声波测温方法的近期发展.doc

为控制燃烧和排放提供改进温度测量的 声波测温方法的近期发展 George Kychakoff,Ph.D. Peter Ariessohn,Ph.D. President Senior Engineering Advisor Combustion Specials, Inc Weyerhaeuser Company Maple Valley, Washington Tacoma, Washington Steve DeGroot Greg Hayes Regional Sales Manager Senior Engineer Stock Equipment Company Western Resources Chagrin Falls, Ohio Jeffery Energy Center St.Mary’s, Kansas 1．概述 本文描述了为控制燃烧与排放提供精确可靠温度测量的声波测温技术的近期发展。本文回顾了传统的温度测量方法，并专门讨论了使用声波测温取得的数据对锅炉的设计和性能进行评估的实际应用经验。 现代电力生产需采用新的技术保持竞争力，降低排放以适应发电成本。电价调整和环保要求等因素的变化，这些需求推动先进控制系统的进一步研发以支持电厂运营的进步。这些先进控制方法需要获得各种工况下锅炉内部的详细信息以使这些先进控制方法产生最佳效果。炉膛内温度场的分布是控制炉内物理和化学过程的一个关键参数。 声波测温技术的进步为大型高噪声的锅炉提供了可靠的炉膛烟气温度测量，产生用于实时运行控制的即时温度场分布数据，减少事故停机，并避免产生过量。这些数据可支持锅炉调整和燃烧器优化程序以改善电厂运行。这种方法也可以作为很好的获取经验数据的工具为优化设计以及使用不同煤种的锅炉的特性提供指导。 2．引言 美国超过半数的大型锅炉为适应排放要求采用了燃烧改造技术。例如低氮燃烧器，过燃空气喷射器，烟气再燃系统。锅炉调整和燃烧优化程序等以减少的生成。 但所有这些采用不同方式以减少排放的技术都要依赖对炉膛烟气温度的测量。 3．温度测量的重要性 温度是描述热力过程的重要基本参数之一，也是涉及电厂安全、控制和效率的重要考察因素。温度不仅只是燃烧过程的产物，也是过程效率的指标，并直接影响炉内的多个物理和化学过程。 对于电厂锅炉，炉膛内和其后部的温度测量都很重要。对整个炉膛烟气温度的控制可对减少排放，控制灰特性，改善整体效率，防止受热面损伤等多方面产生效益。尾部烟道的温度测量可用于控制积灰，保持清洁。也可以给燃烧过程优化系统提供实时数据使后燃烧系统发挥作用以减少和的生成。当前绝大多数的优化程序使用计算机模型集成了近似计算生成温度：但不幸的是，这些估算是基于理论关系并没经过实测值检验因而可导致上百度的偏差。 尽管温度测量是很容易理解的科学知识，炉膛燃烧区域的高温和恶劣环境阻碍了可靠的连续在线温度监测技术的发展。 过去，使用传统技术对炉膛和燃烧区域进行温度测量存在可靠性和准确性的问题，妨碍了系统对热传递与燃烧效率的精确控制。 电站锅炉炉膛传统的温度测量技术不外乎两类：物理接触式——如抽吸温度表，非接触式——如光谱法与声波法。 4．接触式温度测量 如果需要测量炉膛内动态烟气的温度，最实用的方式是通过陶瓷辐射挡板抽取一些烟气使之流入抽吸式温度表中的热电偶接点（也叫快速热电偶或HVT探头）。理论上这种方法应该提供可靠和精确的温度测量。但实际上，此仪表的响应很慢，同时燃煤锅炉炉膛中灰分的阻隔和热冲击对隔离装置的损伤造成了严重的问题。 由于隔离装置需定期更换，这意味着仅将此种探头做为连续监视和趋势分析是不可行的。炉膛温度分布不均并随时间改变，这会导致所测温度数据的不确定性，因为测量是分隔的。使用这种方式测量炉膛某一整层平面的温度需要数小时，这期间炉膛运行状况的改变会导致温度大幅变化。 对于现代大型燃煤蒸汽锅炉，HVT探头的实际长度限度约为30英尺（九米）。即使这样，探头很笨重，一般需要两个人才能移动，需要较大的开口和无障碍物的伸缩空间。为解决此问题很多电厂需使用自动伸缩设备，但不管是手动还是自动，其可用度有限并且相对昂贵。 有些电厂，炉膛温度采用炉膛对流区的热电偶读数，经热传递分析得到的。这种非直接测量技术的缺点是它采用分析假定方式推导出的温度值。另外，这种方式不可能得出炉膛二维平面温度分布信息。这种方法还需在对流屏区域安装多个使用寿命相对较短的热电偶。并且传热分析需要精确确定每个单一