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美国雷泰(Raytek®)红外线炉膛烟温测量装置


电站锅炉炉膛温度测量的重要性

 

       锅炉燃烧状况是火电厂安全、节能和减排的关键所在。锅炉炉膛有些区间和受热面一直没有可靠和准确的测量炉膛温度的手段,使优化燃烧失去直接监控和判别的依据。

       炉膛温度测量的重要性:

       1、监控炉膛出口温度:

       防止过热器结焦和管壁过热超温事故;

       防止启动时燃烧异常,导致灭火或升温太快和烧坏再热器(干烧)而事故停机;

       监控炉膛水冷壁的吸热量情况,指导吹灰和调整风量;

       控制最佳炉膛出口温度,减少过热器和再热器喷水量、降低锅炉出口排烟温度。

       2、矫正燃烧不均衡:

       监视炉膛烟温分布,防止燃烧偏斜,导致两侧烟温、汽温严重偏差;

       防止水冷壁一侧磨损、结焦;防止汽包水位两侧严重偏差;

       防止局部过热而结渣。

       3、提高燃烧效率和降低NOX生成: 

       调节均衡风量分配;

       控制合理的火焰中心高度;

       防止局部火焰过热,降低NOX生成(1482℃时NOX成指数级增加)。

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       如图:由于没有可靠和准确的测温手段,使得燃烧不均衡,水平烟道烟温汽温偏差过大,导致高温再热器严重超温发生爆管事故。

       以上问题产生的原因:炉膛高温区缺少必要的温度测点,运行人员只能借助其他运行参数间接观察和了解炉膛温度。由于间接反映参数不直观,故炉膛温度无法得到准确的反映,运行人员也无法有效控制锅炉的燃烧状态。

       传统的锅炉运行是按照设计的假定和锅炉内部的参数的反映进行控制的。正常情况下,运行人员按运行手册的指导控制锅炉的运行。当锅炉汽压和汽温等反映参数出现异常,运行人员才会根据参数的异常情况进行相应的调整。由于参数反映迟缓,造成运行人员的调整滞后。这种调整模式对锅炉的燃烧经济性、受热面超温、设备可靠性产生不利影响。此外锅炉系统的设计中涉及到烟气侧和蒸汽侧的能量平衡,温度参数是表征能量交换情况的重要参数和判断依据。在锅炉能量交换的关键点设置温度测点是非常必要的。

       以上问题解决的对策:典型的火力发电厂的控制系统中包含着大量的蒸汽参数的监测仪表,而烟气侧的监测参数却寥寥无几。由于烟气侧是锅炉系统重要的能量交换系统,因此控制烟气的参数对确保锅炉的可靠和经济运行非常重要。炉膛出口是辐射换热和对流换热区的分界点,该点温度是设计人员考虑能量平衡时的一个重要技术参数。由于锅炉早期设计时缺乏高温测量仪器和相应的技术手段,炉膛高温区没有设置温度监测点。无法连续在线监测该点的温度,只能依靠间接的办法对这点的温度进行推算,推算出的结果失去了准确性和时效性,无法满足实时控制的需要。根据多年的试验验证,控制好炉膛出口温度可以解决或改善目前锅炉运行存在的大部分问题。

       监测炉膛出口烟温的意义:电站锅炉炉膛内烟温的测量中具有重要的意义就是"监测炉膛出口烟温"。因为这个位置是对流区与辐射区的交界点,炉膛出口(见下面图示)烟温对锅炉运行控制有着非常重要的意义,这个位置的温度变化能及时的反映出炉膛内能量的变化和锅炉运行状态的变化。 

       解决锅炉运行问题的有效方案:加装炉膛测温系统,在线实时监测和控制炉膛出口烟气温度(FEGT),控制好FEGT有着很重要的实际意义,炉膛出口是对流区和辐射区的分界点,是两个能量交换区域间重要的边界参数。有效控制FEGT,对锅炉的运行的安全性、可靠性、经济性以及降低污染物排放,延长锅炉使用寿命有着重要的作用和影响。

