電站鍋爐爐膛溫度測量的重要性

       鍋爐燃燒狀況是火電廠(chǎng)安全、節能和減排的關(guān)鍵所在。鍋爐爐膛有些區間和受熱面一直沒(méi)有可靠和準確的測量爐膛溫度的手段，使優(yōu)化燃燒失去直接監控和判別的依據。

       爐膛溫度測量的重要性：

       1、監控爐膛出口溫度：

       防止過(guò)熱器結焦和管壁過(guò)熱超溫事故；

       防止啟動(dòng)時(shí)燃燒異常，導致滅火或升溫太快和燒壞再熱器（干燒）而事故停機；

       監控爐膛水冷壁的吸熱量情況，指導吹灰和調整風(fēng)量；

       控制很佳爐膛出口溫度，減少過(guò)熱器和再熱器噴水量、降低鍋爐出口排煙溫度。

       2、矯正燃燒不均衡：

       監視爐膛煙溫分布，防止燃燒偏斜，導致兩側煙溫、汽溫嚴重偏差；

       防止水冷壁一側磨損、結焦；防止汽包水位兩側嚴重偏差；

       防止局部過(guò)熱而結渣。

       3、提高燃燒效率和降低NOX生成： 

       調節均衡風(fēng)量分配；

       控制合理的火焰中心高度；

       防止局部火焰過(guò)熱，降低NOX生成（1482℃時(shí)NOX成指數級增加）。

       如圖：由于沒(méi)有可靠和準確的測溫手段，使得燃燒不均衡，水平煙道煙溫汽溫偏差過(guò)大，導致高溫再熱器嚴重超溫發(fā)生爆管事故。

       以上問(wèn)題產(chǎn)生的原因：爐膛高溫區缺少必要的溫度測點(diǎn)，運行人員只能借助其他運行參數間接觀(guān)察和了解爐膛溫度。由于間接反映參數不直觀(guān)，故爐膛溫度無(wú)法得到準確的反映，運行人員也無(wú)法有效控制鍋爐的燃燒狀態(tài)。

       傳統的鍋爐運行是按照設計的假定和鍋爐內部的參數的反映進(jìn)行控制的。正常情況下，運行人員按運行手冊的指導控制鍋爐的運行。當鍋爐汽壓和汽溫等反映參數出現異常，運行人員才會(huì )根據參數的異常情況進(jìn)行相應的調整。由于參數反映遲緩，造成運行人員的調整滯后。這種調整模式對鍋爐的燃燒經(jīng)濟性、受熱面超溫、設備可靠性產(chǎn)生不利影響。此外鍋爐系統的設計中涉及到煙氣側和蒸汽側的能量平衡，溫度參數是表征能量交換情況的重要參數和判斷依據。在鍋爐能量交換的關(guān)鍵點(diǎn)設置溫度測點(diǎn)是非常必要的。

       以上問(wèn)題解決的對策：典型的火力發(fā)電廠(chǎng)的控制系統中包含著(zhù)大量的蒸汽參數的監測儀表，而煙氣側的監測參數卻寥寥無(wú)幾。由于煙氣側是鍋爐系統重要的能量交換系統，因此控制煙氣的參數對確保鍋爐的可靠和經(jīng)濟運行非常重要。爐膛出口是輻射換熱和對流換熱區的分界點(diǎn)，該點(diǎn)溫度是設計人員考慮能量平衡時(shí)的一個(gè)重要技術(shù)參數。由于鍋爐早期設計時(shí)缺乏高溫測量?jì)x器和相應的技術(shù)手段，爐膛高溫區沒(méi)有設置溫度監測點(diǎn)。無(wú)法連續在線(xiàn)監測該點(diǎn)的溫度，只能依靠間接的辦法對這點(diǎn)的溫度進(jìn)行推算，推算出的結果失去了準確性和時(shí)效性，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的需要。根據多年的試驗驗證，控制好爐膛出口溫度可以解決或改善目前鍋爐運行存在的大部分問(wèn)題。

       監測爐膛出口煙溫的意義：電站鍋爐爐膛內煙溫的測量中具有重要的意義就是"監測爐膛出口煙溫"。因為這個(gè)位置是對流區與輻射區的交界點(diǎn)，爐膛出口（見(jiàn)下面圖示）煙溫對鍋爐運行控制有著(zhù)非常重要的意義，這個(gè)位置的溫度變化能及時(shí)的反映出爐膛內能量的變化和鍋爐運行狀態(tài)的變化。 

