦可配備有監測裝置37。監測裝置37可以可選地經組態以用於測量及評估尾部煙道33內的氣體物種，諸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )、汞(Hg)、二氧化硫(SO2 )、三氧化硫(SO3 )、二氧化氮(NO2 )、一氧化氮(NO)、及氧(O2 )。SO2 及SO3 統稱為SOx。類似地，NO2 及NO統稱為NOx。
繼續進行鍋爐12的操作，可選地將預定比率的燃料及空氣提供至燃燒器總成14之各者以供進行燃燒。隨著燃料/空氣混合物在爐子內燃燒並產生煙氣，監測燃燒過程及所產生的煙氣。特別地，可感測及監測火球及火焰的各種參數、爐壁上的條件、以及煙氣的各種參數。該等參數被傳輸或以其他方式傳達至燃燒控制單元150，在該燃燒控制單元中根據儲存在記憶體中並由處理器執行的控制演算法對該等參數進行分析及處理。控制單元150經組態以根據一或多個所監測的燃燒及煙氣參數及爐壁條件來控制提供至鍋爐12的燃料及/或提供至鍋爐12的空氣。
此外，根據所描述的實施例，電力產生系統10亦包括感測器陣列，如大致上標示為36及38；致動器；以及監測裝置，其用於監測及控制與蒸汽產生相關聯的腐蝕過程。例如，在一實施例中，感測器系統80可係如本文進一步所述之溫度控制/補償腐蝕感測系統80，且隨後稱為腐蝕系統80。在其他情況中，各感測器36可係溫度感測器、壓力感測器、及類似者。在一實施例中，腐蝕感測系統80、溫度及壓力感測器36、及類似者可根據需要各自可操作地連接至控制單元150或另一控制器，以實施本文所述之方法及功能。此外，電力產生系統10可包括複數個流體流動控制裝置66，在一實例中，該複數個流體流動控制裝置控制系統10中的水或蒸汽的流動。在一實施例中，流體流動控制裝置66可係電致動閥，其可經調整以改變穿過其的流量。流體流動控制裝置（例如，66）中之各者可由控制單元150個別控制。
腐蝕可尤其對鍋爐的組件有害。腐蝕主要是所採用的燃料的燃燒副產物的直接結果。具體而言，從化石燃料和固體廢燃料生成的氣體物種（諸如SOx、NOx、及類似物）可尤其有腐蝕性。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解的是，某些燃燒容器（諸如燒天然氣之彼等燃燒容器）不會以燒煤或固體廢料之燃燒容器之方式腐蝕或劣化。在固體廢料或煤之燃燒容器中，燃燒容器壁的腐蝕或劣化有規律地發生。測量、評估及最小化此類腐蝕係非常有利的。
鍋爐12的熱效率操作需要使用非接觸式氣-液及氣-氣熱交換器進行熱整合，該非接觸式氣-液及氣-氣熱交換器包括但不限於水壁23、過熱器27、再熱器29、或節熱器31。作為一實例，節熱器的功能係升高水溫至接近飽和溫度的「逼近」溫度。逼近溫度通常經選擇以確保最大熱能吸收效率及操作靈活性。空氣預熱器(an air preheater, APH)係經設計以在另一過程（例如，在鍋爐中燃燒）之前再次加熱空氣的任何裝置，其主要目的係增加該過程的熱效率。
圖2描繪示例性熱交換器60，例如水壁23的所關注部分、過熱器27、再熱器29、或節熱器31，及如圖1所示之鍋爐12的類似者。在一個實例中，如所繪示，熱交換器60係鍋爐12之節熱器31，並且包含藉由端彎部64及托架66連接的並排放置的個別水管或蒸汽管62。水/蒸汽管62具有水或蒸汽入口68及出口70。熱交換器60具有煙氣入口74及煙氣出口76。在所繪示之實施例中，水管62大致上垂直於鍋爐12之豎直軸線及煙氣之路徑定向。應理解的是，雖然本文所提及的熱交換器60係關於具有水管以及水入口及出口描述的，但是此類描述僅出於說明目的。熱交換器60可以是任何種類的，並以如本領域中所熟知的任何流體工作介質操作。例如，在不失一般性的情況下，熱交換器60可以是氣-氣或液-氣的。
在一實施例中，一或多個腐蝕感測器系統80可沿熱交換器60配置在模組中，該熱交換器係例如節熱器31、再熱器29、過熱器27，及如本文所討論之類似者。一般而言，在熱交換器60（例如節熱器31）的熱側係含有潛在腐蝕性物種的氣相之情況下，大多數情況下所避免的腐蝕可由於較高的氣體溫度而發生。然而，隨著氣體溫度降低，例如隨著煙氣將熱量賦予介質（例如，熱交換器中的水/蒸氣），腐蝕變得更可能發生，特別是當逼近煙氣的露點時。對腐蝕將起始之條件以及腐蝕率對過程條件的相對靈敏度進行精確預測是困難的，因為確切的露點根據許多變量而變化，該等變量包括確切溫度、燃料組成、煙氣組成、熱交換器材料、及類似者。此外，當熱交換器60之表面隨時間而污染（結垢）時該等條件可隨著時間推移而變化，並且該表面處的處理條件與大量氣相條件極大地不同。在暫態（諸如熱交換器60上的負載變化或用於維護的斷電(outage)）期間，所經歷的條件可在短時間段內以極大地影響腐蝕機制的動力學的方式顯著變化。未能將熱交換器60維持在非腐蝕操作條件下可能是昂貴且非所欲的。舉例而言，由於腐蝕的負面影響，在熱回收蒸汽產生器發電廠10中在酸露點條件下的腐蝕可能導致工廠斷電或甚至失去許可(loss of permit)。相反地，總是將熱交換表面維持在高於露點的溫度（以避免腐蝕）降低了熱交換器的效率。然而，仍然尋求在安全且經濟上可行的操作下的最小可達溫度。因此，在一實施例中，呈現了用於評估暴露於煙氣的熱交換器60中的腐蝕狀況之系統及技術。
