火電廠爐膛紅外溫度場測溫技術原理、應用與發展探究

中圖分類號：TK323 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）19-0164-04

Abstract：Theinternaltemperaturefielddistributioninthefurnaceofthermalpowerplantsplaysakeyroleintheefficient andsafeoperationofcombustion，andtheapplicationanddevelopmentoffurmaceinfraredtemperaturefieldtemperature measurementtechnologyarecrucial.Thispaperanalyzes theapplicationanddevelopmentprospectsofthistemperature measuremnttechnology.First，thebasicprincipleoffurnaceinfraredtemperaturefieldtemperaturemeasurementtechnologyis introduced.Basedontelawoftheralradiationinfrareddtectorscancaptureinfraredraysradiatedfromdiferentpartsnthe furnaceof thermalpowerplants，andthentransformthemintocorrspondingtemperatureinformation.Attheappicationlevel， thistechologyhaspenetratedintomanyfieldssuchaspower，metallrgyandchemicalindustry.Itmonitorsfumacecombustion conditionsinrealtime，alowingoperatorstoaccuratelycontroltheratiooffuelinputtocombustionair，therebyoptmizing combustioneficiencyandreducingenergylossatthesametime，itcandetectabnormaltemperaturepointsinthefurnacein time，warnpotentialequipmentfailuresinadvance，andpreventsafetyaccidentssuchastubeburstingandcoking.Compared withtraditionaltemperaturemeasurement methods，itdoesnotneed toinvadethefurnace，andcanachievelarge-area，longdistanceon-contactmeasurement，greatlyimprovingmeasurementeficiencyandsafety.Byanalyzingitsprinciples，application advantagesandexistingproblems，thisresearchprovidestheoreticalreferenceforrelevantpractitionerstodeepentheir understandingoffumaceinfraredtemperaturefieldtemperaturemeasurementtechnologyandpromotetechnicalimprovementand more scientific application.

Keywords： thermal power plant; furmace infrared temperature field;principle; application; development

在火力發電廠，爐膛測溫作為關鍵設備，廣泛應用于眾多工業，其爐膛內部溫度場的分布狀況對生產過程起著至關重要的作用。爐膛溫度場直接關聯著燃燒效率、能源消耗以及設備的安全穩定運行。若溫度分布不均，可能導致局部過熱，引發結焦、爆管等安全事故，不僅威脅生產連續性，還可能造成巨大的經濟損失；同時，不合理的溫度分布也會使燃燒不充分，能源利用率降低，增加生產成本。

傳統的爐膛溫度測量手段，如熱電偶、熱電阻等接觸式測溫方法，存在諸多局限性。一方面，這些感溫元件需直接與高溫爐膛內的介質接觸，在高溫、強腐蝕、高粉塵等惡劣環境下，極易受損，壽命縮短，導致測量精度下降，維護成本高昂；另一方面，接觸式測量只能獲取測點局部的溫度信息，難以全面反映爐膛內復雜的溫度場分布，無法滿足對爐膛溫度實時、精準監測的需求。

紅外測溫技術作為一種非接觸式測溫方法應運而生，為爐膛溫度場測量帶來了新的解決方案。其基于熱輻射定律，利用物體自身向外輻射紅外線的特性，通過紅外探測器捕捉爐膛內不同部位輻射出的紅外線，并將其轉化為對應的溫度信息。該技術無須侵入爐膛，可實現大面積、遠距離的非接觸式測量，有效避免了惡劣工況對測溫元件的損害，極大提升了測量效率與安全性。實時、準確的爐膛紅外溫度場監測能夠為操作人員提供詳盡的燃燒信息，助力其精準把控燃料投入量與燃燒空氣配比，優化燃燒過程，提高燃燒效率，降低能源損耗；同時，能夠及時察覺爐內溫度異常點，提前預警潛在的設備故障，預防爆管、結焦等安全事故的發生，保障工業生產的高效、安全運行。深人研究爐膛紅外溫度場測溫技術的原理、應用及發展，對推動工業領域的技術進步與節能減排具有重大現實意義。

