用于使用振动分析来检测、监测和移除锅炉热交换器表面上的沉积物的系统和方法

摘要

一种锅炉系统10，包括锅炉12，锅炉12具有至少一个热交换器22，该至少一个热交换器22具有沉积物20可在其上形成的表面48。锅炉系统10还包括至少一个可伸缩吹灰器16，其具有用于将高压流体24运送到锅炉12中的枪管26。枪管26被构造成使得高压流体24冲击热交换器表面48以在锅炉系统10中产生振动。锅炉系统10还包括联接至锅炉系统10的至少一个振动测量装置14。振动测量装置14被配置为测量锅炉系统10中的振动，测量到的振动指示在热交换器表面48上存在或不存在沉积物20。可选地，振动测量装置14可以检测由沉积物20从热交换器22的表面48的释放或被释放的沉积物80与锅炉系统10中的表面的冲击所引起的振动。

权利要求

1.一种锅炉系统，包括：

锅炉，所述锅炉具有至少一个热交换器，所述至少一个热交换器具有沉积物可在其上形成的表面；

至少一个可伸缩的吹灰器，其具有用于将高压流体运送到所述锅炉中的枪管，所述枪管被构造成排放所述高压流体，使得所述高压流体冲击热交换器表面以在所述锅炉系统中产生振动；和至少一个振动测量装置，其联接至所述锅炉系统，所述振动测量装置被配置成测量由所述高压流体与所述热交换器表面的冲击而导致的所述锅炉系统中的振动，其中所测量的所述锅炉系统的振动指示在所述热交换器表面上存在或不存在沉积物。

2.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所测量的所述锅炉系统的振动指示所述热交换器表面上的所述沉积物的位置或所述沉积物的质量中的至少一者。

3.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所述振动测量装置位于所述吹灰器或所述锅炉中的至少一者上。

4.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所述至少一个振动测量装置联接至所述锅炉的外表面。

5.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，还包括：至少一个锅炉支撑结构，所述至少一个热交换器悬挂在所述至少一个锅炉支撑结构上，其中所述至少一个振动测量装置联接至所述至少一个锅炉支撑结构。

6.如权利要求5所述的锅炉系统，其特征在于，所述锅炉支撑结构选自由吊杆、高架梁及其组合构成的组。

7.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所述至少一个振动测量装置选自由加速度计、位移测量装置、速度测量装置及其组合构成的组。

8.一种检测设置在锅炉系统内的至少一个热交换器表面上的沉积物的方法，所述方法包括：相对于所述至少一个热交换器表面移动枪管；

用从所述枪管排放的高压流体来冲击所述至少一个热交换器表面；

测量由所述高压流体在所述至少一个热交换器表面上的位置处的冲击引起的所述锅炉系统中的振动；和分析所测量的振动以检测沉积物在所述位置处的存在。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：响应于所测量的振动来控制在所述至少一个热交换器的所述位置处从所述枪管排放的所述高压流体的流动特性。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流动特性为由所述枪管排放的高压流体的流量。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，测量振动的步骤还包括：测量由所述高压流体与所述至少一个热交换器表面在多个位置中的每个处的冲击引起的所述锅炉系统中的振动，其中分析所测量的振动的步骤还包括分析由所述高压流体与所述至少一个热交换器表面上的所述多个位置的冲击引起的所述锅炉系统中的所测量的振动，所述方法还包括：生成任何检测到的沉积物在所述至少一个热交换器表面上的位置的映射图。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：基于检测到的沉积物的映射图来控制从所述枪管排出的所述高压流体的流动特性，同时相对于所述至少一个热交换器表面移动所述枪管。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述至少一个热交换器表面的具有更大量沉积物的位置与所述至少一个热交换器表面的具有更少量沉积物的位置相比，所述流动特性更大。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，利用联接至所述锅炉系统的至少一个加速度计来测量所述振动。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一个加速度计联接至吹灰器、所述锅炉、或所述至少一个热交换器的锅炉悬挂在其上的支撑结构中的至少一者。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述至少一个加速度计联接至所述锅炉的外表面。

17.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用高压流体对所述至少一个热交换器表面的冲击移除了所述至少一个热交换器表面上的所述位置处的所述沉积物的至少一部分，所述方法还包括：测量在第一时间点由所述高压流体在所述至少一个热交换器表面的所述位置处的冲击引起的第一振动；

测量在第二时间点由所述高压流体在所述至少一个热交换器表面的所述位置处的冲击引起的的第二振动；和将所述第一振动与所述第二振动进行比较以确定所述至少一个热交换器表面上所述位置处的沉积物的质量的变化。

18.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述至少一个热交换器表面上的所述位置处所测量的振动越大，则在所述至少一个热交换器表面上的所述位置处的沉积物的量越大。

19.一种用于分析锅炉系统的表面的过程，所述过程包括：第一次传运中使枪管通过锅炉，所述第一次传运影响所述锅炉系统中的振动；

接收指示所述锅炉系统中的振动的第一信号；以及

响应于超过阈值的振动，确定沉积物在所述锅炉的表面上的存在。

20.如权利要求19所述的过程，其特征在于，还包括：当所述振动超过所述阈值时，识别所述枪管的位置；以及当所述振动超过所述阈值时，基于所述枪管的位置来确定沉积物在所述锅炉中的位置。