亦轉向圖3，描繪了根據一實施例之具有腐蝕感測系統80的熱交換器60之簡化方塊圖。在一實施例中，腐蝕感測系統80及控制過程200（亦參見圖4）包括控制單元150，以達成熱交換器60之操作的所欲效能最佳化（提供具有可接受的腐蝕率的最大熱交換。腐蝕感測系統80及控制過程200促進判定腐蝕特性，並且最佳化對穿過熱交換器60的流量的控制。特別地，控制穿過熱交換器60的流體流量以達成冷側入口62的最小可接受溫度係至少部分地基於來自位於熱交換器60之熱側上的與氣相熱交換介質（例如，煙氣）接觸的腐蝕感測系統80之腐蝕率的反饋。
在一實施例中，腐蝕感測系統80採用設置在可能發生（或較佳地，更可能發生）冷凝/沉積的熱交換器60上或處的一或多個腐蝕感測裝置82及溫度感測器86。例如，更特別地，一般在熱交換器60的熱側，或特別地在該熱交換器的熱側出口76處並且與熱交換介質的氣相（例如，在出口76中/在該出口處的煙氣）接觸。腐蝕感測裝置82包括與溫度感測器86耦合之腐蝕感測器84，以有助於針對選定溫度監測給定的選定位置處的腐蝕。一種可能類型的腐蝕感測器84係電阻感測器，其中電阻感測器係用於測量其溫度並控制其溫度的一件材料81，並且其中該感測器之金屬厚度係隨時間推移進行計算（因為其腐蝕）。針對選定操作溫度的改變電阻可輕易地與腐蝕率相關。在一實施例中，腐蝕感測器84及樣本材料81的冶金(metallurgy)經選擇為與熱交換器60相同，使得感測器表現出與熱交換器60相同的腐蝕環境及特性。因此，在一實施例中，腐蝕感測系統80包括腐蝕感測裝置82，該腐蝕感測裝置具有電阻/腐蝕感測器84，該電阻/腐蝕感測器包含耦合至其之材料件（在一個實例中，係與熱交換器60相同的材料）；以及溫度感測器86，其測量相應感測裝置82之溫度。電阻可採用已知技術，諸如施加的電壓及測量的電流、惠斯頓(Wheatstone)電橋、及類似者來測量。在一實施例中，使用超過一個溫控腐蝕感測裝置82。例如，在一實施例中，採用二或更多個腐蝕感測裝置82r、82s，其中一個腐蝕感測裝置82r具有標示為Tr的溫度，該溫度經控制以追蹤例如熱交換器60的熱氣出口表面溫度（標示為Tw）（熱交換器60之材料的目前操作溫度）下的腐蝕，而另一腐蝕感測裝置82s經設定為在一不同溫度（標示為Ts）（例如，用於以可接受的腐蝕率改進效能的預期溫度）下的「偵察(scout)」，以評估與不同溫度相關聯的潛在腐蝕。在另一實施例中，用於一個腐蝕感測裝置82（例如偵察82s）的冶金(metallurgy)可不同於現有熱交換器60的實際冶金。採用不同冶金可進行評估以判定新冶金在熱交換器應用中的適配性。在一實施例中，溫度Tw經測量為熱交換器60上的「最冷」點，例如在熱氣出口76附近或該熱氣出口處，但不一定需要在那個位置。在一實施例中，如在圖4中所描繪，使用超過兩個腐蝕感測裝置82。所描述的實施例之腐蝕感測系統80可包括複數個溫控腐蝕感測裝置82，其等標示為82a、82b、82c、82d、…、82n，其等各自包括與溫度監測感測器86耦合的電阻/腐蝕感測器84。
此外，在一實施例中，隨時間控制系統80的溫度並，且更具體而言一或多個腐蝕感測裝置82的溫度，以促進溫度與所測量的腐蝕之間的相關性。在一實施例中，可控制感測裝置82及更特別地電阻/腐蝕感測器84的表面溫度(skin temperature)，並且基於該等受控的溫度來即時監測腐蝕率。在一實施例中，各腐蝕感測裝置82可具有專用或共用溫度補償裝置（例如，冷卻系統）90，該專用或共用溫度補償裝置允許在各個腐蝕感測裝置82處有多種表面溫度。在一實施例中，腐蝕感測系統80採用分開的溫度補償腐蝕感測裝置82。在另一實施例中，腐蝕感測系統80包含管100，該管較佳為與期望對其進行腐蝕監測的材料相同的材料（例如與熱交換器60相同的材料），該管在遠端102處封閉以用於插入煙氣中。溫度補償裝置90，在一個實例中係冷卻裝置104，設置在該管100內且可操作以維持選定數量的控制溫度，該等控制溫度係獨立可調整/控制的。在一實施例中，冷卻裝置104提供經由管103引導之冷卻空氣，該管與管100實質上同心，可操作以將冷卻空氣引導至管100之封閉遠端102，該冷卻空氣朝向管100之開放端折返。以此方式，藉由引導更多或更少的空氣、或冷卻的空氣，可將管100之遠端102處的溫度精確控制至選定溫度。該溫度係針對給定材料、位置、及類似者之對應腐蝕特性而選擇的。在另一實施例中，溫度補償裝置90可經組態為熱電裝置，例如帕爾貼裝置(Peltier device)，藉此電流穿過附接至各腐蝕感測裝置82的半導體材料以建立整個該材料之溫度差，該溫度差可用於提供冷卻。
