新型烟气温度测量仪在火电厂锅炉炉膛测温中的应用研究

牛百芳，陈文鑫，董功利

（1.中国华电集团公司安徽分公司，安徽 合肥 230022；2.安徽华电宿州发电有限公司，安徽 宿州 234000）

炉膛高温区欠缺必须的温度测点，运行监盘人员只能依靠别的运行参数间接性细致观察掌握炉膛温度。因为间接性体现参数不形象化，炉膛温度无法准确体现，运行监盘人员无法有效了解锅炉炉膛内部燃烧情况。

传统的锅炉运行是按照设计的假定和锅内参数的反映控制进行的，正常情况下，运行人员按运行手册的指导控制锅炉的运行。当锅炉反映参数（如汽压和汽温等）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。由于锅内参数反应迟缓，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。

1 炉膛温度场测量的关键性

火电厂锅炉燃烧优化是热电厂安全性、环保节能、节能减排的关键所在。一直以来，并没有精确测量炉膛温度(场)的方法，对锅炉炉膛内部燃烧的监控没有之间可靠的辨别依据。而炉膛温度(场)精确测量的必要性如下所述。

（1）炉膛内部温度场的检测。①避免炉膛出口温度太高造成受热面结焦或者超温的风险。②防止锅炉启动初期炉膛出口温升较快对再热器造成损伤。③检测炉膛出口温度综合衡量炉膛内部吸热情况。④针对不同负荷段科学合理地控制炉膛出口温度，合理控制辐射热和对流换热占比，降低过热器和再热器减温水流量，提高机组的安全性防止水冲击。

（2）优化燃烧调整。①针对炉膛出口烟温通过优化调整燃烧方式平衡锅炉两侧烟温偏差。②避免锅炉两侧烟温偏差较大烧坏受热面以及炉膛水冷壁结焦情况。③避免燃烧偏斜引起的重大安全事故。

（3）改善燃烧效率。①优化风煤比，将过量空气系数降到有效范围内。②合理调整炉膛每个角燃烧器的风煤分配。③实时炉膛内火焰中心位置，确保原煤在炉膛内充足燃烬，确保有效发热量分派。④为优化燃烧自动控制系统提供更加直接的评判标准，提升优化全面的可执行性。

（4）减少NOX的生成及排放。①避免炉膛内火焰中心位置过高，减少NOX形成(当部分炉膛内火焰中心位置过高出现火焰温度超过1500℃以上时，NOX形成呈对数函数提升)。②加装脱硝SCR/SNCR 系统，尾部烟道烟气中NOX排放量的减少，能够大幅度减少脱硝装置的使用成本。

2 技术现状

目前，锅炉烟气温度的测量方式主要采用热电偶、烟温探针和传统红外测温仪，但其都存在种种缺陷。

（1）热电偶的惰性使仪表的指示值要落后于被测温度变化，由于存在滞后，热电偶检测出的温度波动的振幅较烟温波动的振幅小，其灵敏度低于实际烟气温度变化；由于热电偶使用环境和结构的限制,在磨损等诸多因素影响下，造成使用寿命短、维护麻烦等缺点。

（2）热电偶布置在炉壁侧，受插入深度影响，无法测量烟气空间温度，烟温从中心到边缘有5%～10%偏差，热电偶保护管结垢、结焦、盐渣过多会导致热电偶电极间与炉壁间绝缘不良，引起热阻增加，阻碍热传导，不仅引起热电势损耗而且还有干扰，造成温度示值比被测温度真实值低，在高温下更严重，由此引起的误差有时甚至可达上百度。

（3）烟温探针只能在锅炉启动升温期间短时工作，当炉膛温度超过570℃时必须将其收回，以免被烧毁，不能实现在线连续监测烟气温度。

（4）烟温探针易受使用环境和结构的限制，在温度波动大、振动及安装方式等诸多因素的影响下，造成使用寿命短、测量准确度不稳定、数据滞后、机械故障率高、维护麻烦。

（5）传统红外测温仪为了保护炉内高温烟气对传感器损坏，在前端安装一层玻璃，依靠玻璃隔绝烟气，这会造成红外波衰减，导致测温不准确。

（6）传统红外测温仪瞄准孔处结焦堵塞频繁，导致烟气无法准确测量，每次清焦需拆卸设备，耗时长，费人工，维护量较大。

3 新型烟气温度测量仪

本文中阐述了一种规格为DVSN-S70-1 的新式炉膛烟温红外线测试仪。该测试仪为遥感技术炉膛专用型红外测温仪，其设备实体如图1 所示。该仪器具备安装操作方便、使用便捷等优点。遥感技术红外线温度计传感器和红外塑料薄膜电路集成在牢固的钢制制冷套内，合乎IP65防护标准，可以从事室外条件下组装并长期运行，只给予压缩气体源或风冷系统，对该红外线测试仪开展冷却，该测试仪可以从高温环境中连续运行。此外，该红外线测试仪配备了空气过滤系统和温度保护系统（可选择），对恶劣的现场环境的适应性很强。炉膛测温仪是一种遥感式气体远红外温度测量仪器，特有的专利技术可以测量炉膛烟气中所含的二氧化碳辐射出的红外线的能量得到烟气温度，在电站锅炉和民用锅炉的燃烧产物中发现典型的10%～12%的二氧化碳气体浓度，可以满足远红外线辐射测温仪检测温度的界限值要求，温度测量误差为1%。