21.如权利要求19所述的过程，其特征在于，还包括：在所述第一次传运之后的第二次传运中使枪管通过所述锅炉；

接收指示所述锅炉系统中的第二振动的第二信号；以及响应于超过所述阈值的所述第二振动，确定沉积物在所述锅炉的表面上的存在。

22.如权利要求21所述的过程，其特征在于，还包括：确定在所述第一次传运中识别的沉积物在所述锅炉中的位置；

确定在所述第二次传运中识别的沉积物在所述锅炉中的位置；以及将来自所述第一次传运的沉积物的位置与来自所述第二次传运的沉积物的位置进行比较。

23.如权利要求22所述的过程，其特征在于，还包括如果来自所述第一次传运的沉积物的位置与来自所述第二次传运的沉积物的位置重叠，则将所述第一信号与所述第二信号进行比较，其中所述第一信号与所述第二信号之间的差表示所述锅炉的表面上的沉积物的质量变化。

24.一种映射锅炉系统中的一个或多个热交换器表面上的一个或多个沉积物的位置方法，包括：相对于至少一个热交换器表面移动至少一个枪管；

用从所述至少一个枪管排放的高压流体冲击所述至少一个热交换器表面上的沉积物；

测量由冲击所述沉积物的所述高压流体引起的所述锅炉系统中的反作用力，以识别沉积物的存在；

识别所述沉积物在所述锅炉系统中的位置；以及

基于所识别的沉积物的位置来生成沉积物在所述锅炉系统中的映射图。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述至少一个枪管是多个枪管，所述至少一个热交换器表面是多个热交换器表面。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述反作用力在所述锅炉系统中产生超过阈值的振动。

27.一种检测从锅炉中的热交换器表面释放的沉积物的方法，所述方法包括：提供联接至所述锅炉的至少一个振动测量装置；

检测由下列中的至少一个引起的振动：沉积物从所述热交换器的表面的释放，或者所释放的沉积物与锅炉系统中的表面的冲击，所述振动由所述至少一个振动测量装置检测；

以及

分析检测到的振动，以确定下列中的至少一个：所述热交换器表面的表面上的沉积物从其释放的位置，或者所述锅炉系统中被沉积物冲击的位置。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个振动测量装置联接至所述锅炉的底板，并检测在所释放的沉积物冲击所述锅炉的所述底板时所导致的振动。

29.如权利要求27所述的方法，其中至少一个所述热交换器悬挂在锅炉支撑结构上，其中，所述至少一个振动测量装置联接至所述锅炉支撑结构，并测量在沉积物从所述热交换器的所述表面释放时所导致的所述热交换器的振动。

30.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个振动测量装置为加速度计。

说明书

用于使用振动分析来检测、监测和移除锅炉热交换器表面上

的沉积物的系统和方法

[0001] 相关申请

[0002] 本申请是于2014年7月25日提交的第14/340,661号美国申请的部分继续申请，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

[0003] 本发明总地涉及锅炉中的结垢或灰渣沉积物，更具体地，涉及一种用于通过使用振动监测和分析来检测、监测、测量和/或移除锅炉的热交换器上的沉积物的系统和方法。

背景技术

[0004] 在造纸过程中，化学制浆产生黑液作为副产物。黑液包含无机蒸煮化学物以及木质素和在解煮器中在制浆期间从木材中分离的其它有机物质。黑液在锅炉中燃烧。锅炉的两个主要功能是回收在制浆过程中使用的无机蒸煮化学物，以及利用黑液的有机部分中的化学能来为造纸厂生成蒸汽。如本文所使用的，术语锅炉包括顶部支撑的锅炉，其在工艺中所燃烧的燃料在传热表面结垢。

[0005] 硫酸盐锅炉是用于燃烧黑液以生成蒸汽的锅炉的实例。硫酸盐锅炉包括在炉中位于各种水平面上的热交换器组，用于通过辐射和对流从炉气体提取热量以生成例如蒸汽的加热流体。通常，炉气体首先与过热器组中的热交换器相互作用以生成过热蒸汽。然后炉气与热生成器组(generating bank)中的热交换器相互作用以产生工作蒸汽。热生成器组还可以被称为锅炉组。最后，炉气与节能器组中的热交换器相互作用，这产生较低温度的加热流体。热交换器组由一组压板构成，这些压板由用作用于传导和传递热量的热交换器表面的管构成。在操作时，热交换器表面被通过燃烧如黑液的燃料在炉室中产生的灰渣不断地结垢。锅炉中可燃烧的燃料量通常受到热交换器表面上结垢的速率和程度的限制。包括沉积在热交换器表面上的灰渣的结垢减少了从燃料燃烧中吸收的热量，导致有结垢的热交换器组中的出口蒸汽温度降低，并且进入锅炉中下一个热交换器组的气体温度较高。例如，过热器组中的结垢导致离开热交换器的蒸汽温度降低，并且进入热生成器组的炉气温度增加。与过热器组和节能器组中的间隔相比，热生成器组中的热交换器表面趋向于相对窄，这增加了与过热器组和节能器组中的结垢相比热生成器组中结垢的可能性。

[0006] 当出口蒸汽温度太低而不能用于下游设备或者进入下游热交换器组——例如过热器组下游的热生成器组——的温度超过沉积物的熔化温度，导致下游组的气体侧堵塞时，结垢可能会要求关闭锅炉以进行清洁。此外，结垢也可能最终导致诸如过热器组的上游组中的堵塞。为了从热交换器组移除堵塞，必须停止锅炉中的燃烧过程。硫酸盐锅炉特别容易遇到热生成器组中结垢的问题，其中为了有效率的操作而必须要移除灰渣沉积物，然而其它热交换器组也可能变得有结垢。从诸如硫酸盐锅炉的锅炉的热交换器组中移除灰渣沉积物的三种常规方法包括：1)吹灰，2)冷却和吹风，和3)水洗。本申请仅涉及这些方法中的第一种，吹灰。

