.z.鍋爐爐膛溫度測量技術的重大突破侯子良(過程自動化技術中心100011)[摘要]本文闡述了鍋爐爐膛溫度(場)測量的重要性，分析了傳統(tǒng)爐膛溫度測量技術的缺點，以及由此導致目前爐膛溫度測量根本上還處于空白的現狀。作者與有關專家一起，經過一年多的調查研究，包括實地考察，在文中向讀者詳細介紹了國際上最新推向市場的先進爐膛聲波測溫系統(tǒng)，作者認為，這是火電廠極其重要而有難度很大的一種熱工測量技術的重大突破，它的推廣應用必將對我國電站鍋爐平安、節(jié)能和減排產生重大影響。[關鍵詞]爐膛聲波測溫系統(tǒng)高強度聲波發(fā)生器多接收器技術爐管泄漏檢測1、鍋爐爐膛溫度〔場〕測量的重要性火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化是火電廠平安、節(jié)能和減排的關鍵所在。長期來沒有一種可靠和準確的測量爐膛溫度〔場〕的手段，使優(yōu)化燃燒失去直接監(jiān)控和判別的依據。爐膛溫度〔場〕測量的重要性表現為：1〕監(jiān)控爐膛出口溫度

防止出口溫度過高導致過熱器結焦和管壁超溫

防止啟動時出口溫度升高太快和燒害處于無蒸汽流過的再熱器管〔干燒〕

監(jiān)控出口溫度判別水冷壁吸熱情況優(yōu)化吹灰控制

控制不同負荷下的合理爐膛出口溫度，合理分配輻射熱和對流熱的比例，減少過熱器和再熱器的噴水量，提高回熱效率〔例如：對于300MW機組，再熱器噴水每減少10t/h，煤耗降低約1.91g/kwh〕。2〕矯正燃燒不均衡

及時發(fā)現和矯正兩側煙溫、汽溫的偏差

防止煙氣偏向一側導致該側水冷壁磨損、結焦

防止燃燒偏斜導致汽包水位兩側嚴重偏差，發(fā)生重大事故〔據調查，燃燒偏斜有時可導致汽包水位左右側實際偏差達100-200mm〕

防止局部過熱而流渣3〕提高燃燒效率

優(yōu)化風煤比，將過量空氣系數降低至合理圍

均衡各側〔角〕燃燒器的風量分配

控制火焰中心高度，使煤粉在爐膛充分燃盡，又確保合理的熱量分配

為優(yōu)化燃燒控制系統(tǒng)提供更直接判據，使優(yōu)化系統(tǒng)更具可操作性4〕降低污染物排放

防止出現局部火焰過熱，降低NO*生成〔當局部火焰溫度到達1482℃時，NO*

對于配置有脫硝裝置的鍋爐，由于煙氣中NO*含量降低，可大大降低脫硝裝置運行費用2、傳統(tǒng)爐膛溫度測量技術的現狀和缺點正因為爐膛溫度測量如此重要，長期來人們進展了大量研究，開發(fā)出了各種不同原理的測量裝置，但由于其固有的缺點，應用情況一直不佳，甚至大局部鍋爐上至今仍是一個空白，使鍋爐燃燒監(jiān)控失去了一個重要依據。傳統(tǒng)爐膛溫度測量裝置主要有接觸式〔伸縮式溫度計〕和非接觸式兩類，而非接觸式常見有輻射式溫度計和光譜圖象檢測系統(tǒng)，這些技術存在的缺點是：1〕接觸式〔伸縮式溫度計〕目前300MW及以上機組的鍋爐均配供有價格昂貴的測量爐膛出口煙氣溫度的伸縮式溫度計，但由于探針深入爐膛很長，笨重、易變形卡澀，故障率高，因此，許多電廠實際上已停用。此外，探針受耐溫限制，一般僅在鍋爐啟動時伸入爐膛測量出口煙氣溫度，當煙溫到達一定值時，必須馬上退出爐膛，因此，其允許使用溫度圍和作用也有限。2〕輻射式溫度計眾所周知爐膛煙氣輻射大多不在可見光圍，因此，目前常見的輻射式溫度計主要是紅外式溫度計，它測量外表或區(qū)域的紅外光強度。由于爐膛煙氣是氣態(tài)發(fā)光，溫度分布不均勻，成分不固定，再加上飛灰顆粒輻射的存在，因此，組成的光譜波長和穿透力等不確定，從而導致被測區(qū)域不確定，測量誤差大。由于上述缺點影響了輻射式溫度計在鍋爐爐膛煙氣溫度測量領域的應用。3〕飛灰顆粒輻射光譜測量這類溫度測量系統(tǒng)是利用圖像檢測爐膛煙氣中主要是飛灰顆粒輻射的可見光〔包栝一定波長紅外光，以提高溫度測量上限〕，經計算機進展極其復雜的圖象處理，從而得到爐膛煙氣的溫度分布。由于受飛灰顆粒成分濃度和分布的影響，鏡頭污染以及復雜圖象處理算法等影響，測量誤差大；被測量區(qū)域也存在很大的不確定性。加上采光系統(tǒng)復雜，結焦或積灰使鏡頭保養(yǎng)困難，可靠性差，價格昂貴。從而使這類系統(tǒng)在爐膛煙溫測量的工程實際應用中受到限制。3、當代最新爐膛測溫技術聲波測溫系統(tǒng)1〕聲波測溫技術的根本原理早在上世紀八十年代末，美國和日本專家就聲波測量爐膛煙氣溫度進展了研究。聲波測量的原理是基于聲音的傳播速度直接隨介質溫度而變化。根據通用氣體方程有以下關系式：p=ρRT(1)p壓力ρ密度R通用氣體常數T絕對溫度而聲速與壓力、密度和定壓定容下的比熱有以下關系式：C2=rp/ρ(2)C聲速r定壓定容狀態(tài)下的比熱從以上兩個關系式可以導出聲波測溫系統(tǒng)的以下根本關系式：T=()C2(3)T=()()2(4)式中：△t聲波傳播時間△l聲波傳播距離圖1為聲波測溫系統(tǒng)的原理圖12661266圖1為聲波測溫系統(tǒng)的原理圖從〔4〕式可知，聲波測溫系統(tǒng)的誤差主要來自三個方面：a〕聲波測溫系數()的影響眾所周知，煙氣成份、含塵量以及流速均對測溫系數有影響。對于石化系統(tǒng)的焦化加熱爐，由于該系數變化而導致測溫誤差有時可超過1%。但是，對于電站鍋爐，測溫系數對測溫的相對影響不大。b〕聲波傳播距離的測量誤差聲波從發(fā)生器到承受器間的距離，必須準確測量以防止產生誤差。此外，由于鍋爐熱態(tài)膨脹會改變聲波傳播距離，從而導致附加誤差，因此，當差異較大時也必須進展修正。c〕聲波傳播時間的測量誤差大型鍋爐爐膛聲波從發(fā)生器到承受器的傳播時間在10-30ms間，為了減少傳播時間測量誤差必須要求發(fā)生器發(fā)出的聲波前沿陡峭，在50us以，并且計算機應能快速采集到。2〕聲波測溫技術的優(yōu)點聲波測溫技術與傳統(tǒng)爐膛測溫技術相比有以下明顯優(yōu)點：