       炉膛出口温度低于灰熔融温度---可以有效解决炉膛上部结焦问题。

       炉膛出口温度控制在设计值以内---解决过热器在热器超温。

       传统炉膛测温产品的缺点

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       测量锅炉炉膛温度是确保锅炉安全高效运行最基本的必要环节,长期以来人们不断的摸索和研究,开发出各种不同原理的炉膛测温装置,但由于其固有缺点,应用状况都不佳。目前通常采用接触式伸缩式烟温探针(热电偶)的测温方式,而这种测温手段只能测量炉内某个点的温度,无法准确的给出某个受热面测量区域温度分布和变化情况。而且接触式测温方式,它需要插入到炉膛内部,由于炉膛截面宽广,炉内的温度较高,腐蚀性较强,况且热电偶插入的深度和测量的温度范围都会受到一定限制,长时间留在炉膛内容易被烧坏和腐蚀的问题,更严重的问题是燃烧会产生许多粘性物质粘接在热电偶的表面,这样不但影响热电偶实际测量的温度,还会导致热电偶测量的温度传递速率降低,温度响应时间延迟,有时会超过10min以上。因此这种传统的测温方式不能快速准确的反映炉膛内部的温度状况,与炉膛实际温度存在较大偏差。结果导致不能正确反映炉膛内部燃烧情况;增加烟气中的氮氧化物的生成;甚至会造成对锅炉的损坏,对锅炉的安全运行存在着隐患。无法保证锅炉的运行效率。其次,接触式烟温探针非常笨重,使用比较麻烦,而且故障率高、使用寿命短。

       针对上述问题,为了确保锅炉安全环保可靠运行,美国Raytek®专门为燃煤电站设计了一款在线式红外锅炉炉膛测温装置

       RAYBS211YC型红外线炉膛测温仪

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       专业,成就完美品质……

       Raytek®红外线炉膛测温仪的概述

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       美国Raytek®专为电站锅炉设计的一款测温装置—RAYBS211YC型在线式红外炉膛烟温测量装置。具有安装简单,使用可靠等特点。它的传感器和红外薄膜电路集成组装在牢固的铝制冷却套内,具有IP65的防护标准,可以在露天环境下安装并长期运行。在高温环境下能够在线连续工作,只需要在现场提供一组压缩空气源或空气冷却系统,对本装置进行冷却和吹扫。装置配有空气油雾过滤系统和超温保护系统的选配件,对恶劣的现场环境适应性很强。该产品在国内外电站装置上已有多年的使用业绩,得到用户的一致好评。该产品填补了锅炉高温辐射区与对流区这个重要位置温度在线监测的空白。本产品附有吹扫冷却系统,工艺设计精致周到。红外测温仪传感器和红外薄膜电路集成组装在牢固的铝制冷却套内,具有IP65的防护标准,可以在露天环境下安装并长期运行。该产品在高温环境下能够在线连续工作,只需要在现场提供一个压缩空气源或选用空气冷却系统,对本仪器进行冷却和吹扫。该测温仪配有空气过滤系统和超温保护系统(选配件),对恶劣的现场环境的适应性很强。

       红外测温的原理

       红外测温的基本原理就是通过对物体自身红外辐射能量的测量,获取其表面的温度信息。一切温度高于绝对零度(约-273.15℃)的物体,都会不停的向外发出红外辐射;任何物体辐射的红外能量大小(两个相近红外辐射波长能量的比值)与其表面温度都有着密切的关系且辐射出的红外能量与温度成正比,因此可以根据物质辐射出的红外能量得出物质的温度。 Raytek®基于红外的这一特性研制出一种RAYBS211YC型红外遥感测温仪,该产品采用具有独特的专利设计和特制的红外滤波器信号处理技术,在锅炉燃烧过程中过滤并处理视场内固体和气体辐射出的扎乱的广谱红外信号,只接收炉膛中热CO2烟气辐射出的红外波谱,准确的显示出测量区域CO2烟气辐射出的红外能量,通过该仪器特有的功能将它转换成标准的4-20mA直流信号输出从而计算出烟气温度。 

       红外线炉膛测温仪的特点及应用

       ● 监测炉膛或炉膛出口烟气温度:锅炉运行人员通过对炉膛关键位置烟温的连续、实时、精确、可靠测量和监测,能够准确的掌握锅炉运行情况和有效的进行燃烧控制。根据锅炉控制理论和实践表明,控制好炉膛出口温度,对改善锅炉的性能有很重要的作用(包括降低飞灰可燃物、预防炉管超温、降低排烟温度等等)。