[0007] 吹灰是这样的过程：其包括使用来自吹灰器的喷枪的喷嘴的蒸汽气流来从结垢有灰渣沉积物的热交换器表面吹走沉积的灰渣。在正常的锅炉操作期间基本上连续地进行吹灰，并且不同位置的吹灰器在不同的时间操作。吹灰通常使用蒸汽进行操作。单个吹灰器的蒸汽消耗通常为2-3kg/s，并且可以同时操作多达四个吹灰器。典型的吹灰器使用是整个锅炉的蒸汽产量的约3-7％。因此，吹灰过程消耗由被清洁的锅炉产生的大量热能。

[0008] 典型的吹灰过程使用已知为顺序吹灰的程序，其中吹灰器以预定的间隔和预定的顺序操作。吹灰程序以这种速度运行，而不管可能在热交换器中的任何特定位置处可能发生的结垢量。通常，这导致热交换器的未被预定的吹灰顺序充分清洁的区域的堵塞，即使吹灰过程消耗大量的蒸汽，也不一定能防止该堵塞。每次吹灰操作减少了附近灰渣沉积物的一部分，但是未完全移除的灰渣沉积物可能随着时间继续积累。当灰渣沉积物生长时，吹灰逐渐变得不太有效并损害热传递。当灰渣沉积物达到使锅炉效率显著降低或燃烧气体无法被从炉中移除的某一阈值时，沉积物可能需要通过要求关闭锅炉的另一清洁过程移除。

发明内容

[0009] 期望使用吹灰器的高压蒸汽的总能量以引发锅炉系统中的振动，包括热交换器表面和吹灰器的振动。然后，锅炉系统中的振动被用于检测、监测、测量和/或移除锅炉的热交换器表面的灰渣沉积物，结果，通过使吹灰器使用最小量的蒸汽来节省能量。还期望开发每个吹灰器周围的灰渣沉积物沉积图案的映射图，使得映射图中的信息可以用于调整吹灰器操作的优先级，用于有效率地使用，以及一般地，用于开发有效的吹灰策略。

[0010] 本发明的一方面涉及一种锅炉系统，包括：锅炉，所述锅炉具有至少一个热交换器，所述至少一个热交换器具有沉积物可在其上形成的表面。锅炉系统还包括至少一个可伸缩的吹灰器，其具有用于将高压流体运送到所述锅炉中的枪管。所述枪管被构造成使得高压流体冲击热交换器表面以在锅炉系统中产生振动。锅炉系统还包括至少一个振动测量装置，其联接至所述锅炉系统，所述振动测量装置被配置成测量由高压流体与所述热交换器表面或热交换器表面上的沉积物接触而导致的所述锅炉系统中的振动。所测量的所述锅炉系统中的振动指示在所述热交换器表面上存在或不存在沉积物。

[0011] 本发明的另一方面涉及一种检测锅炉系统的至少一个热交换器表面上的沉积物的方法，所述方法包括：相对于所述至少一个热交换器表面移动吹灰器枪管，以及用从所述枪管排放的蒸汽来冲击所述至少一个热交换器表面。所述方法还包括测量由所述蒸汽与所述至少一个热交换器表面的冲击引起的所述锅炉系统中的位置处的振动，以及分析所测量的振动以检测沉积物在所述位置处的存在。

[0012] 本发明的另一方面涉及一种映射锅炉系统中的沉积物的位置方法。所述方法包括基于通过用从吹灰器排放的高压流体冲击沉积物产生的反作用力来识别沉积物在热交换器表面上的位置。然后可以基于所识别的沉积物的位置来生成沉积物映射图。

[0013] 本发明的另一方面涉及一种检测从锅炉系统中的热交换器表面释放的沉积物的方法。该方法包括提供联接至锅炉系统的至少一个振动测量装置，并检测由下列中的至少一者引起的振动：沉积物从热交换器的表面的释放或释放的沉积物与锅炉系统中的表面的冲击，所述振动由振动测量装置检测。该方法还包括分析检测到的振动以确定热交换器表面的表面上的沉积物从其释放的位置。

附图说明

[0014] 并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的各种实施例，并与上面给出的本发明的概述和下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的实施例。

[0015] 图1是根据本发明的一实施例的锅炉系统的示意图

[0016] 图2是图1所示的锅炉系统的一部分的放大细节的俯视立体图，其示出了定位在支撑多个压板的吊杆上的多个加速度计；

[0017] 图3是两个热交换器管状表面的俯视立体图，其示出了位于热交换器管状表面之间的两个吹灰管枪管，为了清楚起见，该两个热交换器管状表面在图2中用压板表示；

[0018] 图4是示出根据本发明的实施例的用于分析来自振动测量装置的信号以识别沉积物的存在的过程的流程图；

[0019] 图5示出了根据本发明的实施例的在锅炉系统的操作期间从位于锅炉系统中的不同位置的振动测量装置收集的数据的示例性轨迹线；以及

[0020] 图6示出了根据本发明的实施例的在锅炉系统的操作期间从位于吹灰器上的振动测量装置收集的数据的示例性轨迹线。

具体实施方式

[0021] 图1是具有锅炉12的锅炉系统10的示意图，锅炉12包括其上形成有沉积物20的多个热交换器22、一个或多个振动测量装置14、吹灰器16、沉积物检测装置18和集成装置30。