       解決鍋爐運行問(wèn)題的有效方案：加裝爐膛測溫系統，在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測和控制爐膛出口煙氣溫度（FEGT）,控制好FEGT有著(zhù)很重要的實(shí)際意義，爐膛出口是對流區和輻射區的分界點(diǎn)，是兩個(gè)能量交換區域間重要的邊界參數。有效控制FEGT，對鍋爐的運行的安全性、可靠性、經(jīng)濟性以及降低污染物排放，延長(cháng)鍋爐使用壽命有著(zhù)重要的作用和影響。

       爐膛出口溫度低于灰熔融溫度---可以有效解決爐膛上部結焦問(wèn)題。

       爐膛出口溫度控制在設計值以?xún)?--解決過(guò)熱器在熱器超溫。

       傳統爐膛測溫產(chǎn)品的缺點(diǎn)

       測量鍋爐爐膛溫度是確保鍋爐安全高效運行很基本的必要環(huán)節，長(cháng)期以來(lái)人們不斷的摸索和研究，開(kāi)發(fā)出各種不同原理的爐膛測溫裝置，但由于其固有缺點(diǎn)，應用狀況都不佳。目前通常采用接觸式伸縮式煙溫探針（熱電偶）的測溫方式，而這種測溫手段只能測量爐內某個(gè)點(diǎn)的溫度，無(wú)法準確的給出某個(gè)受熱面測量區域溫度分布和變化情況。而且接觸式測溫方式，它需要插入到爐膛內部，由于爐膛截面寬廣，爐內的溫度較高，腐蝕性較強，況且熱電偶插入的深度和測量的溫度范圍都會(huì )受到一定限制，長(cháng)時(shí)間留在爐膛內容易被燒壞和腐蝕的問(wèn)題，更嚴重的問(wèn)題是燃燒會(huì )產(chǎn)生許多粘性物質(zhì)粘接在熱電偶的表面，這樣不但影響熱電偶實(shí)際測量的溫度，還會(huì )導致熱電偶測量的溫度傳遞速率降低，溫度響應時(shí)間延遲，有時(shí)會(huì )超過(guò)10min以上。因此這種傳統的測溫方式不能快速準確的反映爐膛內部的溫度狀況，與爐膛實(shí)際溫度存在較大偏差。結果導致不能正確反映爐膛內部燃燒情況；增加煙氣中的氮氧化物的生成；甚至會(huì )造成對鍋爐的損壞，對鍋爐的安全運行存在著(zhù)隱患。無(wú)法保證鍋爐的運行效率。其次，接觸式煙溫探針?lè )浅１恐�，使用比較麻煩，而且故障率高、使用壽命短。

       針對上述問(wèn)題，為了確保鍋爐安全 可靠運行，美國Raytek®專(zhuān)門(mén)為燃煤電站設計了一款在線(xiàn)式紅外鍋爐爐膛測溫裝置

       RAYYNBS120YC型紅外線(xiàn)爐膛測溫儀

       專(zhuān)業(yè)，成就好品質(zhì)……

       Raytek®紅外線(xiàn)爐膛測溫儀的概述

       美國Raytek®專(zhuān)為電站鍋爐設計的一款測溫裝置—RAYYNBS120YC型在線(xiàn)式紅外爐膛煙溫測量裝置。具有安裝簡(jiǎn)單，使用可靠等特點(diǎn)。它的傳感器和紅外薄膜電路集成組裝在牢固的鋁制冷卻套內，具有IP65的防護標準，可以在露天環(huán)境下安裝并長(cháng)期運行。在高溫環(huán)境下能夠在線(xiàn)連續工作，只需要在現場(chǎng)提供一組壓縮空氣源或空氣冷卻系統，對本裝置進(jìn)行冷卻和吹掃。裝置配有空氣油霧過(guò)濾系統和超溫保護系統的選配件，對惡劣的現場(chǎng)環(huán)境適應性很強。該產(chǎn)品在國內外電站裝置上已有多年的使用業(yè)績(jì)，得到用戶(hù)的一致好評。該產(chǎn)品填補了鍋爐高溫輻射區與對流區這個(gè)重要位置溫度在線(xiàn)監測的欠缺。本產(chǎn)品附有吹掃冷卻系統，工藝設計精致周到。紅外測溫儀傳感器和紅外薄膜電路集成組裝在牢固的鋁制冷卻套內，具有IP65的防護標準，可以在露天環(huán)境下安裝并長(cháng)期運行。該產(chǎn)品在高溫環(huán)境下能夠在線(xiàn)連續工作，只需要在現場(chǎng)提供一個(gè)壓縮空氣源或選用空氣冷卻系統，對本儀器進(jìn)行冷卻和吹掃。該測溫儀配有空氣過(guò)濾系統和超溫保護系統（選配件），對惡劣的現場(chǎng)環(huán)境的適應性很強。