亦繼續至圖3及圖4，在操作中，各溫度監測感測器86可操作以監測腐蝕感測裝置82的溫度或熱交換器（在應用的情況下）的表面溫度，例如Tw和Tc如所描繪係熱交換器表面上的測量溫度，而Tr和Ts係相應腐蝕感測裝置82r及82s的溫度。在一實施例中，如上文所提及，一個腐蝕感測裝置82（表示為「參考」感測裝置82r）的溫度經控制以緊密追蹤熱交換器60的表面溫度，例如Tw，應針對該表面溫度監測腐蝕。在一實施例中，較佳地，參考感測裝置82r具有與熱交換器60之熱氣體側表面相同的冶金，並且追蹤曝露歷史（在感測器表面處提供與在彼熱交換器表面處看到的條件非常相似的條件）。結果，基於操作中監測到的與來自溫度感測器86的測量溫度相關的電阻變化，可確定給定時間處的腐蝕，並且類似地，如隨時間所測量，可確定判定的腐蝕率。特別地，例如在一實施例中，為了測量來自（一或多個）感測器84的電阻，金屬厚度的解析度可低於1埃，從而允許在經過濾的空氣環境中進行持續在線監測。在更困難的環境中，如在2個經過的時間點之間藉由金屬厚度所測量的腐蝕趨勢及腐蝕率可花費較長的時間來建立（確保測量持續時間經選擇為提供足夠的訊雜比）。在一實施例中，如圖4所描繪，電阻之測量可在選定的持續時間內進行，以促進在給定溫度下判定熱交換器60的腐蝕率。若腐蝕率超過選定的臨限，則隨後可調整冷入口溫度以達到所需的腐蝕率。在一些實施例中，監測冷入口溫度以促進與判定的腐蝕率及與同熱交換介質（例如，水/蒸汽）的冷入口溫度相關聯的控制方案相關聯。在一實施例中，若腐蝕率高於選定的臨限，則控制冷入口溫度稍微降低以減少熱交換器60上的溫差，由此將預期腐蝕降低至更可接受的位準。
可選地，在另一實施例中，將第二腐蝕感測裝置82（表示為「偵察」感測裝置82s）設定並控制到預期要在未來施加至熱交換器60的不同目標操作溫度或目標動態溫度分佈。亦可判定與此偵查感測裝置82s相關聯的腐蝕及腐蝕率。在「偵察(scout)」感測器經選擇並經控制處於不同溫度下的一實施例中，隨著溫度變化之腐蝕率差異（相對於參考感測器）判定選擇熱交換器冷側入口之較佳溫度設定點所必需的梯度。在一實施例中，對於兩個感測裝置82r、82s，藉由在控制器150上執行的過程200來即時監測腐蝕率。在一實施例中，使用關於如自參考腐蝕感測裝置82r及偵察腐蝕感測裝置82s測量的相對或絕對腐蝕率的反饋來判定從熱交換器60的腐蝕的角度來看新的溫度設定點或動態溫度分佈是否適合。換言之，若腐蝕輪廓小於預期，則熱交換器之入口68處的較低冷側溫度可係可能的。相反地，若如所測量的腐蝕大於預期，則可能需要減小熱交換器60中的溫差以減少或控制腐蝕率。在對工廠操作進行任何修改之前重複過程200，而無論在所實現的過程條件下是與預期暫態相關聯還是最佳化熱效率相關聯。在一實施例中，基於熱交換器60的預期要求，隨後可控制冷側入口溫度（例如，如在一些實施例中測量為Tc）以確保實現所需的腐蝕特性。在一實施例中，該冷側入口溫度目標可藉由控制穿過熱交換器60的熱交換介質（水/蒸汽）的溫度及/或流率來控制。
在一實施例中，採用超過兩個溫控腐蝕感測裝置82，使得可同時測試不同溫度設定點或動態溫度分佈、以及其對即時測量的腐蝕的影響。對於該兩個感測器，即時監測腐蝕率，並且使用關於相對或絕對率的反饋來判定從腐蝕的角度來看新的溫度設定點或動態溫度分佈是否適合。在對工廠操作進行任何修改之前重複該過程，而無論在所實現的過程條件下是與預期暫態相關聯還是最佳化熱效率相關聯。
現轉向圖5，腐蝕感測系統80及/或控制單元150可包括必要電子器件、軟體、記憶體、儲存器、資料庫、韌體、邏輯/狀態機、微處理器、通訊鏈路、顯示器或其他視覺或音訊使用者介面、印刷裝置、及任何其他輸入/輸出介面，以執行本文所述之功能及/或達成在本文中描述之結果。例如，如先前所提及，在一實施例中，腐蝕感測系統80及/或控制單元150中的任一者或兩者可實施為電力產生系統10的自給式(self-contained)或模組化組件，該等自給式或模組化組件包括至少一處理模組140、及系統記憶體/資料儲存結構，該系統記憶體/資料儲存結構可包括隨機存取記憶體(random access memory, RAM)及唯讀記憶體(read-only memory, ROM)。模組140的處理器可包括一或多個習知微處理器、微控制器、及一或多個附加的協同處理器，諸如數學協同處理器或類似者。本文所討論之資料儲存結構可包括磁性、光學及/或半導體記憶體的適當組合，且可包括例如RAM、ROM、隨身碟、光學磁碟（諸如光碟及/或硬式磁碟或驅動機）。處理模組140及/或控制單元150可以整合的微控制器的形式實施，在該整合的微控制器中功能中的各種功能可整合至單一封裝中。此外，腐蝕感測系統80可實施為微控制器，該微控制器包括根據需要與各種模組介接以實施本文所述之功能性、處理、及通訊的ASIC、或FPGA。此外，可自電腦可讀取媒體將使腐蝕感測系統80及其中的模組或控制單元150適應以執行本文所揭示之方法200的軟體應用程式讀入該至少一處理器之主記憶體中。因此，本發明之實施例可即時執行本文所揭示的方法。如本文中所使用，用語「電腦可讀媒體(computer-readable medium)」係指提供或參與提供指令給模組80或控制單元150之至少一處理器（或本文所述之裝置的任何其他處理器）以供執行之任何媒體。