图1 DVSN-S70-1 新型炉膛烟气温度红外测量仪

DVSN-S70-1 炉膛烟气温度红外测量仪是一种新型的可以替代传统热电偶或烟温探针精确检测炉膛烟气温度的仪器。具有连续、实时、精确、可靠、非接触、响应时间快、使用安全、寿命长、可测空间烟气温度等特点。DVSN-S70-1炉膛烟气温度红外测量仪规格参数如表1所示。

表1 DVSN-S70-1 炉膛烟气温度红外测量仪规格参数

如图2 就地安装实物图所示，该测试仪带有保护冷却套，可以用法兰安装在锅炉的任何孔、门，设备轻巧，安装方便；特殊设计的空气冷却及吹扫系统，可以保证设备在高温环境下可靠稳定工作，并有效防止结焦；专门设计的快速清焦系统在需要时可以便捷处理结焦。用户接入时，只需提供压缩空气和两线制的屏蔽信号电缆。

图2 DVSN-S70-1 新型炉膛烟气温度红外测量仪就地安装实物图

4 应用效果

（1）锅炉运行状态重要的反应参数。可以作为锅炉燃烧状态和能量交换的重要反应参数；可以作为锅炉系统优化控制的过程参数，可以作为吹灰局部优化的控制参数。

（2）结焦结渣控制。熔融的煤灰冷却凝固在水冷壁或管壁上就形成了结焦，可以将炉膛出口烟温控制在煤灰的熔融、软化温度以下，使干燥的煤灰不能黏附在换热管上，有效地避免结焦结渣现象的发生。

（3）降低氮氧化物。通过监测炉膛出口烟温，如果发现温度过高，运行人员可以及时地采取措施降低温度，从而减少氮氧化物的生成。

（4）吹灰和智能吹灰控制。为了确保烟气的正常的流动性和换热器的正常运转，务必吹灰除粉煤灰。运行人员也可以根据炉膛出口烟温数值开展包含吹灰时长、吹灰次序等吹灰器投停等在内的自动控制，还可以督促实际操作人员开展手动式吹灰控制。比如，炉膛出口烟温超出原设计值后，炉膛及顶部烟道积灰比较严重，运行人员应对炉膛、烟道及受热面进行吹灰工作；炉膛出口烟温小于原设计值后则不需要对炉膛、烟道及受热面经行吹扫。炉膛过多的吹扫工作会浪费较多的蒸汽，同时影响机组的经济性，还会造成再热器吹灰装置的浸蚀难题。根据监测炉膛出口的烟温，就可以知道吹灰装置的规范使用。

（5）监测升温速度。监测锅炉从启动到汽轮机带负荷期间的烟气温度上升速率，从而实现在线监测炉膛出口烟气温度不超过540℃，保护再热器，取代传统的伸缩式测温探头。

（6）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）。

（7）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。

（8）超温报警。监测锅炉在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和由此造成的爆管。

（9）过热蒸汽温度的控制。通过控制炉内的烟气参数改善锅内的蒸汽参数。

5 结语

文中上述型号规格为DVSN-S70-1 新型炉膛烟气温度遥感红外线检测仪，其构成主要是由红外传感器、电控通讯系统、冷却保护系统、吹扫与防结焦系统、快速清焦系统等组成。当煤、天燃气、油、煤泥等化石能源在工业锅炉内燃烧，其燃烧时会产生大量的二氧化碳气体。传感器通过检测热二氧化碳气体温度来测量。传感器的红外光谱分析回应预置为特定检测二氧化碳气体光谱仪，在温度场里的二氧化碳气体被加热到特殊温度范畴，传感器能够实时测量二氧化碳气体平均温度最高或最低温度。该红外测量仪技术特点：（1）能够准确测量烟气温度；（2）独创的冷却吹扫优化特殊设计，节能并防结焦；（3）能够适应恶劣的工作环境；（4）符合DCS 系统通讯与参与自动控制要求；（5）对低浓度下二氧化碳气体温度也可以准确测量；（6）创新的快速便捷清焦机构，不拆卸设备，操作简单高效，配合防结焦设计，性能更可靠。