新型煙氣溫度測量儀在火電廠鍋爐爐膛測溫中的應(yīng)用研究

牛百芳，陳文鑫，董功利

（1.中國華電集團(tuán)公司安徽分公司，安徽 合肥 230022；2.安徽華電宿州發(fā)電有限公司，安徽 宿州 234000）

爐膛高溫區(qū)欠缺必須的溫度測點(diǎn)，運(yùn)行監(jiān)盤人員只能依靠別的運(yùn)行參數(shù)間接性細(xì)致觀察掌握爐膛溫度。因?yàn)殚g接性體現(xiàn)參數(shù)不形象化，爐膛溫度無法準(zhǔn)確體現(xiàn)，運(yùn)行監(jiān)盤人員無法有效了解鍋爐爐膛內(nèi)部燃燒情況。

傳統(tǒng)的鍋爐運(yùn)行是按照設(shè)計(jì)的假定和鍋內(nèi)參數(shù)的反映控制進(jìn)行的，正常情況下，運(yùn)行人員按運(yùn)行手冊(cè)的指導(dǎo)控制鍋爐的運(yùn)行。當(dāng)鍋爐反映參數(shù)（如汽壓和汽溫等）出現(xiàn)異常，運(yùn)行人員才會(huì)根據(jù)參數(shù)的異常情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。由于鍋內(nèi)參數(shù)反應(yīng)遲緩，造成運(yùn)行人員的調(diào)整滯后。這種調(diào)整模式，對(duì)鍋爐的燃燒經(jīng)濟(jì)性、受熱面超溫、設(shè)備可靠性產(chǎn)生不利影響。此外，鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中涉及到煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)的能量平衡，溫度參數(shù)是表征能量交換情況的重要參數(shù)和判斷依據(jù)。在鍋爐能量交換的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置溫度測點(diǎn)，是非常必要的。

1 爐膛溫度場測量的關(guān)鍵性

火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化是熱電廠安全性、環(huán)保節(jié)能、節(jié)能減排的關(guān)鍵所在。一直以來，并沒有精確測量爐膛溫度(場)的方法，對(duì)鍋爐爐膛內(nèi)部燃燒的監(jiān)控沒有之間可靠的辨別依據(jù)。而爐膛溫度(場)精確測量的必要性如下所述。

（1）爐膛內(nèi)部溫度場的檢測。①避免爐膛出口溫度太高造成受熱面結(jié)焦或者超溫的風(fēng)險(xiǎn)。②防止鍋爐啟動(dòng)初期爐膛出口溫升較快對(duì)再熱器造成損傷。③檢測爐膛出口溫度綜合衡量爐膛內(nèi)部吸熱情況。④針對(duì)不同負(fù)荷段科學(xué)合理地控制爐膛出口溫度，合理控制輻射熱和對(duì)流換熱占比，降低過熱器和再熱器減溫水流量，提高機(jī)組的安全性防止水沖擊。

（2）優(yōu)化燃燒調(diào)整。①針對(duì)爐膛出口煙溫通過優(yōu)化調(diào)整燃燒方式平衡鍋爐兩側(cè)煙溫偏差。②避免鍋爐兩側(cè)煙溫偏差較大燒壞受熱面以及爐膛水冷壁結(jié)焦情況。③避免燃燒偏斜引起的重大安全事故。

（3）改善燃燒效率。①優(yōu)化風(fēng)煤比，將過量空氣系數(shù)降到有效范圍內(nèi)。②合理調(diào)整爐膛每個(gè)角燃燒器的風(fēng)煤分配。③實(shí)時(shí)爐膛內(nèi)火焰中心位置，確保原煤在爐膛內(nèi)充足燃燼，確保有效發(fā)熱量分派。④為優(yōu)化燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)提供更加直接的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，提升優(yōu)化全面的可執(zhí)行性。

（4）減少NOX的生成及排放。①避免爐膛內(nèi)火焰中心位置過高，減少NOX形成(當(dāng)部分爐膛內(nèi)火焰中心位置過高出現(xiàn)火焰溫度超過1500℃以上時(shí)，NOX形成呈對(duì)數(shù)函數(shù)提升)。②加裝脫硝SCR/SNCR 系統(tǒng)，尾部煙道煙氣中NOX排放量的減少，能夠大幅度減少脫硝裝置的使用成本。

2 技術(shù)現(xiàn)狀

目前，鍋爐煙氣溫度的測量方式主要采用熱電偶、煙溫探針和傳統(tǒng)紅外測溫儀，但其都存在種種缺陷。

（1）熱電偶的惰性使儀表的指示值要落后于被測溫度變化，由于存在滯后，熱電偶檢測出的溫度波動(dòng)的振幅較煙溫波動(dòng)的振幅小，其靈敏度低于實(shí)際煙氣溫度變化；由于熱電偶使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)的限制,在磨損等諸多因素影響下，造成使用壽命短、維護(hù)麻煩等缺點(diǎn)。