[0022] 为了本发明的目的，术语“锅炉”12是指这样的封闭容器，在该封闭容器中，水或其它流体在与来自燃烧燃料的热气体接触的热交换器中被加热。示例性的锅炉12是回收锅炉。被加热或蒸发的流体离开锅炉12，用于在包括锅炉发电、工艺加热等各种工艺或加热应用中使用。术语“回收锅炉”包括作为制浆的硫酸盐(Kraft)工艺的一部分的类型的锅炉12，在制浆的硫酸盐工艺中，从黑液回收和改良用于制浆的化学物，其中黑液包含来自先前所处理的木材的木质素(以及其他有机材料)。黑液燃烧，生成通常在过程中或在制电中使用的热量，与常规蒸汽发电厂中一样。回收锅炉的两个主要功能是回收在制浆工艺中使用的无机蒸煮化学物和使用黑液的有机部分中的化学能来生成用于工厂的蒸汽。在第号6,323,442和7,341,067美国专利中详细描述了对硫酸盐黑液锅炉的详细描述，其全部内容通过引用并入本文。

[0023] 参考图2和图3，锅炉12包括一系列热交换器22。热交换器22可以被组织成过热器组、热生成器组、节能器组及其组合。热交换器22由具有表面48的管(图3)或压板(图2)形成。例如，每个热交换器22可以包括大约20-100个管。热交换器表面48具有在上游和/或下游通过其的通道50，以允许吹灰器16相对于热交换器表面48移动，如下面将更详细地描述的。

[0024] 在一个实施例中，锅炉12由锅炉支撑结构悬挂在天花板上，该锅炉支撑结构可以包括高架梁34和吊杆32。高架梁34可以包括工字梁。可以使用大约30-100个吊杆32(图2)来将锅炉12悬挂在高架梁34上。更具体地，吊杆32可以在一端处被螺接或以其它方式联接到高架梁34，并在相反端处直接地或通过集管(header)36(图2)联接到热交换器22。吊杆32通常具有从约1英寸至约3英寸的范围的直径和从约2英尺至约20英尺长的范围的长度。

[0025] 如上所述，在使用期间，熔渣和/或灰渣沉积物20可能形成在热交换器22的表面48上，这降低了锅炉系统10的热性能。热交换器表面48上的不同位置处的沉积物20的量可以不同。

[0026] 锅炉系统10包括用于从热交换器表面48清除沉积物20的一个或多个吹灰器16。例如，锅炉系统10可包括在锅炉12内间隔开大约5-15英尺的多个吹灰器16。为了本发明的目的，术语“吹灰器”16是指用于将诸如蒸汽、空气、水或其它流体的高压流体24的流投射到诸如电站锅炉或回收锅炉的大规模燃烧装置的热交换器表面48上的设备。通常，吹灰器16包括与诸如蒸汽的高压流体24的源(未示出)流体连通的枪管26。如图2所示，每个吹灰器16还可以包括用于使枪管26旋转的马达76。马达76通常通过将马达联接于罩82的一个或多个辊80而悬挂在轨道78上。轨道78允许马达76在枪管26平移进出锅炉12时与枪管26一起移动，如下面更详细地描述的。罩82覆盖马达76和轨道78，并通常提供至少一个附接点，例如一对支架84，以用于将吹灰器16联接到外部支撑结构88。为了绘图效率，仅示出了图2图示的吹灰器16中的一些被示出为包括马达76、轨道78和罩82。然而，应当理解，在本发明的实施例中，锅炉系统10中的所有吹灰器16均包括这些附加结构。

[0027] 虽然这里所述的吹灰器16利用蒸汽，但应当注意，本发明不限于此，吹灰器16还可以使用其它高压流体24。在本发明的实施例中，可以以大约100-400psi的压力供给高压流体24。每个吹灰器16还包括在吹灰器16的枪管26的远端29处的至少一个喷嘴28。在一个实施例中，每个吹灰器16包括在枪管26的远端29处间隔开180°的两个喷嘴28。

[0028] 如下面更详细地描述的，可伸缩吹灰器16被构造成使得当高压流体24从喷嘴28排放时，枪管26平移(即周期性地前进和缩回)进出锅炉12的内部。吹灰器16的枪管26还可以被构造成在旋转的同时从喷嘴28排放高压流体24。

[0029] 锅炉系统10还包括联接到锅炉系统10以测量锅炉系统10中的振动的一个或多个振动测量装置14。示例的振动测量装置14可以包括加速度计、位移测量装置、速度测量装置及其组合。振动测量装置14安装在锅炉系统10中的关键位置处，诸如在锅炉支撑结构上，诸如在吊杆32(图2)上、在高架梁34上(如图3所示)，或在锅炉12(图1)的外表面，诸如在锅炉的顶部38上或在复式室(penthouse)(未示出)中，或在吹灰器16上，诸如在枪管26、马达76、轨道78、罩82、支架84或外部支撑结构88上。振动测量装置14收集锅炉系统10的诸如振幅和自然频率的变化的振动数据，诸如热交换器表面48的振动或吹灰器16的振动。

[0030] 该系统还包括沉积物检测装置18，其接收振动测量装置14的输入并且可选地与可以控制吹灰器16的操作的集成装置30通信。沉积物检测装置18包括软件，该软件被配置成解释从振动测量装置14接收的振动数据、并向集成装置30提供指令，以便指导吹灰器16和枪管26的操作。

