锅炉用红外测温仪保护装置的设计

任建立

（山西德润翔电力科技有限公司，山西 晋中 030600）

引言

火电厂锅炉燃烧调整对锅炉安全、经济运行十分关键，而表征炉膛燃烧和热交换工况的重要参数是炉膛的火焰（烟气）温度分布，特别是炉膛出口烟气温度。目前一般使用铠装热电偶进行温度测量，基本可以实现对炉膛烟气温度弯化趋势的检测[1]。

锅炉内部燃烧工况复杂，由于煤粉细度、风煤比、煤粉质量等因素的影响，热电偶铠装钢管前端会有结焦，影响热电偶的测量精度。其次，热电偶长期工作在高温环境中，受热风剪切及自重影响，使其弯曲。当需要更换时，无法直接从测温孔中拔出。因此，许多火电厂引入非接触红外测温仪来替代热电偶，所以，必须设计好保护装置，从而保护红外测温仪，以便其长久使用[2]。

1 系统总体介绍

三维CAD技术的核心，是通过建模直观地展示机械结构，并进行性能分析。本机械结构采用Autodesk Inventor Professional 2016进行设计，该软件是一套全面的设计工具，简化了复杂三维模型的创建，可专注于设计的功能实现[3-5]。

锅炉用红外测温仪，是一款高性能温度测量仪器，采用双色测温方法，即通过目标物体辐射的两个红外波段的能量比值来确定被测物体的温度，可克服传输介质有灰尘、烟雾、水汽，视场局部遮挡和测量距离变化造成的辐射能量衰减而引起的测量误差，特别适用于相对恶劣的测温环境，但是红外测温仪的正常使用温度小于60℃。

多个红外测温仪可以组成一个完整的测温系统，测温仪的数量根据锅炉的大小以及电厂的要求，具体情况具体分析。然而，一个完整的测温系统，必须有一套完整的冷却系统，常规的冷却方式有水冷却和风冷却。

水冷却是通过给测温仪加装保护装置，并且在保护装置上增加一定的水流动的空间，从而达到冷却降温的目的。但是，由于电厂锅炉旁边空间狭窄，部分区域仅能通过一个人，而水冷却需要增加水循环设备，占用一定的空间，在周围温度高的情况下，水冷却效果就会降低，因此，水冷却的方式在此项目上不适合。风冷却是通过压缩气体对需要冷却的部分进行吹风，冷却效果取决于风压和风量。压缩气体可以直接取电厂的吹灰气体或仪表用气，只需要在出口端增加过滤减压阀，就可以达到冷却的目的[6-7]。

红外测温仪安装的锅炉的炉壁上，炉壁需要开孔，确保红外线能够照射到炉内火焰，由于炉壁内外温差较大，再加上炉内煤粉的流动，就导致开孔处的钢管上会结焦，时间长了就会堵塞测量孔，导致红外测温仪不能很好地测得温度，严重的时候得不到测量温度。但是，本装置增加的风冷却系统，可以持续地往孔里吹风，通过实验，发现这种方法可以有效地解决该问题。

当锅炉附近局部温度达到60℃以上时，机械保护装置不仅要保护红外测温仪，也必须采取有效措施降低温度，因此，一般情况下采取风冷措施。

2 系统硬件设计

整个统由四大部分组成：水冷壁、密封盒、冷却固定套和测温仪保护装置组成，详见下页表1，下页图1为系统总图。

由于冷却固定套管径为50 mm，而相邻水冷壁之间间隙较小，难以放下，所以，必须让管，即通过改变一根管子的路径，实现更大的空间。密封盒和水冷壁进行焊接，防卡灰尘从炉内进行炉外，达到密封效果。

表1 系统零部件明细表

图1 系统总图

测温仪保护装置详见图2。该装置由防堵套、套管、调节装置、法兰盘和保护套五大部分组成。

图2 测温仪保护装置

防堵套采用特殊的结构设计，防止锅炉内部灰尘进入套管及保护套中，从而保护红外测温仪。因为防堵套在前端，离锅炉火焰较近，因此材质采用0Cr25Ni20，该材质具有良好的耐高温性，温度超过800℃时，开始软化，许用应力开始持续降低，最高使用温度1 200℃。因镍和铬含量高，具有良好耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱、耐高温性能，在高温下有高的强度和蠕变强度。其前端含有M45*2的螺纹，通过旋转防堵套，可以调节总体长度，更具有普通性，而且，防堵套在长期高温的环境中易损坏，因此，防堵套可拆卸便于更换，具有更好的替代性，节约成本[8]。

调节装置的作用是调节红外测温仪光路，使红外测温仪能够采集到足够的辐射能量，保证测量结果的准确。其方法是通过调节M5的螺栓，调整前后两个法兰间隙的大小，使其前后两个导管同心，调整合适后，将螺母M5反向旋紧，防止松动。

如图3所示，套管和密封盒焊接，固定保护套，序2加冷却风，给序1降温。

图3 套管

保护套外形详见图4。将红外测温仪置于保护套内，旋紧螺母，即可固定测温仪，达到防止机械损伤的目的。序4接冷却风，可以达到两个目的，一是给测温仪降温，二是使左侧套管内部有微弱的风压，到达防堵套时，风形成一定的旋风，从而更有效地防止灰尘进入。

图4 保护套

3 硬件电路设计

火电厂设备多，磨煤机等产生的噪声很大，空气中粉尘密度也比较大，因此，红外测温仪在这种环境下必须有一个稳定可靠的硬件系统，硬件电路包括电源电路和通讯电路两部分。红外测温系统的控制器选用SIEMENS200系列的PLC。

3.1 电源电路

需要为红外测温仪提供24 V的工作电压。

3.2 通讯电路

通讯系统是完成信息传输的过程，是红外测温系统的重要组成部分。电厂锅炉附近，环境糙杂，空气中含有很大的煤粉、煤灰以及其他物质，因此，对整个系统的性能要求就很高，包括通讯系统。通讯系统由RS232转光纤和单片机等组成，单片机的作用是采取每个测量数据，最后把数据通过光纤传给PLC。

4 结语

本文通过对红外测温仪保护装置的设计，解决了在实际中红外测温仪易损坏的特点，采用该设计结构，增加冷却风吹扫，可以更好地保护红外测温仪，延长其使用寿命，减少现场维护量。该机械保护装置的使用寿命可以达到30年，从而更好地为电厂节约资源[9-10]。