（2）熱電偶布置在爐壁側(cè)，受插入深度影響，無法測量煙氣空間溫度，煙溫從中心到邊緣有5%～10%偏差，熱電偶保護(hù)管結(jié)垢、結(jié)焦、鹽渣過多會(huì)導(dǎo)致熱電偶電極間與爐壁間絕緣不良，引起熱阻增加，阻礙熱傳導(dǎo)，不僅引起熱電勢(shì)損耗而且還有干擾，造成溫度示值比被測溫度真實(shí)值低，在高溫下更嚴(yán)重，由此引起的誤差有時(shí)甚至可達(dá)上百度。

（3）煙溫探針只能在鍋爐啟動(dòng)升溫期間短時(shí)工作，當(dāng)爐膛溫度超過570℃時(shí)必須將其收回，以免被燒毀，不能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測煙氣溫度。

（4）煙溫探針易受使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)的限制，在溫度波動(dòng)大、振動(dòng)及安裝方式等諸多因素的影響下，造成使用壽命短、測量準(zhǔn)確度不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)滯后、機(jī)械故障率高、維護(hù)麻煩。

（5）傳統(tǒng)紅外測溫儀為了保護(hù)爐內(nèi)高溫?zé)煔鈱?duì)傳感器損壞，在前端安裝一層玻璃，依靠玻璃隔絕煙氣，這會(huì)造成紅外波衰減，導(dǎo)致測溫不準(zhǔn)確。

（6）傳統(tǒng)紅外測溫儀瞄準(zhǔn)孔處結(jié)焦堵塞頻繁，導(dǎo)致煙氣無法準(zhǔn)確測量，每次清焦需拆卸設(shè)備，耗時(shí)長，費(fèi)人工，維護(hù)量較大。

3 新型煙氣溫度測量儀

本文中闡述了一種規(guī)格為DVSN-S70-1 的新式爐膛煙溫紅外線測試儀。該測試儀為遙感技術(shù)爐膛專用型紅外測溫儀，其設(shè)備實(shí)體如圖1 所示。該儀器具備安裝操作方便、使用便捷等優(yōu)點(diǎn)。遙感技術(shù)紅外線溫度計(jì)傳感器和紅外塑料薄膜電路集成在牢固的鋼制制冷套內(nèi)，合乎IP65防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，可以從事室外條件下組裝并長期運(yùn)行，只給予壓縮氣體源或風(fēng)冷系統(tǒng)，對(duì)該紅外線測試儀開展冷卻，該測試儀可以從高溫環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行。此外，該紅外線測試儀配備了空氣過濾系統(tǒng)和溫度保護(hù)系統(tǒng)（可選擇），對(duì)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)。爐膛測溫儀是一種遙感式氣體遠(yuǎn)紅外溫度測量儀器，特有的專利技術(shù)可以測量爐膛煙氣中所含的二氧化碳輻射出的紅外線的能量得到煙氣溫度，在電站鍋爐和民用鍋爐的燃燒產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)典型的10%～12%的二氧化碳?xì)怏w濃度，可以滿足遠(yuǎn)紅外線輻射測溫儀檢測溫度的界限值要求，溫度測量誤差為1%。

圖1 DVSN-S70-1 新型爐膛煙氣溫度紅外測量儀

DVSN-S70-1 爐膛煙氣溫度紅外測量儀是一種新型的可以替代傳統(tǒng)熱電偶或煙溫探針精確檢測爐膛煙氣溫度的儀器。具有連續(xù)、實(shí)時(shí)、精確、可靠、非接觸、響應(yīng)時(shí)間快、使用安全、壽命長、可測空間煙氣溫度等特點(diǎn)。DVSN-S70-1爐膛煙氣溫度紅外測量儀規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 DVSN-S70-1 爐膛煙氣溫度紅外測量儀規(guī)格參數(shù)

如圖2 就地安裝實(shí)物圖所示，該測試儀帶有保護(hù)冷卻套，可以用法蘭安裝在鍋爐的任何孔、門，設(shè)備輕巧，安裝方便；特殊設(shè)計(jì)的空氣冷卻及吹掃系統(tǒng)，可以保證設(shè)備在高溫環(huán)境下可靠穩(wěn)定工作，并有效防止結(jié)焦；專門設(shè)計(jì)的快速清焦系統(tǒng)在需要時(shí)可以便捷處理結(jié)焦。用戶接入時(shí)，只需提供壓縮空氣和兩線制的屏蔽信號(hào)電纜。