繼續到圖5，在一實施例中，該等感測器中的各者（例如84、86）可實體接線至控制單元150。在另一實施例中，感測器介面130及處理包括在感測裝置82中，且感測裝置82與電阻/腐蝕感測器84，及溫度感測器86以及與控制單元150通訊。在一實施例中，採用低功率的通訊介面160。通訊介面160經組態以與互連件/網路162介接，該互連件/網路將腐蝕感測裝置82及一或多個控制器（諸如控制單元150）互連。網路162可係有線組件及無線組件之混合，並且可利用包括IP網路在內之通訊網路。應理解的是，互連件/網路162可包含有線組件或無線組件、或其組合。此類有線組件可包括規則網路纜線、光纖、電線、或感測模組80、控制單元150、以及該鍋爐系統的其他裝置可經由其進行通訊的任何其他類型的實體結構。此外，網路162可包括無線組件，且可包括無線電鏈路、光學鏈路、磁性鏈路、音訊鏈路、或腐蝕感測裝置82及控制單元150可經由其進行通訊的任何其他類型的無線鏈。通訊介面160可係有線的或無線的、或其組合。在一實施例中，採用無線通訊介面160及無線網路162。舉例而言，通訊介面160可採用各種技術、技藝及協定來促進所描述的實施例之實施，並且絕非為限制性的。例如，通訊介面160及網路162可實施為乙太網路、WiFi®、Bluetooth®、NFC、及類似者。網路162可採用集線器及輪輻型建構體或作為網狀網路建構體來實施。在一些實施例中，可採用無線網狀網路以允許圍繞鍋爐12部署的複數個腐蝕感測裝置82與彼此通訊、進行坐標測量、以及將資料傳送回至控制單元150。有利地，將無線本端電源120與無線通訊介面160及網路162組合，顯著地降低了各感測器系統80及整個系統之安裝成本。
應理解的是，雖然鍋爐12，且更具體而言，整合式腐蝕感測系統80及/或控制單元150經描述為包括用於電源120、感測器介面130、處理模組140及通訊介面160的分開模組，但是此類描述僅出於舉例之目的。在一個另外的實施例中，所述模組中之所有或一些模組的功能可視需要容易地整合或組合。例如，在一實施例中，感測器介面130、處理模組140、及通訊介面160之功能性可整體地或部分地整合至微控制器、ASIC、FGPGA、及類似者中。
在所描述的實施例中，方法200監測鍋爐系統12中的熱交換器60之熱交換表面上的腐蝕。如在過程步驟210處所描繪，通過測熱交換器60的表面的溫度Tw而起始。如本文所述，測量係在熱氣出口76附近，較佳地但並非必須地在熱交換器60上的最冷點或冷凝可能發生的地方進行。如在過程步驟220處所描繪，方法200繼續控制在該第一位置處的腐蝕感測裝置82（例如，82r）之溫度。如在過程步驟230處所描繪，監測在第一選定位置處的腐蝕感測裝置82的腐蝕。在一實施例中，如在過程步驟240處所描繪，藉由電阻率測量值來判定腐蝕率，將該電阻率測量值與在經測量的選定持續時間內在已知的恆定溫度下測量的電阻進行比較以建立在彼選定的位置及選定的溫度下的已知基線及腐蝕率。基於所測量的腐蝕的比較，方法200在過程步驟250處繼續為至少部分地基於腐蝕率來判定熱交換器60之目標冷入口溫度。如在過程步驟260處所描繪，方法200繼續為至少部分地基於所測量的腐蝕率來控制熱交換器60之入口溫度。如在過程步驟270處所描繪，方法200繼續為可選地針對第二選定溫度重複上述步驟。最後，如在過程步驟280處所描繪，方法200繼續為至少部分地基於在選定位置處的測量值及第一選定溫度和第二選定溫度來控制熱交換器60之入口溫度。
應理解的是，雖然以特定次序描繪了方法200之各種步驟，但是該等步驟不需要是特定次序，並且以此類次序描述僅係出說明實施例之實例的目的。一些步驟可討論，一些步驟可以不同次序進行。除了操作節約，所描述的實施例之電力產生系統提供了關於新熱交換器設計及構造的資金成本節省。特別地，在使用本文所揭示之控制系統的情況下，可以藉由在確保約束腐蝕率的同時最大化熱交換器效率來設計/計畫設備，以實現更高效的熱交換器操作。
在一實施例中，本文描述了一種控制熱交換器之腐蝕的方法，該熱交換器具有熱氣入口和出口以及冷側入口和出口。該方法包括判定該熱交換器在第一選定位置處之溫度；基於該熱交換器之該表面的該溫度將腐蝕感測裝置之溫度控制至第一選定溫度；以及針對該第一選定溫度測定與該第一選定位置處的該熱交換器表面相關聯之腐蝕率。該方法亦包括將該腐蝕率與預期腐蝕率進行比較；至少部分地基於該比較、該判定的腐蝕來判定該熱交換器的冷側流體入口溫度目標；以及至少部分地基於該判定的入口溫度目標、判定的腐蝕率、及預期的腐蝕率來控制冷側流體入口溫度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法之進一步實施例可包括控制該腐蝕感測裝置之溫度，該控制包括在該第一選定位置處提供溫度補償裝置。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法的進一步實施例可包括控制至第一選定溫度，該控制至第一選定溫度包括將該腐蝕感測裝置之溫度控制至該熱交換器之目前温度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法的進一步實施例可包括該測定腐蝕係基於測量該第一選定位置處的電阻。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法之進一步實施例可包括將該第一選定位置處的電阻與在選定條件下所測量之基線電阻進行比較。