       紅外測溫的原理

       紅外測溫的基本原理就是通過(guò)對物體自身紅外輻射能量的測量，獲取其表面的溫度信息。一切溫度高于有效低度（約-273.15℃）的物體，都會(huì )不停的向外發(fā)出紅外輻射；任何物體輻射的紅外能量大�。▋蓚�(gè)相近紅外輻射波長(cháng)能量的比值）與其表面溫度都有著(zhù)密切的關(guān)系且輻射出的紅外能量與溫度成正比，因此可以根據物質(zhì)輻射出的紅外能量得出物質(zhì)的溫度。 Raytek®基于紅外的這一特性研制出一種RAYYNBS120YC型紅外遙感測溫儀，該產(chǎn)品采用具有獨特的 設計和特制的紅外濾波器信號處理技術(shù)，在鍋爐燃燒過(guò)程中過(guò)濾并處理視場(chǎng)內固體和氣體輻射出的扎亂的廣譜紅外信號，只接收爐膛中熱CO2煙氣輻射出的紅外波譜，準確的顯示出測量區域CO2煙氣輻射出的紅外能量，通過(guò)該儀器特有的功能將它轉換成標準的4-20mA直流信號輸出從而計算出煙氣溫度。 

       紅外線(xiàn)爐膛測溫儀的特點(diǎn)及應用

       ● 監測爐膛或爐膛出口煙氣溫度：鍋爐運行人員通過(guò)對爐膛關(guān)鍵位置煙溫的連續、實(shí)時(shí)、精確、可靠測量和監測，能夠準確的掌握鍋爐運行情況和有效的進(jìn)行燃燒控制。根據鍋爐控制理論和實(shí)踐表明，控制好爐膛出口溫度，對改善鍋爐的性能有很重要的作用（包括降低飛灰可燃物、預防爐管超溫、降低排煙溫度等等）。

       ● 啟動(dòng)和運行溫度監測：在鍋爐啟動(dòng)時(shí)對煙溫的監測，可以減少啟動(dòng)時(shí)的燃料消耗；也可以預防因煙溫過(guò)高對管子損壞和煙溫過(guò)低產(chǎn)生的濕蒸汽對汽輪機造成危險；通過(guò)的運行溫度的監測，可實(shí)時(shí)監測溫度范圍內爐膛煙氣溫度。

       ● 吹灰器控制：利用時(shí)間、溫度歷史曲線(xiàn)的記錄，對吹灰器的運行時(shí)間進(jìn)行控制。在吹掃時(shí)監測鍋爐的溫度變化（做為判斷受熱面污染程度的依據），用以改善爐管的傳熱性能，并防止吹灰不足造成結焦的情況發(fā)生。

       ● 降低NOX的應用：控制好爐膛出口溫度，可以降低NOx排放10%-30%。在選擇非催化劑降低排放物中的氮氧化物時(shí)，要在鍋爐爐膛中噴入尿素或氨，噴射時(shí)的煙氣溫度必須控制在870℃ - 1150℃的很佳窗口溫度范圍內。 

       ● 降低煙溫偏差：出口斷面左/右溫度偏差較大時(shí)，調整送風(fēng)，降低左/右煙氣溫度偏差（測溫系統采用雙測點(diǎn)，左右對稱(chēng)安裝方式）。

       ● 預防結焦：監測鍋爐關(guān)鍵部位的很高溫度，使其不超過(guò)灰熔融溫度，預防鍋爐上部結焦結渣。

       ● 高溫報警：監測鍋爐很佳運行條件下的煙氣很高允許溫度，用以防止水冷壁管，再熱器與過(guò)熱器的超溫爆管。煙溫偏高時(shí)，可以考慮減少送風(fēng)量，降低排煙損失，降低供電煤耗，提高機組效率。本系統的輸出可作為電廠(chǎng)狀態(tài)檢修系統的輸入數據，為計算和判斷過(guò)熱器和再熱器管的預期壽命提供數據。