[0031] 吹灰器16周期性地操作以清洁热交换器表面48，以恢复期望的操作特性。在使用中，吹灰器16的枪管26通过通道50相对于热交换器表面48移动。吹灰器16被插入锅炉12和从锅炉12中抽出，使得喷嘴28在位于锅炉12外部的第一位置与位于锅炉12内部的第二位置之间移动。当吹灰器16的枪管26上的喷嘴28在第一位置与第二位置之间移动时，喷嘴28与热交换器表面48相邻地旋转，使得高压流体24沿着喷嘴28在第一位置和第二位置之间的路径围绕一半径范围排出。在一个实施例中，第二位置是最大插入位置。当枪管26移动通过通道50时，吹灰器16大致垂直于热交换器表面48地移动。

[0032] 吹灰器16进入锅炉12的移动通常是在第一位置与第二位置之间的移动，其可以被识别为“第一行程”或插入，并且离开锅炉12的移动通常是在第二位置与第一位置之间的移动，其可以被识别为“第二行程”或抽出。通常，吹灰方法使用吹灰器16在第一位置与第二位置之间的全部运动；然而，部分运动也可以被认为是第一或第二行程。高压流体通常在第一行程和第二行程两者期间施加。

[0033] 当吹灰器16移动至与传热表面48相邻时，高压流体24通过喷嘴28中的开口排出。高压流体24与沉积在热交换器表面48上的沉积物20的冲击产生了将至少一部分沉积物20移走的热和机械震动。然而，仍有一些量的沉积物20残留。如这里使用的，术语“移除的沉积物”是指通过吹灰程序移除的沉积物的质量，“残余沉积物”是指在吹灰循环之后残留在热交换器表面48上的沉积物的质量。

[0034] 高压流体24在热交换器表面48上的冲击引起热交换器表面48的振动或振幅和频率的变化，这由一个或多个振动测量装置14检测和测量。高压流体24在热交换器表面48上的冲击还引起吹灰器16的振动或振幅和频率的变化，这由一个或多个振动测量装置14检测和测量。为了本发明的目的，术语“振动”是指弹性体或介质的周期性前后运动。振动通常是主体从平衡状态位移的结果，随后是主体对力的趋于恢复平衡的响应。术语“振幅”是指沿其周期性曲线的垂直轴测量的周期性曲线的最大绝对值。振动的振幅越大，其携带的能量越大。术语“频率”是指每秒振荡数。自然频率是系统在没有外力的情况下振荡的频率。

[0035] 当热交换器表面48上的沉积物20积聚量变化时，至少发生三件事情：1)特定热交换器表面48的振动频率改变，2)特定吹灰器16的振动频率改变，以及3)由通过枪管26输送到该特定热交换器表面48的高压流体24所施加的压力量改变。可以分析热交换器表面48、吹灰器16或热交换器表面48和吹灰器16两者的振动以检测残余沉积物的存在。特别地，残余沉积物对由高压流体24传递到热交换器表面48的激发能量的量的影响可以以热交换器表面48的振动振幅或频率的变化来评价。同样地，由接触沉积物20的高压流体24导致的残余沉积物对由吹灰器16的枪管26所反应的激发能量的量的影响可以以在吹灰器处测量的振幅和/或振动频率的变化来评价。由接触沉积物的高压流体24导致的锅炉系统10中的能量激发的量是在热交换器表面48上积聚的沉积物20的量的直接函数或成正比。换句话说，热交换器表面48或枪管26处的增大的能量激发由在锅炉系统中测量到的振动振幅或频率的变化指示，该增大的能量激发表示在热交换器表面48上的沉积物20积聚增大。

[0036] 由从枪管26排出到热交换器表面48和/或吹灰器16的高压流体24传输的能量与热交换器表面48上的沉积物20的垂直于高压流体流的表面积成比例。沉积物20的表面积可以与沉积物20的质量相关。在锅炉系统10中检测到的由枪管26与热交换器表面48上的沉积物20之间传输的能量所导致的振动可以用于确定吹灰器16需要输送以从热交换器表面48移除沉积物20的高压流体24的量。本发明的各方面涉及分析由通过高压流体24传输到锅炉系统10的力产生的锅炉系统10中的振动振幅和频率响应的变化，该高压流体24从吹灰器16排出，接触热交换器表面48上的沉积物20。因此，能量激发响应的概念用于确定沉积物20的位置和移除沉积物20。然后可以使用测量的振动来控制高压流体24的流动特性，诸如从枪管
26上的喷嘴28排放的高压流体24的量或高压流体24的流量。

[0037] 本发明的一个方面涉及映射(mapping)锅炉系统10中的一个或多个热交换器表面48上的沉积物20的方法。沉积物映射图一般是对锅炉12中每个吹灰器16的位置和通过单独的吹灰器16在锅炉12内的路径确定的对应的沉积物20的积聚轮廓的空间表示。沉积物映射图可以通过相对于至少一个热交换器表面移动至少一个枪管，同时排放高压流体24而产生。高压流体24冲击热交换器表面上的沉积物，导致锅炉系统10中的反作用力，该反作用力可以被测量以识别沉积物的存在。因此，通过使枪管26上的喷嘴28以设定的穿透距离递增且同步地平移和旋转进入锅炉12，可以在热交换器表面48上的多个位置处检测沉积物20。
然后，当识别到沉积物时，吹灰器16的枪管26上的喷嘴28相对于热交换器表面48的位置可以被用来确定被识别的沉积物20的沿着吹灰器16的枪管26上的喷嘴28的路径的位置。沿着每个吹灰器16的喷嘴28的路径所识别的沉积物20的位置可以用来生成沉积物20在每个吹灰器16位置处的映射。在一个实施例中，反作用力是在锅炉系统10中测量的振动振幅和频率的变化，这些变化由通过高压流体24从吹灰器16传输到热交换器表面48上的沉积物20的力或由通过接触热交换器表面48上的沉积物20的高压流体24导致的吹灰器16的反作用力而产生。锅炉系统中指示热交换器表面上的沉积物的其它反作用力可以用于生成沉积物映射。

