專利名稱：鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統。
背景技術：
爐膛出口煙氣溫度在線監測系統用于大型電站鍋爐爐膛出口斷面溫度分布測量。 出口斷面是指位于鍋爐水平煙道的出口煙窗，切向燃燒方式、對沖燃燒方式、前墻燃燒方式 和w火焰燃燒方式出口煙窗的位置各不相同。爐膛出口截面煙氣溫度(以下簡稱煙溫)達 到設計值對滿足鍋爐設計性能和運行可靠性十分重要。燃燒方式、爐膛幾何尺寸、爐膛總的 投入熱量、爐膛吹灰器的數量和布置等因素將影響煙溫，鍋爐運行時過剩空氣量、爐膛沾污 情況、燃燒器和磨煤機切投組合方式、煤質等因素也將影響煙溫。如果受到上述某種因素的 影響，爐膛出口煙溫偏離設計值時，將會影響鍋爐運行的安全性和經濟性。在煙氣進入水平 煙道前，經過大屏和爐膛上部水冷壁吸收部分熱量，到達爐膛出口斷面時，煙溫和煙速沿水 平煙道的高度方向和寬度方向呈現出不均勻分布狀態，據20世紀90年代中期有關運行資 料顯示，甚者其兩側煙溫偏差可達到10(T20(TC。特別是切圓燃燒鍋爐，由于它在爐內空氣 動力場是由四角切向射流形成一個巨大的氣流，當煙氣到達出口斷面時仍存在殘余旋轉和 氣固兩相流中的顆粒在該斷面上不對稱分布，使得出口斷面的溫度和煙速發生偏斜，導致 煙溫分布更加的不均勻。從鍋爐的前墻看，該斷面一側的煙溫、煙速高，而另一側則低。由 于這種緣故，可以導致兩側的再熱和過熱蒸汽出現溫度偏差以及管屏超溫蠕變損壞，超溫 嚴重的出現爆管。同時可能由于溫度過高，導致煙塵軟化結焦在熱交換屏上，對鍋爐運行的 安全性和經濟性產生重大影響。 現有技術中，通常采用煙溫探針來監測鍋爐爐膛出口煙氣溫度，煙溫探針只能監 測爐膛出口上的一個點，不能有效監測爐膛出口的整個面，無法準確反應出爐膛出口整個 面的溫度分布情況，對鍋爐操作人員的操作參考性大大降低；而且，煙溫探針的機械結構復 雜，容易損壞。 常規的爐膛出口煙氣溫度在線監測系統是在鍋爐煙窗附近的垂直斷面的爐壁外 左右兩側開孔安裝聲波發射及接收換能器，每對換能器組成線測溫度對，以每秒一次的脈 沖聲波進行測量；若干對(根據鍋爐選用相應數量的測量對)組成一個復雜的與溫度實時 相關的線溫度網，根據溫度網得出溫度面上的溫度高度矩陣；常規監測系統中沒有安裝用 于溫度校正的一次監測元件，導致測量誤差較大。 常規系統監測誤差主要取決鍋爐水平煙道附近的氣流噪聲和火焰噪聲，而要克服 眾多干擾是非常困難的，常規監測系統主要采用多頻點、聲鎖相環、小波變換濾波、數字信 號時頻分析等等技術處理干擾信號。由于現場鍋爐噪音大，噪音源多且隨鍋爐運行狀態的 變化而變化，處理干擾信號往往不能達到很好的效果。
實用新型內容本實用新型克服了現有技術中的缺點，提供了一種鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，能在線連續監測爐膛出口斷面平均溫度、上/下側及左/右側平均溫度、最高/最 低溫度，并能繪制斷面溫度分布曲線。能設置煤軟化溫度(《ST-10(TC ) (ST為燃煤的軟化 溫度)及左右側溫差超限(AT > 5(TC )報警等功能。 本實用新型的技術方案是一種鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，包括在鍋 爐煙窗附近的垂直斷面上布置的靶標，用于感溫；在鍋爐水平煙道的側墻上安裝的近紅外 成像儀，用于采集其視場范圍內的靶標輻射能量；與所述近紅外成像儀相連的數據計算機， 用于處理近紅外成像儀采集的數據，得到靶標的溫度數據；與所述數據計算機相連的上位 機，用于對靶標的溫度數據進行處理。 在所述近紅外成像儀的前端，配有不影響紅外線通過的光纖和冷卻系統。 所述靶標布置在折焰角上方的煙窗截面附近，使其輻射換熱表面平行于爐墻；靶 標由碳化硅材料制成；靶標與安裝附件之間用高性能絕熱材料分隔。 在所述靶標中安裝有高精度熱敏元件。 在所述近紅外成像儀附近配置一臺校驗比色測溫儀，并將采集數據傳輸給數據計 算機。 在鍋爐水平煙道的側墻上各裝一只熱電阻溫度計。 采用一體化集成控制器，作為數據計算機、上位機和現場調試用手提電腦的橋路； 所述一體化集成控制器裝在現場控制柜內。 