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法的進一步實施例可包括選定條件包括在初始時間處該第一選定位置處於該第一選定溫度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法的進一步實施例可包括該控制該入口溫度係至少部分地基於以下中的至少一者：控制至該熱交換器的冷側入口的熱交換介質的流率；以及控制至熱交換器的冷側入口的熱交換介質的溫度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法之進一步實施例可包括將在該熱交換器之該熱交換表面處的該第一選定位置處的腐蝕感測裝置之溫度控制至第二選定溫度；判定在該第二選定溫度下與該熱交換器之該熱交換表面相關聯之腐蝕率；將該判定的腐蝕與同該第二選定溫度相關聯之預期腐蝕率進行比較；至少部分地基於該比較以及在該第二選定溫度下測量的腐蝕率，判定該熱交換器之冷側入口溫度目標；以及至少部分地基於該判定的冷側入口溫度及在該第二選定溫度下測量的腐蝕率來控制該冷側入口溫度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法的進一步實施例可包括該第二選定溫度經選擇為至少部分地基於該熱交換器之預期改良腐蝕速率。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法的進一步實施例可包括該第一選定位置係基於該熱交換器之熱交換表面的可能腐蝕。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該方法的進一步實施例可包括該第一選定位置係經選擇為鄰近於該熱交換器之熱氣出口。
在另一實施例中，本文描述了一種用於監測熱交換器之熱交換表面的腐蝕的系統。該系統包括熱交換器，該熱交換器具有熱氣入口、熱氣出口、冷側入口、及冷側出口；腐蝕感測裝置，其設置在該熱交換器之該熱交換表面處的第一選定位置處，該腐蝕感測裝置可操作以針對第一選定溫度測量該熱交換表面之腐蝕率；溫度補償裝置，其可控制且可操作以控制該腐蝕感測裝置之溫度；以及溫度感測裝置，其設置成鄰近於該第一選定位置，該溫度感測裝置可操作以測量該熱交換器在該第一選定位置處之溫度。該系統亦包括控制裝置，其可操作以控制穿過熱交換器至冷側入口的熱交換介質之溫度及流量中之至少一者；及控制器，其與腐蝕感測裝置、溫度補償裝置、溫度感測器、及控制裝置可操作地通訊。該腐蝕感測裝置及該控制器中之至少一者可操作以控制該溫度補償裝置以至少部分地基於該熱交換器在該第一選定位置處之溫度來將該腐蝕感測裝置維持在該第一選定溫度。該腐蝕感測裝置及該控制器中之至少一者可操作以判定熱交換器之熱交換表面在第一選定位置處的腐蝕率，並執行用於至少部分地基於在該第一位置處測量的腐蝕、以及在該熱交換器的在該第一選定位置處測量的該溫度下該熱交換器之預期腐蝕率來控制該熱交換器之冷側入口溫度的過程。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括溫度感測器，該溫度感測器可操作以測量大致在該冷側入口處的該熱交換器表面的溫度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括該腐蝕感測裝置及該控制器中之至少一者可操作以執行用於至少部分地基於在該第一位置處測量的腐蝕、在該熱交換器的在該第一選定位置處測量的該溫度下該熱交換器之預期腐蝕率、以及該測量的冷側入口溫度來控制該熱交換器之該冷側入口溫度的一過程。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統之進一步實施例可包括該腐蝕感測裝置包括電阻感測器，該電阻感測器可操作以測量熱交換表面之電阻；以及溫度感測器，其可操作以測量該腐蝕感測裝置附近的交換表面之溫度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括腐蝕感測裝置進一步包括電源，該電源可操作以提供電力至該腐蝕感測裝置，處理器模組；該處理模組可操作以執行用於至少部分地基於該電阻及該測量的溫度判定腐蝕的一過程；通訊模組，該通訊模組可操作以與至少該控制器通訊。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括第二腐蝕感測裝置，其設置在該熱交換器之該熱交換表面處的該第一選定位置處，該第二腐蝕感測裝置可操作以測量在第二選定溫度下該熱交換表面之腐蝕。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括至少部分地基於所判定之冷側入口溫度及在第二選定溫度下測量的腐蝕率來控制冷側入口溫度。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括該第二選定溫度至少部分地基於該熱交換器之預期改良腐蝕速率。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括該第一選定位置係基於該熱交換器之熱交換表面的可能腐蝕。