一 國內外研究現狀

國外在爐膛紅外溫度場測溫技術研發方面起步較早，技術積累深厚。歐美等發達國家的科研機構與企業投入大量資源，致力于高精度紅外探測器的研制，通過不斷優化探測器的材料與結構，提升其對微弱紅外輻射信號的捕捉能力，部分先進探測器已能實現皮米級別的溫度分辨率，可精準感知爐膛內微小區域的溫度變化。在光譜分析算法領域，國外專家運用復雜的數學模型與機器學習算法，對爐膛輻射光譜進行深度解析，有效消除了環境因素對測溫精度的干擾，使得溫度測量誤差控制在極小范圍內。

近年來，國內在爐膛紅外溫度場測溫技術領域的研究取得了長足進步。科研院校與企業緊密合作，在紅外測溫關鍵技術攻關方面成果斐然。部分高校研發的新型紅外測溫材料，展現出良好的高溫穩定性與靈敏度，為制造高性能紅外探測器奠定了基礎。一些企業成功開發出具有自主知識產權的紅外溫度場監測系統，打破了國外產品的壟斷，在國內市場得到廣泛應用。

在應用實踐中，國內眾多行業積極探索爐膛紅外溫度場測溫技術的應用模式。電力行業內，各大發電企業逐步推廣該技術，通過對鍋爐爐膛溫度的實時監測，及時發現燃燒不均、局部過熱等問題，采取針對性調整措施，有效提高了鍋爐熱效率，降低了污染物排放。

2爐膛紅外溫度場測溫技術原理

2.1熱輻射基礎理論

熱輻射是自然界中一切溫度高于絕對零度的物體由于分子和原子的熱運動而向外發射電磁波的現象。對于爐膛內的高溫物體，如燃燒的煤粉、熾熱的煙氣、被加熱的爐壁等，其都會持續地向外輻射紅外線。這種輻射能量的大小與物體的溫度密切相關，是紅外測溫技術的基石。在爐膛紅外測溫中，依據此定律可根據測量到的輻射波長大致推斷輻射源的溫度范圍，為測溫設備的波長選擇與溫度標定提供指導。這些熱輻射基礎理論相互關聯，從不同角度定量地闡述了物體紅外輻射與溫度、波長之間的內在聯系，為爐膛紅外溫度場測溫技術提供了堅實的理論支撐，使得通過測量物體輻射的紅外線來精確獲取其溫度信息成為可能。

2.2測溫系統構建原理

爐膛紅外溫度場測溫系統作為一個有機整體，由多個關鍵部件協同運作，實現對爐膛溫度的精準測量與數據處理。其核心組成部分涵蓋紅外探測器、光學系統以及信號處理單元等，各部分各司其職，緊密配合，確保系統穩定、高效運行。

首先，運用高靈敏度的前置放大器對電信號進行放大，使其達到后續處理所需的強度。接著，通過精密的濾波電路，巧妙地去除混入信號中的各類噪聲干擾，還原純凈的溫度信號。隨后，利用先進的模數轉換器（ADC）將模擬電信號轉換為數字信號，以便于數字處理器進行高速、精確的運算處理。在此過程中，內置的智能算法依據熱輻射定律及預先標定的參數，將數字信號精準轉換為對應的溫度值，并對測量數據進行實時校正、補償，充分考慮環境因素、探測器特性漂移等對測量精度的影響，確保溫度數據的準確性與可靠性。

經信號處理單元處理后的數據，通過高速數據傳輸線路，如工業以太網、現場總線等，迅速傳輸至控制系統或監控終端。控制系統依據這些實時溫度數據，運用智能控制策略，精準調控爐膛的燃燒過程，實現燃料與空氣的最優配比，保障爐膛穩定、高效運行；監控終端則以直觀的可視化界面，向操作人員實時展示爐膛溫度場分布、溫度趨勢變化等關鍵信息，助力操作人員及時察覺異常，迅速采取應對措施，確保工業生產的安全、穩定與高效。整個測溫系統通過各部件的緊密協作，實現了從紅外輻射感知、信號處理到數據應用的全流程自動化，為現代工業生產的精細化管理提供了強有力的技術支撐。

3爐膛紅外溫度場測溫技術的應用

3.1電廠鍋爐燃燒監測與優化

在電力行業，電廠鍋爐作為核心設備，其燃燒過程的優劣直接關乎機組的發電效率、能源消耗以及污染物排放水平。以某660MW超臨界機組火電機組為例，該機組在未應用紅外測溫技術前，由于缺乏對爐膛燃燒區域溫度分布的精準掌控，燃燒優化項目效果欠佳，機組運行能耗偏高，飛灰可燃物含量較高， NO_X 生成量不均衡等問題突出。為扭轉這一局面，電廣引入先進的爐膛紅外溫度場測溫系統。此系統依托高精度紅外探測器，結合智能算法，構建起爐膛截面可視化平面二維溫度場，實現對爐膛內高溫煙氣的連續在線測量。