與現有技術相比，本實用新型的優點是能在線連續監測爐膛出口斷面平均溫度、 上/下側及左/右側平均溫度、最高/最低溫度，并能繪制斷面溫度分布曲線，能設置多種 報警功能，用戶可以根據監測結果判斷切向燃燒火球中心是否偏離預定位置、爐膛和管屏 區域是否應該及時投用吹灰器等；有利于大容量、高參數鍋爐的安全、經濟運行。具體表現 在 1)通過采用近紅外成像儀，并提高其靈敏度，增大其光學系統的有效口徑來增大 信號，降低信號處理的噪聲以提高信噪比，從而減小系統的監測誤差，提高溫度分辨率，提 高監測精度。 2)通過計算機的圖像識別及紅外追蹤技術，能克服因熱膨脹給測量帶來的麻煩。 3)通過在近紅外成像儀的前端設置光纖和冷卻系統，能更好地保證光學信號的正 常傳輸。 4)運用計算機圖像識別及紅外追蹤技術自動聚焦，每次抓取的靶標輻射強度都是 對應靶標的最大輻射值，保持連續測量的一致性。 5)靶標采用碳化硅材料擠壓燒制成型，可以保證在使用環境中不因溫度、磨損的 因素影響使用壽命。 6)通過在靶標中安裝高精度熱敏元件、配置校驗比色測溫儀，用于校正近紅外成 像儀測量誤差，確保系統的測溫精度達到1. 5%。 7)通過采用如下手段，進一步提高了系統測量的精確性靶標布置在折焰角上方 的煙窗截面附近，輻射換熱表面平行于爐墻，使靶標與爐墻有輻射換熱；靶標與安裝附件之 間用高性能絕熱材料分隔；在水平煙道兩側墻上各裝一只熱電阻溫度計。 8)通過報警系統的設置，可以實現如下功能 (1)在鍋爐啟動階段，汽輪機未沖轉前，監測爐膛出口煙氣溫度不超過54(TC，保護再熱器。
(2)當溫度達到(ST-10(TC )時，及時投入爐膛吹灰器，增加爐膛吸熱份額，降低煙 氣溫度，同時也對水平煙道區域的吹掃器及時投入，減少水冷壁和水平煙道管束的結焦。
(3)出口斷面左/右溫度偏差較大時，調整送風，降低左/右煙氣溫度偏差。
(4)煙溫偏高時，減少送風量，減少排煙損失，提高機組效率。 9)本系統的輸出可作為電廠狀態檢修系統的輸入數據，為判斷過熱器和再熱器屏 管的預期壽命提供數據。
本實用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖1是本實用新型的系統框圖。
具體實施方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。 本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。 —種鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，包括在鍋爐煙窗附近的垂直斷面上 布置的多個用于感溫的靶標；在鍋爐水平煙道的側墻上，安裝的四臺近紅外成像儀，用于采 集其視場范圍內的靶標輻射能量并經由數據計算機(帶監視器)進行數據處理，得到靶標 的溫度數據，然后，耙標的溫度數據由上位機(帶鼠標、鍵盤、監視器)換算成靶標所在位置 的煙氣溫度，并進行相關的數據處理。 在近紅外成像儀的前端，配有不影響紅外線通過的光纖和冷卻系統，用以保證光 學信號的正常傳輸。 靶標采用碳化硅材料，擠壓燒制成型，以保證在使用環境中不因溫度、磨損的因素 影響使用壽命。 由于煙氣中含有一定量的粉塵(< 200g/m3)，會阻擋紅外輻射波的傳播。為確保 系統的測溫精度達到1. 5%，在靶標中安裝高精度熱敏元件，用于校正近紅外成像儀測量誤 差；還配置有一臺校驗比色測溫儀，確保所使用的波長與近紅外成像儀波長一致，滿量程精 度《0. 5%。當測量通路上存在煙霧、塵埃對輻射能量造成衰減時，都不會對測量結果產生 影響。校驗比色測溫儀的溫度信號進入計算機，在800 120(TC的測量范圍內修正近紅外成 像儀的溫度輻射強度關系曲線，使測量精度滿足系統要求。 靶標布置在折焰角上方的煙窗截面附近，使輻射換熱表面平行于爐墻，輻射換熱 表面"看不到"爐膛中的火焰，"看不到"管屏，"只能看到"水平煙道的側墻，即靶標與爐墻 有輻射換熱。靶標與安裝附件之間用高性能絕熱材料分隔，并忽略導熱誤差。 在水平煙道兩側墻上各裝一只熱電阻溫度計，以便當(Ti jk-50) = TQ時，終止溫 度場測量，Ti jk為靶標的溫度值，TQ是兩只溫度計的平均值。 如圖1所示，為了保證近紅外成像儀提供吹掃和冷卻壓縮空氣，保證電源的可靠性等，本系統配置有一體化集成控制器，用一體化集成控制器作為數據計算機、上位機，現 場調試用手提電腦的橋路。 