       ● 启动和运行温度监测:在锅炉启动时对烟温的监测,可以减少启动时的燃料消耗;也可以预防因烟温过高对管子损坏和烟温过低产生的湿蒸汽对汽轮机造成危险;通过的运行温度的监测,可实时监测温度范围内炉膛烟气温度。

       ● 吹灰器控制:利用时间、温度历史曲线的记录,对吹灰器的运行时间进行控制。在吹扫时监测锅炉的温度变化(做为判断受热面污染程度的依据),用以改善炉管的传热性能,并防止吹灰不足造成结焦的情况发生。

       ● 降低NOX的应用:控制好炉膛出口温度,可以降低NOx排放10%-30%。在选择非催化剂降低排放物中的氮氧化物时,要在锅炉炉膛中喷入尿素或氨,喷射时的烟气温度必须控制在870℃ - 1150℃的最佳窗口温度范围内。 

       ● 降低烟温偏差:出口断面左/右温度偏差较大时,调整送风,降低左/右烟气温度偏差(测温系统采用双测点,左右对称安装方式)。

       ● 预防结焦:监测锅炉关键部位的最高温度,使其不超过灰熔融温度,预防锅炉上部结焦结渣。

       ● 高温报警:监测锅炉最佳运行条件下的烟气最高允许温度,用以防止水冷壁管,再热器与过热器的超温爆管。烟温偏高时,可以考虑减少送风量,降低排烟损失,降低供电煤耗,提高机组效率。本系统的输出可作为电厂状态检修系统的输入数据,为计算和判断过热器和再热器管的预期寿命提供数据。

       ● 代替机械式烟温探针:机械式烟温探针笨重、安装复杂、运行后维护量大;红外烟温测量装置重量轻、安装简单、运行后无维护、具有在线测量的一款仪器。

       ● 流化床锅炉:在烟气除硫系统中,确定石灰粉添加剂的最佳温度,通过对流化床温度的测量获得最佳效率,提高运行经济性。

       ● 炉膛一次风监测(B&W/FW):监测炉膛中具有分割墙的锅炉中各个分割区内的烟气温度,并保持温度的均匀分布。

       ● 火球中心校正(ABB-CE):判明火球中心校正存在问题。锅炉为切向燃烧式时,用燃烧器的边角风门来调整火球位置。

       ● 废料/垃圾焚烧温度控制:监测焚烧有毒废料和垃圾的最佳温度,防止二恶英的产生。

       Raytek®红外线炉膛测温仪的技术规范

       Raytek®专门为测量烟气而开发的RAYBS211YC型高精度红外线炉膛测温仪,具有超强的稳定性和抗干扰性,并具有多探头组网功能,具体参数如下:

       1、产品型号:RAYBS211YC

       2、测温范围: 120℃~1650℃

       3、环境温度:带热保护套0~120℃和0~315℃

       4、输出信号:4-20mA和HART或RS-232、报警同步输出

       5、工作电源:24VDC±10%,100mA

       6、测量精度:测量读数的±1%或±1.4℃

       7、重复精度:测量值±0.5%或±0.7℃

       8、红外频谱:CO2气体辐射光谱

       9、响应时间:100ms

       10、光学系数:34:1

       11、光谱响应:X-Y

       12、发射率:可调节:0.1-1.00

       13、波长:X-Y窄波段(1.53m焦点处光斑大小为45mm,在9.9m处光斑大小为333mm,可以保证较小的炉膛开口来保证比较大的光斑平均温度的测量)

       14、距离系数D:S :焦点34:1,远视场30:1

       15、滤波器窗口宽度:1纳米

       16、稳定性:0.01%(绝对测量值的衰减率/月)

       17、峰谷保持:0~10分钟,峰值刷新后的衰减时间

       18、平均模式:0~55秒,在预先设定好的时间间隔内更新数字输出

       19、冷却要求:15SCFM(0.42m3/min)工厂用标准压缩空气

       20、功率要求:带24VDC的4-20mA两线制电流回路(由DCS提供)

       21、标准信号:4-20Ma,或者HART协议通讯(须另选配件)