除了上述特徵中之一或多者或作為替代，該系統的進一步實施例可包括該第一選定位置係經選擇為鄰近於該熱交換器之熱氣出口。
最後，亦應理解，系統10及控制單元150可包括必要電子器件、軟體、記憶體、儲存器、資料庫、韌體、邏輯/狀態機、微處理器、通訊鏈路、顯示器或其他視覺或音訊使用者介面、印刷裝置、及任何其他輸入/輸出介面，以執行本文所述之功能及/或達成在本文中描述之結果。例如，如先前所提及，該系統可包括至少一處理器及系統記憶體/資料儲存結構，其可包括隨機存取記憶體(RAM)及唯讀記憶體(ROM)。系統10的至少一個處理器可包括一或多個習知微處理器及一或多個附加的協同處理器，諸如數學協同處理器或類似者。本文所討論之資料儲存結構可包括磁性、光學及/或半導體記憶體的適當組合，且可包括例如RAM、ROM、隨身碟、光學磁碟（諸如光碟及/或硬式磁碟或驅動機）。
此外，可自一電腦可讀取媒體將使該控制器適應以執行本文所揭示之方法的軟體應用程式讀入該至少一個處理器之一主記憶體中。因此，本發明之實施例可即時執行本文所揭示的方法。如本文中所使用，用語「電腦可讀媒體(computer-readable medium)」係指提供或參與提供指令給系統10之至少一處理器（或本文所述之裝置的任何其他處理器）以供執行之任何媒體。此一媒體可採取許多形式，包括但不限於非揮發性媒體及揮發性媒體。非揮發性媒體包括例如光學、磁性、或光磁的磁碟，諸如記憶體。揮發性媒體包括動態隨機存取記憶體(dynamic random-access memory, DRAM)，其一般構成主記憶體。電腦可讀媒體的常見形式包括例如軟碟(floppy disk)、軟性磁碟(flexible disk)、硬碟、固態硬碟(solid state drive, SSD)、磁帶、任何其他磁性媒體、CD-ROM、DVD、任何其他光學媒體、RAM、PROM、EPROM或EEPROM（電子抹除式可程式化唯讀記憶體）、FLASH-EEPROM、任何其他記憶體晶片或記憶卡匣、或任何其他電腦可自其讀取的媒體。
雖然在實施例中，在該軟體應用程式中執行指令序列使至少一個處理器執行本文所述之方法/程序，但可使用硬佈線電路系統(hard-wired circuitry)取代或結合軟體指令，以執行所述之方法/程序。因此，如本文所述之實施例不限於硬體及/或軟體的任何特定組合。
如本文中所使用，「電氣通訊(electrical communication)」或「電氣耦合(electrically coupled)」意指某些組件經組態以經由藉由直接或間接電氣連接進行直接或間接傳訊而與彼此通訊。如本文中所使用，「機械耦合(mechanically coupled)」係指能夠支撐用於在組件之間傳輸扭矩的必要力的任何耦合方法。如本文中所使用，「操作性地耦合(operable coupled)」係指可係直接或間接的連接。連接不一定係機械附接。
如本文中所使用，以單數引用並繼續字詞「一(a/an)」的元件或步驟，應理解為不排除所述元件或步驟之複數，除非明確說明此類排除。再者，對於所述實施例之「一實施例(one embodiment)」的參照並非意圖被解讀為排除亦合併所引述之特徵的額外實施例之存在。此外，除非有明確相反說明，否則「包含(comprising)」、「包括(including)」、或「具有(having)」具有一特定性質的一元件或複數個元件之實施例，可包括不具有彼性質的額外此類元件。
另外，雖然本文中所描述之尺寸及材料類型意欲界定與所述實施例相關聯之參數，但其等並非作為限制且為例示性實施例。對於檢視上述說明後的所屬技術領域中具有通常知識者而言，許多其他實施例將係顯而易見的。因此，本發明之範疇應參照隨附申請專利範圍來判定。此類描述可包括所屬技術領域中具有通常知識者所思及之其他實例，並且若此類其他實例不具有不同於申請專利範圍之字面用語的結構元件，或若此類其他實例包括與申請專利範圍之字面用語無實質差異的等效結構元件，則其等係意欲位在申請專利範圍之範疇內。在隨附申請專利範圍中，用語「包括(including)」及「其中(in which)」係用來作為相對用語「包含(comprising)」與「其中(comprise)」之簡明英語(plain-English)等效詞。此外，在下列申請專利範圍中，用語諸如「第一(first)」、「第二(second)」、「第三(third)」、「上(upper)」、「下(lower)」、「底部(bottom)」、「頂部(top)」等僅用作標示，且並非意欲對其等客體賦予數字或位置要求。再者，下列申請專利範圍的限制並非以手段加上功能形式書寫且不意欲被如此解讀，除非以及直到此類申請專利範圍限制明確使用用語「用於…的手段(means for)」接著為功能之敘述而無進一步結構。
