一种最新炉膛声波测温系统

一种最新炉膛声波测温系统

火电厂锅炉燃烧优化是火电厂安全、节能和减排的关键所在。长期来没有一种可靠和准确的测量炉膛温度（场）的手段，使优化燃烧失去直接监控和判别的依据。炉膛温度（场）测量的重要性表现为：防止炉膛出口温度过高导致过热器结焦和管壁超温；防止启动时出口温度升高太快和烧坏处于无蒸汽流过的再热器管（干烧）；矫正燃烧不均衡，及时发现和矫正两侧烟温、汽温的偏差，防止烟气偏向一侧导致该侧水冷壁磨损、结焦 ；防止燃烧偏斜导致汽包水位两侧严重偏差，发生重大事故；防止局部过热而流渣；优化风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内，提高燃烧效率；防止出现局部火焰过热，降低NOX生成，降低污染物排放。

传统炉膛温度测量装置主要有接触式（伸缩式温度计）和非接触式两类，而非接触式常见有辐射式温度计和光谱图象检测系统。这些技术存在的缺点是：1、接触式（伸缩式温度计）：探针深入炉膛很长，笨重、易变形卡涩，故障率高。此外，探针受耐温限制，其允许使用温度范围和作用很有限。2、辐射式温度计：主要是红外式温度计，它测量表面或区域的红外光强度。由于组成的光谱波长和穿透力等不确定，从而导致被测区域不确定，测量误差大。3、飞灰颗粒辐射光谱测量：镜头污染以及复杂图象处理算法等影响，测量误差大；被测量区域也存在很大的不确定性。加上采光系统复杂，结焦或积灰使镜头保养困难，可靠性差，价格昂贵。

早在上世纪八十年代，美国和英国专家就声波测量炉膛烟气温度进行了研究。声波测量的原理是基于声音的传播速度直接随介质温度而变化。声波测温技术进入锅炉上成功应用，大约经历了三十多年的努力。目前，美国Enertechnix公司开发的核心技术成功解决了工程应用方面的一系列难点，推出的PyroMetrix声波测温系统已经广泛应用在美国、印度和韩国多个国家的电厂。 声波测温技术与传统炉膛测温技术相比有下列明显优点：

◇精确度高，不受辐射等不确定因素的影响，其精确度可以达到±1%。 ◇测量温度范围广，在锅炉全负荷范围内均可使用

◇测量空间不受限，不仅可以测量平均温度，还可以确定炉膛温度场分布 ◇测量灵敏度高，实时性好 ◇可维护性好

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BOILERWATCH@声波气体温度场测量系统 一、测量原理

声波气体温度测量系统的基本原理是建立在气体中的声速是按照一个温度的函数那样变化的事实之上，并且进一步的受到沿着声路的气体成分的影响。这些关系由下面的等式描述。 c = d/t=sqrt[rRT/M] (1) 式中：c=气体里的声速（m/s） d=声波传播的距离（m） t=声波传播的时间（s）

r =气体比热，在常压下气体的比热是一个常数。 R=气体常数 （8.314J/mol） T=绝对温度 （k） M=气体摩尔重量（Kg/mol）

把一个声源（发射器）安装在炉子或锅炉的一边，把麦克风（接收器）安装在对边，一个声音信号就能够

被发射器发送，接收器探测。因为在发射器和接收器之间的距离是已知并固定的，通过测量声音信号的传播时间就可以计算出发射器和接收器之间的路径的气体平均温度。

经过应用从绝对温度向华氏温度的折算，可以获得一个气体温度（℉）与传播时间、传播距离、气体成分的关系表达式。

TF=(d/Bt)2 × 106 －460 (2) 式中：TF =气体温度（℉） d = 传播距离 （ft） B = 声波常数 = sqrt[rR/M] t= 传播时间, (ms)

应用下面的等式，温度也可以用摄氏来表达 TC=(d/Bt)2 × 106－273.16 在这里

d = 传播距离 （m）

二、声波气体温度测量系统构成

一个完整的声波气体温度测量系统由四部分主要的硬件和两部分软件组成：

1. 2-8个或更多的3020TR声波发射接收器—这些装置被安装在石化加热炉、锅炉或加工单元上，测量产生的声音信号（声波发射器），并且把声音信号转变为电信号（声波接收器），用于绘制空间温度分布图。 2. 放大器箱用于放大声波发射接收器产生的信号，并传送PCU进行处理。

3. 过程控制单元（PCU）—这是一个电子集成，包括一个微计算机、内存、和接口/控制电路。进行信号处理与通过算法重建二维温度场。

4. 工业计算机用于显示和储存测量的温度信息。

5. 声波气体温度测量系统集成了声波温度测量系统管理软件和绘图软件TMS-2000，提供了声波气体温度测量系统需要设置和维护必须的设施和用户界面，同时TMS-2000控制着产生、示范、温度信息的档案，包括等温图。 三、主要应用领域

· 石油炼制、石油化工等工业炉温度场测量； · 火力发电厂锅炉、垃圾发电厂锅炉温度场测量； · 冶金工业各种工业炉温度场测量； · 工业炉窑过程监视/控制； · 其他工业热工程； 四、应用效果：

提高锅炉（工业炉）的安全性： · 锅炉启动控制

· 控制和优化燃烧器运行

· 预防由于不平衡燃烧造成的炉内结焦。

· 监控温度场分布状态，使工作管免受火焰（热应力）冲击，预防工作管的弯曲、泄漏、爆管现象，延长使用寿命，带来综合效益；

· 减少非计划性停机次数（国外使用报告：火力发电厂一年12 次的管道泄漏事故使用后减少到一年只有2次）

· 给出不同负荷下平衡燃烧的调整依据 节能降耗以及减少氮氧化和物排放的效果：

· 通过平衡燃烧以及改善热通量，实现显著的节能效果。石化行业应用实例证明（参考《国际炼油与石化》2007年第一期）， 1、直接降低燃料消耗3%； 2、NOx（氮氧化合物）可降低8%； 3、设备有效运行周期延长36%。 · 应用在国外火力发电企业报告显示： 1、煤耗可降低2.5%；

2、 在更换氧化氮雾化器和通过声波气体温度场测量系统优化燃烧性能后，氧化氮浓度（280兆瓦的机组，在相同负载下为530ppm）成功地降低到206ppm（降低61%）；

3、预防结焦：通过实现平衡燃烧大大减少管壁内外、炉壁表面结焦现象的发生； · 降低O2和NOX的波动、提高燃烧稳定性。 · 实现智能化吹灰 五、作用与特点

·（世界首创）实时在线监测炉膛内燃烧场的空间温度分布状态；提供温度场分布图、区块平均温度、炉管泄露报警、独立通道温度、区块温度变化趋势等；

·专门为工业炉测量设计、非侵入式安装、实时在线、全自动化不需日常维护，长期稳定、可靠地工作； ·精度高，测量误差小于1.5％（红外是1%；CCD是5%）；

·范围广，测温范围：1℃～1927℃(红外是通常是121 ℃ ～1650 ℃ ；火焰电视是通常800 ℃ ～1600 ℃)； ·空间大，可达35米；

·监控方便，通过Intronet(企业内部互联网)，可实现多终端监控；

·软件提供用于过程控制系统的4-20mA控制信号和RS-232/RS-422等多种格式的数据输出接口。 ·提供历史数据火焰图像追忆功能，有助于进行火焰熄灭过程和机组事故分析。 ·高性价比、安全、可靠、成熟技术并通过欧洲CE认证；