一體化集成控制器裝在現場控制柜內，現場控制柜內負責電源 接入，電源冗余配置，近紅外成像儀、數據計算機、閥門組、爐墻溫度變送器等電源的分配及 監視，閥門組的相關控制，爐墻溫度，校驗用比色紅外測溫儀信號接入。 一體化集成控制器 具有獨立數據采集、設備控制和方便的計算機組網能力。I/O點是氣源壓力、閥門開到位/ 關到位的信號，這些信號在一體化集成控制器內確定本系統的綜合故障信號。控制柜還為 本系統提供24VDC信號，用于溫度變送器。 本系統還設置有報警裝置，在如下情況下均可發出報警信號 1)在鍋爐啟動階段，汽輪機未沖轉前，某測點溫度等于54(TC時。 2)平均溫度大于(ST-10(TC )時。 3)出口斷面左/右溫度差大于5(TC時。 4)系統未投入運行時。 5)出現近紅外成像儀電源喪失、喪失冷卻氣源以及冷卻氣源壓力低等綜合故障 時。 本實用新型的工作原理通過靶標的感溫、近紅外成像儀采集的靶標輻射能量，并 經由數據計算機進行數據處理，得到靶標的溫度數據，然后由上位機換算成靶標所在位置 的煙氣溫度，同時進行相關的數據處理。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內。
權利要求一種鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，其特征在于包括在鍋爐煙窗附近的垂直斷面上布置的靶標，用于感溫；在鍋爐水平煙道的側墻上安裝的近紅外成像儀，用于采集其視場范圍內的靶標輻射能量；與所述近紅外成像儀相連的數據計算機，用于處理近紅外成像儀采集的數據，得到靶標的溫度數據；與所述數據計算機相連的上位機，用于對靶標的溫度數據進行處理。
2. 根據權利要求1所述的鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，其特征在于在所述 近紅外成像儀的前端，配有不影響紅外線通過的光纖和冷卻系統。
3. 根據權利要求1所述的鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，其特征在于所述靶 標布置在折焰角上方的煙窗截面附近，使其輻射換熱表面平行于爐墻；靶標由碳化硅材料 制成；靶標與安裝附件之間用高性能絕熱材料分隔。
4. 根據權利要求1所述的鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，其特征在于在所述 靶標中安裝有高精度熱敏元件。
5. 根據權利要求1所述的鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，其特征在于在所述 近紅外成像儀附近配置一臺校驗比色測溫儀，并將采集數據傳輸給數據計算機。
6. 根據權利要求1所述的鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，其特征在于在鍋爐 水平煙道的側墻上各裝一只熱電阻溫度計。
7. 根據權利要求1至6中任一項權利要求所述的鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系 統，其特征在于采用一體化集成控制器，作為數據計算機、上位機和現場調試用手提電腦 的橋路；所述一體化集成控制器裝在現場控制柜內。
專利摘要本實用新型公開了一種鍋爐爐膛出口煙氣溫度在線監測系統，包括在鍋爐煙窗附近的垂直斷面上布置的靶標，用于感溫；在鍋爐水平煙道的側墻上安裝的近紅外成像儀，用于采集其視場范圍內的靶標輻射能量；與所述近紅外成像儀相連的數據計算機，用于處理近紅外成像儀采集的數據，得到靶標的溫度數據；與所述數據計算機相連的上位機，用于對靶標的溫度數據進行處理；采用一體化集成控制器，作為數據計算機、上位機和現場調試用手提電腦的橋路。本實用新型的優點是能在線連續監測爐膛出口斷面平均溫度、上/下側及左/右側平均溫度、最高/最低溫度，并能繪制斷面溫度分布曲線，能設置多種報警功能；有利于大容量、高參數鍋爐的安全、經濟運行。
文檔編號G01J5/00GK201532256SQ20092031393
公開日2010年7月21日 申請日期2009年11月3日 優先權日2009年11月3日
發明者張雷, 王維禮, 肖煒, 陳幫海 申請人:四川東腦電氣工程有限公司