10:電力產生系統/系統/熱回收蒸汽產生器發電廠 11:燃燒系統 12:鍋爐/鍋爐系統 14:燃燒器總成 16:粉碎器 17:空氣預熱器 18:空氣源 20:料斗區 22:主燃燒器區 23:水壁 24:燒盡區 25:混合球/滾筒/鼓 26:過熱器區 27:過熱器 28:節熱器區 29:再熱器 30:流體流動控制裝置/流動控制裝置 31:節熱器 32:網格 33:尾部煙道 34:風扇 36:感測器 37:監測裝置 38:感測器陣列 40:泵 50:渦輪 52:高壓區段 54:中壓區段 56:低壓區段 57:冷凝器 58:發電機 60:熱交換器 62:水管/蒸汽管/冷側入口 64:端彎部 66:托架/熱交換器/流體流動控制裝置 68:水/蒸汽入口/入口/冷側流體入口/冷側流體入口溫度/冷側入口 70:出口/冷側出口 74:煙氣入口/熱氣入口 76:煙氣出口/熱氣出口/熱側出口/出口 80:腐蝕感測器系統/系統/模組/感測模組/感測器系統/腐蝕感測系統 81:樣本材料/材料 82:腐蝕感測裝置/感測裝置/溫度補償裝置 82a:溫控腐蝕感測裝置 82b:溫控腐蝕感測裝置 82c:溫控腐蝕感測裝置 82d:溫控腐蝕感測裝置 82n:溫控腐蝕感測裝置 82r:腐蝕感測裝置 82s:腐蝕感測裝置 84:電阻/腐蝕感測器 86:溫度感測器/溫度監測感測器 90:溫度補償裝置 100:管 102:遠端 103:管 104:冷卻裝置 120:電源 130:感測器介面 140:處理模組/控制器/模組/控制裝置 150:控制單元/控制器/控制裝置 160:通訊介面 162:網路 200:方法/過程 210:步骤 220:步骤 230:步骤 240:步骤 250:步骤 260:步骤 270:步骤 280:步骤
由閱讀下列非限制性實施例之說明，參照本文中以下的隨附圖式，將更瞭解本文所述的實施例： ［圖1］係根據一實施例之具有鍋爐之電力產生系統的簡化示意圖； ［圖2］係根據一實施例之示例性熱交換器的一節段之圖解； ［圖3］係根據一實施例之圖2的包括腐蝕感測系統的熱交換器之示意圖解； ［圖4］係根據一實施例之腐蝕感測器模組的示意圖； ［圖5］係根據一實施例之腐蝕感測模組的簡化方塊圖；及 ［圖6］係根據一實施例之熱交換器腐蝕判定及控制方法的流程圖。
10:電力產生系統/系統/熱回收蒸汽產生器發電廠
11:燃燒系統
12:鍋爐/鍋爐系統
14:燃燒器總成
16:粉碎器
17:空氣預熱器
18:空氣源
20:料斗區
22:主燃燒器區
23:水壁
24:燒盡區
25:混合球/滾筒/鼓
26:過熱器區
27:過熱器
28:節熱器區
29:再熱器
30:流體流動控制裝置/流動控制裝置
31:節熱器
33:尾部煙道
34:風扇
36:感測器
37:監測裝置
38:感測器陣列
40:泵
50:渦輪
52:高壓區段
54:中壓區段
56:低壓區段
57:冷凝器
58:發電機
60:熱交換器
66:托架/熱交換器/流體流動控制裝置
80:腐蝕感測器系統/系統/模組/感測模組/感測器系統/腐蝕感測系統

Claims (18)

  1. 一種控制一熱交換器的一熱交換表面之腐蝕的方法，該熱交換器具有一熱氣入口、一熱氣出口、一冷側流體入口、及一冷側出口，該方法包含：判定該熱交換器之一表面在一第一位置處的一溫度；基於該熱交換器之該表面在該第一位置處的該溫度，將一腐蝕感測系統的一溫度控制至一第一溫度，該腐蝕感測系統包括複數個腐蝕感測裝置，每一個腐蝕感測裝置具有耦合至一溫度感測器的一腐蝕感測器，其中控制該腐蝕感測系統的該溫度包括在該第一位置處提供與該腐蝕感測系統整合的一溫度補償裝置，其中該溫度補償裝置包括將該腐蝕感測系統容納於其內之具有一封閉端及一相對的開放端的一第一管、及設置在該第一管內的一第二管，該複數個腐蝕感測裝置中的每一者以間隔佈置耦合至該第一管的一內壁，其中該第二管在一第一端和一相對的第二端處為開放的，該第二管經組態以接收冷卻空氣，該冷卻空氣流動通過該第二管朝向該第一管的該封閉端，該冷卻空氣從該第一管的該封閉端往回反射朝向該第一管的該開放端，經反射的該冷卻空氣在朝向該第一管的該開放端流動的同時直接地冷卻該複數個腐蝕感測裝置中的每一者，其中該溫度補償裝置根據被引導通過該第一管和該第二管的該冷卻空氣的量來控制形成該腐蝕感測系統的該複數個腐蝕感測裝置中的每一者的該冷卻，其中該複數個腐蝕感測裝置中的每一者包括具有一通訊介面的一微控制器、一處 理模組、與對應的腐蝕感測器和溫度感測器通訊的一感測器介面、及對該通訊介面、該處理模組和該感測器介面供電的一電源，該通訊介面使得能夠與形成該腐蝕感測系統的其他腐蝕感測裝置和操作性地耦合至該複數個腐蝕感測裝置的一控制單元通訊，其中該複數個腐蝕感測裝置經組態以與彼此通訊、進行坐標測量、以及將關於該坐標測量的資料傳送至該控制單元；針對該第一溫度判定在該第一位置處與該熱交換器之該熱交換表面相關聯的一腐蝕率；比較該腐蝕率及與該第一位置及該第一溫度相關聯之一預期腐蝕率；至少部分地基於該比較該第一位置處的該腐蝕率，判定該熱交換器之一冷側流體入口溫度目標；及至少部分地基於該流體入口溫度目標、腐蝕率、及一預期腐蝕率來控制一冷側流體入口溫度。
  2. 如請求項1之方法，其中該將該腐蝕感測系統之該溫度控制至該第一溫度包括將該腐蝕感測系統之該溫度控制至該熱交換器之一目前溫度。
  3. 如請求項1之方法，其中該判定與該熱交換器之該熱交換表面相關聯的該腐蝕率係基於測量該第一位置處之一電阻。
  4. 如請求項3之方法，其中該第一位置處之該電阻與在選定條件下所測量之基線電阻進行比較。
  5. 如請求項4之方法，其中該選定條件包括 該第一位置在初始時間處於該第一溫度。