系統投運后，實時監測數據猶如為運行人員開啟了一扇洞察爐膛燃燒奧秘的“窗口”。通過對爐膛各燃燒層溫度的密切監視，精準捕捉到燃燒過程中的細微變化。如在機組升負荷階段，依據溫度場分布，及時發現某區域煤粉燃燒不充分的狀況，隨即精準調整對應燃燒器的一次風煤比，增加給煤量并優化配風，促使煤粉迅速、充分燃燒，有效提升了燃燒效率，減少了飛灰可燃物含量。

在日常運行中，借助該技術對爐膛溫度場的持續監測，結合大數據分析，深度挖掘溫度數據與機組運行參數的內在關聯，進一步優化燃燒控制邏輯。依據不同負荷工況下的最優溫度場模型，精準調控二次風門開度、燃料量及燃燒空氣配比，確保鍋爐在各種工況下都能維持高效、穩定燃燒，實現節能減排的顯著成效。據統計，該機組應用爐膛紅外溫度場測溫技術后，鍋爐熱效率提升約 3% ，每年可節約標準煤數千噸，同時 NO_X 排放量降低約 15% ，為電力行業的綠色發展貢獻了卓越力量。

3.2 預防鍋爐爆管與結焦

鍋爐爆管與結焦事故是電力生產中的重大安全隱患，嚴重威脅機組的安全穩定運行，可引發非計劃停機，造成巨大的經濟損失。爐膛紅外溫度場測溫技術在預防此類事故方面發揮著至關重要的“前哨”作用。某電廠在過往運行中，時常遭遇鍋爐爆管與結焦問題。傳統的監測手段難以提前察覺管壁溫度的異常變化，往往在事故發生后才采取補救措施，代價高昂。引入爐膛紅外溫度場測溫系統后，情況得到極大改觀。該系統在爐膛水冷壁、過熱器、再熱器等關鍵部位附近精心布置高靈敏度紅外探測器，實時、精準地監測管壁溫度及其周邊溫度場分布。

在應對鍋爐啟動、停運等特殊工況時，該技術的優勢尤為凸顯。此時，爐膛溫度變化劇烈，管壁熱應力急劇變化，極易引發爆管事故。紅外測溫系統全程嚴密監控管壁溫度，為運行人員提供關鍵的溫度變化趨勢，助力其精準調控升溫、降溫速率，確保管壁溫度平穩過渡，大幅降低了爆管風險，保障了機組的安全穩定啟停。通過長期運行實踐驗證，該電廠應用爐膛紅外溫度場測溫技術后，鍋爐爆管與結焦事故發生率顯著降低，機組的連續運行時間大幅延長，為電力生產的安全可靠性筑牢了堅實根基。

4爐膛紅外溫度場測溫技術優勢

4.1非接觸式測量特性

與傳統的接觸式測溫方法相比，爐膛紅外溫度場測溫技術的非接觸式測量特性具有顯著優勢。傳統接觸式測溫，如使用熱電偶或熱電阻，需將測溫元件直接插入爐膛內部或與被測物體緊密接觸。在工業爐膛的惡劣環境下，這不僅要求測溫元件具備極高的耐高溫、耐腐蝕性能，還極易因高溫、強氣流沖刷、粉塵侵蝕及化學腐蝕等因素導致測溫元件損壞，頻繁地維護與更換不僅成本高昂，而且影響生產連續性。

在火電廠鍋爐中，爐膛內部燃燒工況復雜多變，溫度梯度大，傳統接觸式測溫難以全面、實時反映溫度場分布。紅外測溫技術則可實現遠距離大面積測量，通過合理布置多個紅外探測器，構建起爐膛溫度監測網絡，能夠同時捕捉不同區域的溫度信息，為操作人員呈現出直觀、全面的爐膛溫度場圖像，精準掌控燃燒狀態，及時發現溫度異常區域，實現精細化燃燒調控，有效提升鍋爐運行效率，保障電力生產的安全穩定。