       22、防护等级:IP65,IEC529  (NEMA4)

       23、外壳:铸铝

       24、重量:13.5Kg(含法兰)

       25、长度:630mm

       26、振动:IEC68-2-27 ,3G,任意轴向,11-200Hz

       27、冲击:IEC68-2-27, 50G, 11ms, 任意轴向

       28、软件功能:实时曲线、数字显示、参数设置、历史数据记录

       29、辐射标准:EN50081-2

       30、抗干扰标准:EN50082-2  

       31、标定热源:由美国国家标准和仪器协会(NIST)推出,或者德国CERT认证。

       Raytek®红外线炉膛测温仪技术特性和软件功能

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       RAYBS211YC型红外线炉膛测温仪是一个享有专利技术带有冷却吹扫保护装置的非接触式遥感温度计,带有24VDC,4-20mA两线制输出的装置,最大负载驱动能力为700Ω。并具有远方在线寻址功能和±1%的准确度(在120℃~1650℃范围内),在制造厂采用NIST(美国国家标准和技术学会)确认的标准MIL-STD-45662进行校准。该仪器视角场(FOV)为34:1。多个传感器可组成网络结构与分散控制系统(DCS)相连。传感器带有HART功能,在4-20mA模拟信号上叠加音频数字信号进行双向数字通讯,可进行在线维修和客户参数修正。也可利用Raytek®的程序软件和RS-232通讯口或USB适配器,进行在线维护和参数修正,主要功能:

       1、峰值保持模式:测量FOV中的最高温度,并可选择0-10分钟的读数保持时间。

       2、平均值模式:测量FOV中的平均温度,每隔0-55秒更新显示数据(平抑瞬变信号输出的波动)。

       3、可编程设定报警点(120℃和1650℃)

       4、可选择温度范围(低到高)

       5、华氏或摄氏温度输出

       6、完美的温度、时间曲线图功能

       7、在线温度数据保存功能,ASCII码数据库。可以Excel or Lotus1-2-3格式输出。可追忆或标签名查询

       RAYBS211YC型红外测温仪可安装在锅炉任何端口、门或观测孔处。所测量的烟气温度经4-20mA电流输出送至任意DCS、数字或模拟记录装置。

       Raytek®红外线炉膛测温仪带窗口保护系统的优势

       当锅炉加装红外炉膛测温仪后,红外的保护系统就尤为重要,是确保红外线能否正常测温和使用寿命的关键。以下是Raytek®红外保护系统的优点:

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       首先红外线测温系统外部带有冷却保护套,在环境温度不大于120℃的情况下,完全能够保证红外关键部件镜头(耐受温度70℃)正常工作。若环境温度大于120℃时,用户需要告知,我们的冷却系统就需要采用水冷(保护套带有水冷功能)。

       红外线镜头的保护:红外线最脆弱的核心部件是镜头,对镜头的保护就尤为重要,因红外线的镜头与炉膛之间是无遮挡的,如何保证炉膛的热辐射和微正压所产生的热气流不冲击到镜头,是红外装置制造厂家首先要解决的问题。目前其它品牌都采用在镜头与炉膛之间加装气动球阀来保护镜头,可这方式其实只能做到失气保护,当炉膛出现微正压时该球阀是起不到保护镜头的作用的,因保护阀是失气关闭,故出现微正压时保护阀是不会关闭的。而且当出现压缩空气的不稳定、阀门故障等原因时还会出现阀门关闭导致红外线不能正常测量。针对这一现状,研发中心专门为安装在锅炉上的这类产品设计了一种风门窗口保护装置,该保护装置的特点是:采用特制材质生产的,安装在镜头与炉膛之间的窥视管上,保证红外光谱100%的穿透,耐温可达到1500℃以上,带有吹扫系统,让镜头和炉膛完全隔离,在压缩空气和炉膛不管出现任何问题时镜头都不会受到任何伤害而且能够确保装置正常测量使用在垃圾焚烧炉上有特别显著的作用,避免炉膛内的腐蚀性气体接触到红外线镜头,导致镜头腐蚀损坏。该风门保护装置是公司的专利产品。

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       RAYBS211YC型炉膛温度计安装图

       锅炉现场安装使用图 

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