  6. 如請求項1之方法，其中該控制該冷側流體入口溫度係基於以下中的至少一者：控制至該熱交換器之該冷側流體入口的一熱交換介質之一流率；及控制至該熱交換器的該冷側流體入口的該熱交換介質之一溫度。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含：將在該熱交換器之該熱交換表面處的該第一位置處的該腐蝕感測系統之一溫度控制至一第二溫度；判定在該第二溫度下與該熱交換器之該熱交換表面相關聯的一第二腐蝕率；比較該第二腐蝕率及與該第二溫度相關聯之一預期腐蝕率；至少部分地基於該比較步驟以及在該第二溫度下的該第二腐蝕率，判定該熱交換器之一第二冷側入口溫度目標；及至少部分地基於該第二冷側入口溫度及在該第二溫度下的該第二腐蝕率來控制該冷側入口溫度。
  8. 如請求項7之方法，其中該第二溫度係至少部分地基於該熱交換器之一預期改良腐蝕率而選擇。
  9. 如請求項1之方法，其中該第一位置係基於該熱交換器的該熱交換表面的可能腐蝕位置。
  10. 如請求項9之方法，其中該第一位置被 選擇為鄰近於該熱交換器的該熱氣出口。
  11. 一種用於監測一熱交換器之一熱交換表面的腐蝕之系統，該系統包含：一熱交換器，其具有一熱氣入口、一熱氣出口、一冷側入口、及一冷側出口；一腐蝕感測系統，其設置在該熱交換器之該熱交換表面處的一第一位置處，以針對一第一溫度測量該熱交換表面的一腐蝕率，其中該腐蝕感測系統包括複數個腐蝕感測裝置，每一個腐蝕感測裝置具有耦合至一溫度感測器的一腐蝕感測器；與該腐蝕感測系統整合的一溫度補償裝置，其可控制且可操作以控制該腐蝕感測系統之該溫度，其中該溫度補償裝置包括將該腐蝕感測系統容納於其內之具有一封閉端及一相對的開放端的一第一管、及設置在該第一管內的一第二管，該複數個腐蝕感測裝置中的每一者以間隔佈置耦合至該第一管的一內壁，其中該第二管在一第一端和一相對的第二端處為開放的，該第二管經組態以接收冷卻空氣，該冷卻空氣流動通過該第二管朝向該第一管的該封閉端，該冷卻空氣從該第一管的該封閉端往回反射朝向該第一管的該開放端，經反射的該冷卻空氣在朝向該第一管的該開放端流動的同時直接地冷卻該複數個腐蝕感測裝置中的每一者，其中該溫度補償裝置根據被引導通過該第一管和該第二管的該冷卻空氣的量來控制形成該腐蝕感測系統的該複數個腐蝕感測裝置中的每一者的該冷卻，其中該複 數個腐蝕感測裝置中的每一者包括具有一通訊介面的一微控制器、一處理模組、與對應的腐蝕感測器和溫度感測器通訊的一感測器介面、及對該通訊介面、該處理模組和該感測器介面供電的一電源，該通訊介面使得能夠與形成該腐蝕感測系統的其他腐蝕感測裝置和操作性地耦合至該複數個腐蝕感測裝置的控制單元通訊，其中該複數個腐蝕感測裝置經組態以與彼此通訊、進行坐標測量、以及將關於該坐標測量的資料傳送至該控制單元；其中與對應的腐蝕感測裝置相關聯之每一個溫度感測器可操作以測量該熱交換器在該第一位置處之一溫度；其中與對應的腐蝕感測裝置相關聯之每一個處理模組及該控制單元可操作以控制至該冷側入口通過該熱交換器的一熱交換介質的一溫度及一流量中之至少一者；及其中該控制單元與該複數個腐蝕感測裝置的該等處理模組和該等溫度感測器、及該溫度補償裝置可操作地通訊，其中該複數個腐蝕感測裝置及該控制單元中之至少一者可操作以控制該溫度補償裝置以至少部分地基於該熱交換器在該第一位置處之該溫度來將該腐蝕感測系統維持在該第一溫度；其中該腐蝕感測系統及該控制單元中之至少一者可操作以判定該熱交換器之該熱交換表面在該第一位置處的一腐蝕率，並執行用於至少部分地基於在該第一位置處測量的該腐蝕、以及在該熱交換器的該第一位置處測量的該溫 度下該熱交換器之一預期腐蝕率來控制該熱交換器之一冷側入口溫度的一過程。
  12. 如請求項11之系統，其進一步包含一冷側入口溫度感測器，其可操作來測量在該冷側入口處之該熱交換表面的該溫度。
  13. 如請求項12之系統，其中該腐蝕感測系統及該控制單元中之至少一者係可操作以執行用於至少部分地基於在該第一位置處測量的該腐蝕率、在該熱交換器的該第一位置處測量的該溫度下該熱交換器之一預期腐蝕率、以及經測量的該冷側入口溫度來控制該熱交換器之該冷側入口溫度的一過程。
  14. 如請求項11之系統，其中該複數個腐蝕感測裝置的每一個腐蝕感測器包含：一電阻感測器，其可操作以測量該熱交換表面之一電阻。
  15. 如請求項11之系統，其進一步包含一第二腐蝕感測系統，其設置在該熱交換器之該熱交換表面處的該第一位置處，該第二腐蝕感測裝置可操作以測量在一第二選定溫度下該熱交換表面之一腐蝕率。
  16. 如請求項15之系統，其中該控制單元經組態以至少部分地基於經判定的該冷側入口溫度及在該第二溫度下測量的該腐蝕率來控制該冷側入口溫度。
  17. 如請求項15之系統，其中該第二溫度至少部分地基於該熱交換器之一預期改良腐蝕率。
  18. 如請求項11之系統，其中該第一位置係基於該熱交換器的該熱交換表面的可能腐蝕位置，且其中該第一選定位置被選擇為鄰近於該熱交換器的該熱氣出口。
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