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【火电控制】锅炉炉膛声波测温系统

日期:2018-12-24
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1)技术介绍

       长期以来,锅炉炉内的温度分布测量缺乏有效的测量手段。热电偶不能长期用于高温烟气的测量,且只能测量点温度,不能得到温度场分布。红外测温仪和光学高温计对于测量位置和测量精度也很难保证。声波测温是一种非接触式的测温方式,具有响应速度快不受辐射影响等优点。利用声波传播速度与介质温度的关系,通过测量特定声波在炉内传播的时间,计算声波的传播速度得到传播路径上的介质平均温度,并利用多条路径上的平均温度以特点算法反演得到二维温度场。

   锅炉炉膛声波测温系统处于“国内领先、国际先进水平”,可用于电站锅炉、工业窑炉、垃圾焚烧炉等多个应用场景,可在锅炉的优化运行方面发挥巨大作用。


图1 锅炉炉膛声波测温软件画面


2)系统组成及产品技术特点

       锅炉炉膛声波测温系统如图2所示,主要由安装在就地的声波发生与接收器、信号采集与控制模块、交换机以及位于集控室的数据处理中心等组成。系统控制和数据传输采用工业以太网星型总线结构,配置灵活,扩展方便;对比国外同类仪器,本系统采用一点发声多点接收,能建立更可靠的二维温度场;防结焦设计,可适用于高温、结焦的复杂恶劣环境,维护方便。



图2 系统组成及机构图


图3 现场运行图片


3)性能指标

  温度测量误差1%

  温度测量范围02000℃;

  温度更新周期15s

  气源:仪用压缩空气,压力0.4MPa

  声波穿透距离36米;

  声源发声强度135dB

  数据接口:RJ-45以太网和RS-232/RS-485

  系统采样同步误差50μs


4)社会经济效益

      1通过可视化温度区域温度、温度场窗口进行指导燃烧调整

  此前,炉膛烟气出口的温度分布几乎是未知状态,从锅炉设计的来说无论是前后墙对冲、四角切圆等燃烧方式,对称燃烧方式最为高效,也最好控制,包括燃烧器布置都是以实现理想对称燃烧来设计的。但在实际运行过程中,参与燃烧的配风、煤粉浓度等关键参数无法精确测量,很难实现理想的对称燃烧。


图4 可视化调整


  声波测温系统通过网格化区域平均温度可以直观的看出所检测烟气层的各个区域温度状态,并结合燃烧器的位置关系帮助实现精准调整。可视化温度场窗口,可以很清晰的看到炉内燃烧是否处于平衡状态,燃烧是否偏移,一旦出现燃烧不平衡运行人员可以在短时间做出燃烧调整策略,将燃烧调整到稳定状态,给运行人员带来极大的便利性。

 

  2、控制NOX排放、降低飞灰含碳量实现节能减排

  热力型NOX又称为温度型NOX其产生与炉内温度直接相关,特别是当温度超过1800K时热力型NOX急剧上升。在实际燃烧过程中炉内温度不均匀,如果有局部高温区则会在这些区域产生较多的NOX,它可能会对整个炉内的NOX生成起关键性的作用,因此在实际运行过程中应尽量避免局部高温区的产生。声波测温系统可以监测炉膛断面上的区域温度,帮助将温度场控制在合理范围内运行从而实现降低NOX的产生。通过温度场的合理控制,可提高煤粉的燃尽率,从而降低飞灰含碳量的排放。

 

  3、控制飞灰特性,控制结焦,降低爆管率从而实现安全运行

  锅炉结焦、结渣是影响锅炉安全运行的重要因素。烟气温度过高,超过灰熔点燃烧产生的飞灰处于熔化状态,当处于熔化的灰一旦接触到受热面,如水冷壁、过热器等,快速冷却后固化形成结焦,结焦区域过大也严重影响受热面的传热分配,局部会长期超温,最终导致爆管。锅炉燃烧如果出现不平衡,火焰所携带的飞灰冲刷磨损水冷壁,也会导致爆管事件的发生。

     

  在声波测温系统指导下的燃烧调整,可以保证燃烧长期处于平衡状态,温度场处于合理范围,降低爆管率实现安全运行。