       ● 代替機械式煙溫探針：機械式煙溫探針笨重、安裝復雜、運行后維護量大；紅外煙溫測量裝置重量輕、安裝簡(jiǎn)單、運行后無(wú)維護、具有在線(xiàn)測量的一款儀器。

       ● 流化床鍋爐：在煙氣除硫系統中，確定石灰粉添加劑的很佳溫度，通過(guò)對流化床溫度的測量獲得很佳效率，提高運行經(jīng)濟性。

       ● 爐膛一次風(fēng)監測（B&W/FW）：監測爐膛中具有分割墻的鍋爐中各個(gè)分割區內的煙氣溫度，并保持溫度的均勻分布。

       ● 火球中心校正（ABB-CE）：判明火球中心校正存在問(wèn)題。鍋爐為切向燃燒式時(shí)，用燃燒器的邊角風(fēng)門(mén)來(lái)調整火球位置。

       ● 廢料/垃圾焚燒溫度控制：監測焚燒有毒廢料和垃圾的很佳溫度，防止二惡英的產(chǎn)生。

       Raytek®紅外線(xiàn)爐膛測溫儀的技術(shù)規范

       Raytek®專(zhuān)門(mén)為測量煙氣而開(kāi)發(fā)的RAYYNBS120YC型高精度紅外線(xiàn)爐膛測溫儀，具有超強的穩定性和抗干擾性，并具有多探頭組網(wǎng)功能，具體參數如下：

       1、產(chǎn)品型號：RAYYNBS120YC

       2、測溫范圍： 120℃～1650℃

       3、環(huán)境溫度：帶熱保護套0～120℃和0～315℃

       4、輸出信號：4-20mA和HART或RS-232、報警同步輸出

       5、工作電源：24VDC±10%，100mA

       6、測量精度：測量讀數的±1%或±1.4℃

       7、重復精度：測量值±0.5%或±0.7℃

       8、紅外頻譜：CO2氣體輻射光譜

       9、響應時(shí)間：100ms

       10、光學(xué)系數：34：1

       11、光譜響應：X-Y

       12、發(fā)射率：可調節：0.1-1.00

       13、波長(cháng)：X-Y窄波段（1.53m焦點(diǎn)處光斑大小為45mm,在9.9m處光斑大小為333mm,可以保證較小的爐膛開(kāi)口來(lái)保證比較大的光斑平均溫度的測量）

       14、距離系數D:S ：焦點(diǎn)34:1,遠視場(chǎng)30:1

       15、濾波器窗口寬度：1納米

       16、穩定性：0.01%（有效測量值的衰減率/月）

       17、峰谷保持：0～10分鐘，峰值刷新后的衰減時(shí)間

       18、平均模式：0～55秒，在預先設定好的時(shí)間間隔內更新數字輸出

       19、冷卻要求：15SCFM（0.42m3/min）工廠(chǎng)用標準壓縮空氣

       20、功率要求：帶24VDC的4-20mA兩線(xiàn)制電流回路（由DCS提供）

       21、標準信號：4-20Ma,或者HART協(xié)議通訊（須另選配件）

       22、防護等級：IP65,IEC529  (NEMA4)

       23、外殼：鑄鋁

       24、重量：13.5Kg（含法蘭）

       25、長(cháng)度：630mm

       26、振動(dòng)：IEC68-2-27 ，3G，任意軸向，11-200Hz

       27、沖擊：IEC68-2-27, 50G， 11ms, 任意軸向

       28、軟件功能：實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、數字顯示、參數設置、歷史數據記錄

       29、輻射標準：EN50081-2

       30、抗干擾標準：EN50082-2  

       31、標定熱源：由美國國家標準和儀器協(xié)會(huì )（NIST）推出，或者德國CERT認證。

       Raytek®紅外線(xiàn)爐膛測溫儀技術(shù)特性和軟件功能

       RAYYNBS120YC型紅外線(xiàn)爐膛測溫儀是一個(gè)享有 技術(shù)帶有冷卻吹掃保護裝置的非接觸式遙感溫度計，帶有24VDC，4-20mA兩線(xiàn)制輸出的裝置，很大負載驅動(dòng)能力為700Ω。并具有遠方在線(xiàn)尋址功能和±1%的準確度（在120℃~1650℃范圍內），在制造廠(chǎng)采用NIST（美國國家標準和技術(shù)學(xué)會(huì )）確認的標準MIL-STD-45662進(jìn)行校準。該儀器視角場(chǎng)（FOV）為34：1。多個(gè)傳感器可組成網(wǎng)絡(luò )結構與分散控制系統（DCS）相連。傳感器帶有HART功能，在4-20mA模擬信號上疊加音頻數字信號進(jìn)行雙向數字通訊，可進(jìn)行在線(xiàn)維修和客戶(hù)參數修正。也可利用Raytek®的程序軟件和RS-232通訊口或USB適配器，進(jìn)行在線(xiàn)維護和參數修正，主要功能：