[0038] 在一个实施例中，映射图可以表示为识别吹灰器16和沿着被识别的吹灰器16的路径检测到沉积物20的位置的表。该表还可以识别吹灰器16在锅炉系统10中的相对位置。在另一个实施例中，该映射表是沿着吹灰器16的路径的在热交换器表面48上的一个或多个沉积物20的二维表示。在另一个实施例中，该映射表是沿着多个吹灰器的路径的热交换器表面48上的一个或多个沉积物20的三维表示。由于常规锅炉取决于尺寸可以具有贯穿锅炉12的高度和宽度的从仅仅几个到多于一百个吹灰器16，因此可以获得沉积物20的详细映射表。连续的沉积物映射表可以随着热交换器表面48结垢或被清洁而改变，并且沉积物20的积聚的相对变化或位置可以在连续的映射表上示出。

[0039] 所生成的映射表可以帮助识别锅炉系统10中未形成沉积物20的区域、吹灰器16正在充分移除沉积物的区域和残余沉积物有残留并可能需要额外的吹灰器16活动以移除的区域。这些数据可用于开发减少蒸汽消耗以用于节能或改善热交换器表面48的有效性的有效率的吹灰策略。例如，吹灰器16可以以“沉积物20定位模式”周期性地操作，例如每天一次，并且收集到的信息可以用来更新当前的沉积映射表。该映射表可以用于调整吹灰器16操作的优先级，以有效地和有效率地使用吹灰器16，和减少蒸汽消耗以用于节能。

[0040] 现在参照图4，根据本发明的实施例示出了描绘了用于分析来自振动测量装置14的信号的过程100的流程图。分析过程100包括可以由沉积物检测装置18执行的操作序列。

[0041] 在框102中，建立用于确定存在指示热交换器表面48上有残余沉积物的事件的阈值。该阈值是可以与来自振动测量装置14的信号进行比较的值或值的范围。在本发明的实施例中，关于事件的存在，对来自振动测量装置14的窄频率范围的信号进行分析。例如，阈值可以是在给定频率的振幅或计算出的均方根(RMS)振幅。在示例性实施例中，该阈值是预定的，并且可以基于历史数据。历史数据可以包括当锅炉清洁时——例如在刚启动之后——所获取的数据。在替代实施例中，基于来自振动测量装置14的实时或接近实时的数据来确定阈值。在又一替代方案中，阈值建立为锅炉系统——特别是热交换表面48或吹灰器16——的自然频率或振幅的倍数。

[0042] 在框104中，分析来自振动测量装置14的信号，以得到超过阈值的信号，以建立事件的发生。来自振动测量装置14的信号对应于在振动测量装置14的位置处的锅炉系统10的振动的频率、振幅或频率和振幅两者。当来自振动测量装置14的信号超过阈值时，事件可以被识别。在一个实施例中，事件是显著超过由统计分析确定的阈值的信号。在替代实施例中，事件是超过阈值预定值或百分比的信号。

[0043] 在框106中，在事件发生时，识别喷嘴28的位置。在一个实施例中，喷嘴的位置可以通过在吹灰器16的行程期间记录事件发生的时间并将该时间与喷嘴28的位置相关联来识别。可以采用在发生事件时识别吹灰器16的喷嘴28的位置的其它方法，诸如使用旋转和位移测量传感器。

[0044] 在框108中，将事件发生时喷嘴的位置记录为潜在沉积物的位置。

[0045] 对于吹灰器16进出锅炉系统的每个行程，可以重复在图4中阐述的分析过程100。在一个实施例中，将在第一行程中记录的潜在沉积物的位置与在第二行程中记录的潜在沉积物的位置进行比较。如果在第一行程中记录的潜在沉积物的位置接近在第二行程中记录的沉积物的位置或与之相同，则可以认为确认在该位置处存在沉积物。在一些实施例中，吹灰器16在进入锅炉系统的途中不遵循与其在离开的途中相同的螺旋路径。在这种实施例中，在第一行程中记录的沉积物可能在第二行程没有记录。另外，吹灰器16上的由在插入期间排出的高压流体产生的力可以与抽出期间吹灰器16上的力不同。因此，可以在第一行程中检测到的沉积物可能在第二行程中未被检测到。

[0046] 图5示出在四个吹灰器(A、B、C和D)的操作期间在锅炉系统中的相反位置(位置I和II)处使用两个振动测量装置14所收集的示例性现场数据。位置I位于吹灰器的进入点的锅炉的同侧，位置II位于锅炉的相反侧。

[0047] 图5中的下方的轨迹线图示出了在操作期间驱动吹灰器16旋转的马达的电流。尖峰53反映由启动马达旋转所需的增加的电阻导致的区域A、B、C和D处的吹灰器16的操作期间马达的电流的变化。参考从吹灰器A收集的数据，在大约时间16470秒开始，向上方向的箭头52表示枪管26插入热交换器48之间的区域A中，向下方向的箭头54表示枪管26的缩回。每个箭头52、54的高度表示枪管26的喷嘴28在锅炉12内的相对位置。例如，具有最短高度的箭头52表示喷嘴28部分插入，下板中具有最大高度的箭头52表示喷嘴28完全插入锅炉12中。类似地，具有最短高度的箭头54表示尖端完全缩回，具有最大高度的箭头54表示完全插入。