準確度高，不受輻射等不確定因素的影響，其準確度可以到達±1%。

測量溫度圍廣，在鍋爐全負荷圍均可使用

測量空間不受限，不僅可以測量平均溫度，還可以確定爐膛溫度場分布

測量靈敏度高，實時性好

可維護性好3〕聲波測溫技術工程應用的重大突破聲波測溫技術進入鍋爐上成功應用需要克制一系列技術上的挑戰(zhàn)，這大約經歷了二十多年的努力。目前，美國Enertechni*公司開發(fā)的核心技術成功解決了工程應用方面的一系列難點，推出的PyroMetri*聲波測溫系統(tǒng)已經廣泛應用在美國、印度和國等國家的電廠。圖2為PyroMetri*聲波測溫系統(tǒng)框圖圖2PyroMetri*聲波測溫系統(tǒng)框圖PyroMetri*聲波測溫系統(tǒng)主要有以下核心技術：a〕高強度、前沿剛毅的聲波發(fā)生器〔ASG〕Enertechni*公司開發(fā)的氣動聲波發(fā)生器能發(fā)出高強度〔>170dB〕的聲波,測量距離達30米,聲波前沿剛毅陡峭(<50us)，溫度測量圍廣(-18~1926℃)，測量準確度到達±b〕精細小型接收器〔ASR〕接收器只需在水冷壁管間的鰭片上開￠12.7mm小孔就可以監(jiān)聽發(fā)生器發(fā)來的聲波，安裝方便。c)多接收器處理技術一個聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波可以有多個接收器同時監(jiān)聽，一個控制平臺可采用多達16個發(fā)生器和承受器,比起一個發(fā)生器對一個承受器的系統(tǒng)來說，不僅簡化了系統(tǒng)，更重要的是大大減少了鍋爐上安裝發(fā)生器必須在水冷壁彎管開孔帶來的麻煩。d〕通過特殊算法計算爐膛溫度場圖3為典型的2個ASG，6個ASR，鍋爐爐膛溫度測量系統(tǒng)配置圖。圖3典型的爐膛溫度測量系統(tǒng)配置圖〔2*ASG，6*ASR〕通過測量得到8個通道上煙氣的平均溫度，再經計算機特殊算法處理得到爐膛溫度場分布〔圖4〕，并在DCS顯示器上呈現出來，指導運行人員操作。圖4爐膛溫度場分布圖必要時還可以實現三維空間的溫度場測量和顯示〔圖5〕圖5爐膛溫度場三維空間分布圖e〕高靈敏度檢測泄漏接收器接收爐膛部各種聲波〔圖6〕，通過聲波強度與持續(xù)時間的比照篩選，可以方便地將爐管泄漏聲音和別的噪音〔例如吹灰〕區(qū)別出來，及時發(fā)出爐管泄漏報警，使該系統(tǒng)同時還具有檢測爐管泄漏的功能。聲聲波強度吹灰吹灰檢測到泄漏檢測到泄漏時間間隔時間間隔聲波強度門檻時間時間圖6泄漏檢測4、完畢語繼鍋爐汽包水位測量技術在我國取得重大突破，并成功應用于我國上