圖2 DVSN-S70-1 新型爐膛煙氣溫度紅外測量儀就地安裝實(shí)物圖

4 應(yīng)用效果

（1）鍋爐運(yùn)行狀態(tài)重要的反應(yīng)參數(shù)。可以作為鍋爐燃燒狀態(tài)和能量交換的重要反應(yīng)參數(shù)；可以作為鍋爐系統(tǒng)優(yōu)化控制的過程參數(shù)，可以作為吹灰局部優(yōu)化的控制參數(shù)。

（2）結(jié)焦結(jié)渣控制。熔融的煤灰冷卻凝固在水冷壁或管壁上就形成了結(jié)焦，可以將爐膛出口煙溫控制在煤灰的熔融、軟化溫度以下，使干燥的煤灰不能黏附在換熱管上，有效地避免結(jié)焦結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）降低氮氧化物。通過監(jiān)測爐膛出口煙溫，如果發(fā)現(xiàn)溫度過高，運(yùn)行人員可以及時(shí)地采取措施降低溫度，從而減少氮氧化物的生成。

（4）吹灰和智能吹灰控制。為了確保煙氣的正常的流動(dòng)性和換熱器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，務(wù)必吹灰除粉煤灰。運(yùn)行人員也可以根據(jù)爐膛出口煙溫?cái)?shù)值開展包含吹灰時(shí)長、吹灰次序等吹灰器投停等在內(nèi)的自動(dòng)控制，還可以督促實(shí)際操作人員開展手動(dòng)式吹灰控制。比如，爐膛出口煙溫超出原設(shè)計(jì)值后，爐膛及頂部煙道積灰比較嚴(yán)重，運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)爐膛、煙道及受熱面進(jìn)行吹灰工作；爐膛出口煙溫小于原設(shè)計(jì)值后則不需要對(duì)爐膛、煙道及受熱面經(jīng)行吹掃。爐膛過多的吹掃工作會(huì)浪費(fèi)較多的蒸汽，同時(shí)影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)造成再熱器吹灰裝置的浸蝕難題。根據(jù)監(jiān)測爐膛出口的煙溫，就可以知道吹灰裝置的規(guī)范使用。

（5）監(jiān)測升溫速度。監(jiān)測鍋爐從啟動(dòng)到汽輪機(jī)帶負(fù)荷期間的煙氣溫度上升速率，從而實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測爐膛出口煙氣溫度不超過540℃，保護(hù)再熱器，取代傳統(tǒng)的伸縮式測溫探頭。

（6）降低煙溫偏差。出口斷面左/右溫度偏差較大時(shí)，調(diào)整送風(fēng)，降低左/右煙氣溫度偏差（測溫系統(tǒng)采用雙測點(diǎn)，左右對(duì)稱安裝方式）。

（7）火球中心校正（ABB-CE）。判明火球中心校正存在問題。鍋爐為切向燃燒式時(shí)，用燃燒器的邊角風(fēng)門來調(diào)整火球位置。

（8）超溫報(bào)警。監(jiān)測鍋爐在最佳運(yùn)行條件下的煙氣最高允許溫度，用以防止水冷壁管、再熱器與過熱器的超溫和由此造成的爆管。

（9）過熱蒸汽溫度的控制。通過控制爐內(nèi)的煙氣參數(shù)改善鍋內(nèi)的蒸汽參數(shù)。

5 結(jié)語

文中上述型號(hào)規(guī)格為DVSN-S70-1 新型爐膛煙氣溫度遙感紅外線檢測儀，其構(gòu)成主要是由紅外傳感器、電控通訊系統(tǒng)、冷卻保護(hù)系統(tǒng)、吹掃與防結(jié)焦系統(tǒng)、快速清焦系統(tǒng)等組成。當(dāng)煤、天燃?xì)狻⒂汀⒚耗嗟然茉丛诠I(yè)鍋爐內(nèi)燃燒，其燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w。傳感器通過檢測熱二氧化碳?xì)怏w溫度來測量。傳感器的紅外光譜分析回應(yīng)預(yù)置為特定檢測二氧化碳?xì)怏w光譜儀，在溫度場里的二氧化碳?xì)怏w被加熱到特殊溫度范疇，傳感器能夠?qū)崟r(shí)測量二氧化碳?xì)怏w平均溫度最高或最低溫度。該紅外測量儀技術(shù)特點(diǎn)：（1）能夠準(zhǔn)確測量煙氣溫度；（2）獨(dú)創(chuàng)的冷卻吹掃優(yōu)化特殊設(shè)計(jì)，節(jié)能并防結(jié)焦；（3）能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境；（4）符合DCS 系統(tǒng)通訊與參與自動(dòng)控制要求；（5）對(duì)低濃度下二氧化碳?xì)怏w溫度也可以準(zhǔn)確測量；（6）創(chuàng)新的快速便捷清焦機(jī)構(gòu)，不拆卸設(shè)備，操作簡單高效，配合防結(jié)焦設(shè)計(jì)，性能更可靠。