[0048] 在枪管在锅炉系统中移动以用于移除和/或检测热交换器表面48上的沉积物20期间，随着热交换器表面48的振幅和/或频率的变化，在位置I和II处的振动测量装置14测量热交换器表面48的移动。

[0049] 振幅轮廓A'示出了在位置A处的吹灰器操作期间由振动测量装置14在位置I处收集的大频率范围上的RMS振幅数据。除了几个弱和强的尖峰60、62之外，轮廓数据的振幅在高度上大致一致。一致的振幅高度表示正在从吹灰器16喷射的高压流体24不接触附着于热交换器表面48的大量沉积物，这可以被解释为意味着吹灰器16从热交换器表面48成功地移除沉积物20。振幅数据还在插入吹灰器16期间趋向下降并在抽取期间趋向上升。不受特定理论的束缚，向下的趋势表明吹灰器16正在远离振动检测装置14地移动，向上的趋势表明吹灰器16正在朝向振动测量装置14移动。由振动测量装置14检测到的一致振幅可以用于建立实时或接近实时的阈值。还可以如上面关于图4中的框102进一步描述的那样建立阈值。落在阈值以下的振幅信号可以指示沉积物没有积聚在热交换器表面48上或者沉积物20被有效地移除，超过阈值的振幅信号可以指示存在有未被有效率地移除的热交换器表面48上的残余沉积物20。因此，在一个实施例中，分析振动数据以识别比阈值大的振幅，该阈值指示在热交换器表面48上存在沉积物20。尖峰60、62大于阈值，这将指示在热交换器表面上潜在存在残余沉积物。

[0050] 尖峰60、62可以被解释为由罕见的偶然的突然冲击噪声导致的异常，该冲击噪声由诸如热交换器22与吹灰器16之间的相互作用或锅炉12的点火率的各种方式引起。然而，尖峰60、62在喷嘴28通过公共位置时在一段时间内重复出现，这可以指示在公共位置处的高的沉积物20积聚。在这种情况下，尖峰60、指示应当针对那些特定位置进行清洁动作。当确定特定位置更易于沉积物20的积聚时，操作者可以安排利用特定的吹灰器16的清洁工艺，以例行地清洁那些位置，由此提高锅炉系统10的操作效率。

[0051] 现在参考位置II处的振幅轮廓A”和振动测量装置14，如图5所示，可以看出，除了几个小尖峰以外，振幅轮廓A”相对一致。然而，振幅轮廓A”的一个令人感兴趣的方面是，区域II处的振动测量装置14位于锅炉12的位置A的相反侧，因此，轮廓A”的形状几乎与轮廓A’的形状相反。例如，振幅轮廓A’为凹状，而振幅或频率轮廓A”为凸状。振幅轮廓的形状是不同的，这是因为振动测量装置14的位置I在锅炉12与吹灰器16的插入点相同侧上对应于锅炉12的区域A，而位置II处的振动测量装置14在区域A中在锅炉12的相反侧上。对于锅炉中位置B、C和D处的吹灰器16及其对应的振动振幅轮廓(B’、B”)，(C’、C”)和(D’、D”)，也是同样。

[0052] 在实践中，热交换器22被分成几个区，每个区具有彼此通信的多个吹灰器16和振动测量装置14。每个区中的振动测量装置14与该区中的所有吹灰器16通信。这有助于确保振动信号将被该区中的振动测量装置14中的至少一个拾取。

[0053] 图5的另一方面是存在强尖峰64、66、68、70，其可以向锅炉12的操作者揭示重要信息。首先，这些尖峰64、66、68、70可以被解释为可能是由地震或物体与吹灰器16的突然冲击而导致的异常。然而，如上所述，当尖峰在吹灰器16的操作期间在一段时间内在相同位置处重复出现时，尖峰指示在这些特定位置处的高的沉积物20积聚。假设尖峰64和66是高的沉积物20积聚的结果，则来自吹灰器枪管26上的喷嘴28的流动特性应当在该位置处增大，以移除沉积物20。例如，与尖峰64和66相关联的热交换器表面48的位置可能需要更大量的高压流体24以移除沉积物20，或者高压流体24可能需要以增大的流量或以更大的力来在这些位置处冲击热交换器表面48。相比之下，尖峰68和70各自仅出现在吹灰器16的进入行程中的一个时间点，而不出现在离开行程上。这些数据表明，这两个地点的潜在沉积物已通过现有方案充分移除。这些数据还可以表明，吹灰器16在进入行程中的路径与吹灰器在离开行程中的路径略有不同，并且在进入路径上识别的沉积物在离开行程中不能识别。

[0054] 图6示出了使用振动测量装置14收集的示例性现场数据，该振动测量装置14联接到吹灰器16，特别地，在将吹灰器16附接到外部支撑结构88的支架84中的一个附近附接至吹灰器16的罩82。尖峰90、92、94和96表示存在附接到热交换器表面以模拟沉积物的测试板。这些数据是在枪管26的插入行程期间获得的。