4.2 高精度與高靈敏度

爐膛紅外溫度場測溫技術在精度與靈敏度方面表現卓越，為工業生產提供了精準可靠的溫度數據支持。以某先進的爐膛紅外測溫系統為例，其測溫精度可達 1±1% ，這意味著在測量 1000^°C 的爐膛溫度時，誤差范圍僅在 ?_±10?_C 以內，相較于傳統測溫手段，精度有了質的飛躍。

在實際工業應用中，這種高精度特性發揮了關鍵作用。在電力行業的電站鍋爐運行中，精準的溫度測量有助于精確調控燃燒過程。通過對爐膛不同區域溫度的精確監測，操作人員能夠依據溫度反饋，精細調整燃料供給量與空氣配給比例，使燃燒更加充分、均勻。該技術的高靈敏度同樣令人矚目。其能夠敏銳捕捉到爐膛內微小的溫度變化，哪怕是溫度僅有零點幾攝氏度的波動，也能被迅速感知并反饋。

4.3 實時性與動態監測能力

爐膛紅外溫度場測溫技術具備卓越的實時性與動態監測能力，能夠對爐膛內溫度變化迅速做出響應，為工業生產過程的精細化調控提供堅實的數據支撐。爐膛紅外溫度場測溫技術憑借其快速響應特性，可實時、精準地監測爐膛溫度。通過在爐膛關鍵部位合理布局高靈敏度紅外探測器，構建起全方位的溫度監測網絡，探測器能夠瞬間捕捉到溫度的細微變化，并將其轉化為電信號，經信號處理單元高速運算處理后，即刻傳輸至控制系統。操作人員在監控終端可實時獲取爐膛內各區域的溫度數據，以及溫度場的動態變化圖像，宛如擁有了一雙“洞察爐膛\"的慧眼，精準掌握燃燒過程的實時狀態。

5發展趨勢展望

在工業生產對爐膛溫度監測精度與可靠性要求日益嚴苛的背景下，多傳感器融合技術應運而生，成為提升測溫全面性與準確性的核心手段。該技術有機整合紅外、激光、聲波等多種傳感器，充分發揮各自優勢，實現信息互補，為精準掌控爐膛溫度場提供全方位數據支持。

紅外傳感器憑借非接觸式測溫特性，可大面積、遠距離實時感知爐膛溫度分布，高效捕捉高溫區域的輻射信息，為溫度場構建提供宏觀框架；激光傳感器利用激光的高方向性與相干性，能夠對特定微小區域進行高精度測距與測溫，精準測量爐膛內局部高溫點、火焰中心等關鍵部位的溫度，彌補紅外傳感器空間分辨率的不足；聲波傳感器則依據聲波在介質中的傳播特性，通過測量聲波傳播速度、頻率變化等參數，反演爐膛內溫度分布，尤其在復雜氣流、粉塵環境下，對溫度梯度較大區域的監測獨具優勢，有效填補其他傳感器在惡劣工況適應性方面的短板。

6 結論

本研究對爐膛紅外溫度場測溫技術進行了深入剖析，從原理、應用、優勢到發展趨勢，全方位展現了該技術在工業領域的關鍵地位與作用。其基于熱輻射定律，借助紅外探測器及配套系統，實現對爐膛溫度場的非接觸、高精度、實時動態監測。在電力等行業廣泛應用，為燃燒優化、事故預防、質量提升與節能減排提供有力支持。與傳統測溫相比，該技術具有非接觸、高精度、實時動態、可視化與數據分析等顯著優勢，有效克服傳統測溫局限，提升工業生產智能化、精細化管控水平。

爐膛紅外溫度場測溫技術前景廣闊。隨著科技飛速發展，多學科交叉融合將為其注人新活力，持續拓展應用邊界。技術研發層面，新型紅外探測器、多傳感器融合技術將持續革新，提升測溫精度、靈敏度與可靠性；智能算法與自動化控制系統深度集成，實現燃燒過程自主精準調控，提升工業生產智能化水平。為充分挖掘技術潛力，企業、科研機構與政府需協同發力。企業應加大研發投人，培養高端人才，提升創新能力；科研機構強化基礎研究，突破關鍵技術瓶頸；政府完善政策支持，營造良好產業環境。各方攜手共進，推動爐膛紅外溫度場測溫技術蓬勃發展，助力工業領域節能減排、安全生產，邁向高質量、可持續發展新征程。

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