       1、峰值保持模式：測量FOV中的很高溫度，并可選擇0-10分鐘的讀數保持時(shí)間。

       2、平均值模式：測量FOV中的平均溫度，每隔0-55秒更新顯示數據（平抑瞬變信號輸出的波動(dòng)）。

       3、可編程設定報警點(diǎn)（120℃和1650℃）

       4、可選擇溫度范圍（低到高）

       5、華氏或攝氏溫度輸出

       6、好的溫度、時(shí)間曲線(xiàn)圖功能

       7、在線(xiàn)溫度數據保存功能，ASCII碼數據庫�？梢訣xcel or Lotus1-2-3格式輸出�？勺窇浕驑撕灻�查詢(xún)

       RAYYNBS120YC型紅外測溫儀可安裝在鍋爐任何端口、門(mén)或觀(guān)測孔處。所測量的煙氣溫度經(jīng)4-20mA電流輸出送至任意DCS、數字或模擬記錄裝置。

       Raytek®紅外線(xiàn)爐膛測溫儀帶窗口保護系統的優(yōu)勢

       當鍋爐加裝紅外爐膛測溫儀后，紅外的保護系統就尤為重要，是確保紅外線(xiàn)能否正常測溫和使用壽命的關(guān)鍵。以下是Raytek®紅外保護系統的優(yōu)點(diǎn)：

       首先紅外線(xiàn)測溫系統外部帶有冷卻保護套，在環(huán)境溫度不大于120℃的情況下，完多能夠保證紅外關(guān)鍵部件鏡頭（耐受溫度70℃）正常工作。若環(huán)境溫度大于120℃時(shí)，用戶(hù)需要告知，我們的冷卻系統就需要采用水冷（保護套帶有水冷功能）。

       紅外線(xiàn)鏡頭的保護：紅外線(xiàn)很脆弱的核心部件是鏡頭，對鏡頭的保護就尤為重要，因紅外線(xiàn)的鏡頭與爐膛之間是無(wú)遮擋的，如何保證爐膛的熱輻射和微正壓所產(chǎn)生的熱氣流不沖擊到鏡頭，是紅外裝置制造廠(chǎng)家首先要解決的問(wèn)題。目前其它品牌都采用在鏡頭與爐膛之間加裝氣動(dòng)球閥來(lái)保護鏡頭，可這方式其實(shí)只能做到失氣保護，當爐膛出現微正壓時(shí)該球閥是起不到保護鏡頭的作用的，因保護閥是失氣關(guān)閉，故出現微正壓時(shí)保護閥是不會(huì )關(guān)閉的。而且當出現壓縮空氣的不穩定、閥門(mén)故障等原因時(shí)還會(huì )出現閥門(mén)關(guān)閉導致紅外線(xiàn)不能正常測量。針對這一現狀，研發(fā)中心專(zhuān)門(mén)為安裝在鍋爐上的這類(lèi)產(chǎn)品設計了一種風(fēng)門(mén)窗口保護裝置，該保護裝置的特點(diǎn)是：采用特制材質(zhì)生產(chǎn)的，安裝在鏡頭與爐膛之間的窺視管上，保證紅外光譜100%的穿透，耐溫可達到1500℃以上，帶有吹掃系統，讓鏡頭和爐膛完全隔離，在壓縮空氣和爐膛不管出現任何問(wèn)題時(shí)鏡頭都不會(huì )受到任何傷害而且能夠確保裝置正常測量使用在垃圾焚燒爐上有特別顯著(zhù)的作用，避免爐膛內的腐蝕性氣體接觸到紅外線(xiàn)鏡頭，導致鏡頭腐蝕損壞。該風(fēng)門(mén)保護裝置是公司的 產(chǎn)品。

       RAYYNBS120YC型爐膛溫度計安裝圖

       鍋爐現場(chǎng)安裝使用圖