[0055] 返回参考图4、5和6，应当注意，由特定吹灰器16输送的频率或高压流体输出可以根据它们对应的振动测量值来调节。通过检查与单个吹灰器16或吹灰器组16在区域上相关联的热交换器22中的振动差异，锅炉操作者可以了解锅炉12中发生最大沉积物20积聚或结垢的位置。该信息可用于建立输送到特定吹灰器16的操作频率或高压流体输出，以通过仅使用移除沉积物20所必要的高压流体24的量来减少结垢和提高锅炉12效率。该信息还可以用于调节锅炉12的状况或构造以减少特定位置处的结垢。例如，该信息可以用于改进锅炉12的设计，以减少结垢，或用于识别锅炉12内适合于增加或减少结垢减轻机构的位置。

[0056] 沉积物检测装置18(图1)接收来自振动测量装置的信号，并且可选地可以基于位于一个或多个热交换器表面48上的沉积物20来控制吹灰器枪管26的操作。沉积物检测装置18还在插入和抽出行程的清洁部分期间以及在插入和抽出行程的冷却部分期间控制供给到热交换器表面48的高压流体24的量或高压流体24的流量，其中在插入和抽出行程的冷却部分期间，使用蒸汽防止吹灰器过热但不用于清洁目的。沉积物检测装置18大体包括处理单元和存储器装置。沉积物检测装置18可以实施为被编程为执行所描述的任务的计算机(未示出)。沉积物检测装置18还可以使用硬件、软件或其组合来实现。存储器可以用使处理单元执行本文所述的数据分析的计算机可读指令来编码。

[0057] 沉积物检测装置18可以与集成装置30通信，集成装置30向吹灰器枪管26提供控制信号以启动和停止吹灰器16行程。因此，集成装置30可以控制每个吹灰器16的使用频率。集成装置30还可以向数据采集系统(未示出)提供信号，指示单个的吹灰器16或吹灰器组16何时处于他们的行程的特定位置。例如，当特定的吹灰器16开始行程和当特定的吹灰器16结束其行程时，集成装置30可以向数据采集系统提供信号。此外，集成装置30可以指示行程的插入和抽出部分。数据采集系统可以利用指示特定吹灰器16行程的开始和结束的信号来识别在吹灰器16行程的开始和结束时或接近开始或结束时发生的来自振动测量装置14的振动测量值。沉积物检测装置18然后可以实施统计技术来操纵与单个吹灰器16或吹灰器组16相关联的振幅或频率数据。可以使用诸如动态加速度、速度或位移数据的振动特性来选择用于吹灰器16的操作的合适的频率或吹灰器16的高压流体24输出。

[0058] 数据采集系统大体包括处理单元和存储器装置。数据采集系统可以实施为被编程为执行所描述的任务的计算机(未示出)。数据采集系统还可以使用硬件、软件或其组合来实现。存储器可以用使处理单元执行本文所述的数据分析的计算机可读指令来编码。数据采集系统可以是独立装置或沉积物检测装置18或集成装置30的一部分。在一些实施例中，沉积物检测装置18、集成装置30和数据采集系统组合在单个单元中。应当理解，根据通常的计算技术，沉积物检测装置18和集成装置30的位置和构造是灵活的。

[0059] 通过基于单个吹灰器16或吹灰器组16的测量的性能选择单个吹灰器16或吹灰器组16的频率或高压流体24的使用，可以减少由吹灰器16利用的高压流体24的总量，并改善吹灰器16的有效性。该技术可以提高锅炉12的总体效率，这可以允许锅炉系统10对于相同的高压流体24输出消耗更少的燃料或者在没有因堵塞而停机(计划或非计划的)的情况下较长时间地操作。

[0060] 返回参照图2，在另一个实施例中，可以使用振动测量装置14来检测沉积物20从热交换器表面48的释放。一个或多个振动测量装置14例如在锅炉的底板40处、在吊杆32上或在锅炉的顶部38上联接到锅炉12。振动测量装置14可以包括例如加速度计。当沉积物20生长到大质量时，沉积物20可从热交换器表面48释放(或从热交换器表面48落下)。该释放的沉积物80通常称为炉渣(clinker)。当沉积物20从热交换器表面48释放时，在释放的沉积物80下落的位置处的热交换器表面48的振动诸如因由沉积物的块从表面释放引起的热交换器表面中的反作用力而改变。以这种方式，当联接到吊杆32或锅炉顶部38的振动测量装置
14检测到由释放的沉积物80引起的振动时，检测到的振动指示了释放的沉积物80落下的位置。另外，振动测量装置14所测量到的响应于释放的沉积物80的释放的振动越大，则释放的沉积物80的尺寸越大。

[0061] 可选择地，振动测量装置14可以检测由释放的沉积物80与锅炉底板40或者与在释放的沉积物下落时由其冲击的锅炉系统中的其它结构的冲击而导致的锅炉部件的振动。由于如果没有障碍的话释放的沉积物80将趋于直向下落，因此检测到最强的振动的振动测量装置14将指示热交换器表面48的释放的沉积物80下落的大致区域。

[0062] 检测释放的沉积物80的该实施例可以单独使用或与上述方法结合使用以监测沉积物20在热交换器表面48上的累积。例如，释放的沉积物80的存在可以表明热交换器表面48上的特定位置比热交换器表面48上的其它位置更快地累积沉积物20，或者特定的吹灰器
16没有像其它吹灰器16那样有效地清洁。

[0063] 虽然已经通过对其具体实施例的描述说明了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是其并不旨在限制或以任何方式将所附权利要求的范围限制到这样的细节。本文讨论的各个特征可以单独使用或以任意组合使用。额外优点和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明在其更广义的方面不限于所示和所描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性示例。因此，可以在不脱离本发明总体发明构思的范围或精神的情况下对这些细节进行改变。