非接触式红外炉膛温度在线测量装置研究与应用

非接触式红外炉膛温度在线测量装置研究与应用

赵毅 项东

国电库尔勒发电有限公司

摘要：炉膛出口烟温是火力发电厂锅炉启动和运行阶段监测的关键参数之一，为了避免锅炉启动初期因炉膛内温度过高，带来过热器及再热器管壁过热而引起的管道损坏，就必须对炉膛出口烟温进行精确监测。过去由于缺少非接触式测量高温烟气温度的在线仪器，只能采用在炉膛出口处安装热电偶测温元件或烟道的机械式烟温探针来监测烟气温度。

锅炉红外炉膛温度计在线测量装置采用非接触式的红外测量方式，能有效的避免高温环境及恶劣工况下的物料磨损对测温设备带来的影响，系统具备自动清焦功能，避免了测温探头前端堵料结焦而带来无法测量的问题。并在机组全工况运行方式下，连续在线监测炉膛烟气温度。

关键词：炉膛出口烟温、热电偶、烟温探针、非接触式的红外测量、自动清焦、全工况

一、背景：

炉膛出口烟温是火力发电厂锅炉启动和运行阶段监测的关键参数之一，为了避免锅炉启动初期因炉膛内温度过高，带来过热器及再热器管壁过热而引起的管道损坏，就必须对炉膛出口烟温进行精确监测。过去由于缺少非接触式测量高温烟气温度的在线仪器，只能采用在炉膛出口处安装热电偶测温元件或烟道的机械式烟温探针来监测烟气温度。但这两种测温方式都存在缺陷,无法保证测量的可靠性及稳定性。为解决此类问题，我们采用了非接触式的锅炉红外炉膛温度计在线测量装置。

二、性能分析：

目前传统的烟温测量方式有两种：①在炉膛出口处安装热电偶测温元件、②在烟道安装机械式烟温探针。二者与锅炉红外炉膛温度计在线测量装置相比都存在缺陷。三者的性能对比如下：

1、锅炉红外炉膛温度计在线测量装置：

①采用非接触式的红外测量方式，能有效的避免高温环境及恶劣工况下的物料磨损对测温设备带来的影响。

②系统具备自动清焦功能，避免了测温探头前端堵料结焦而带来无法测量的问题。

③配备了压缩空气冷却及保护装置，可以通过法兰连接安装在炉墙门孔上连续在线监测炉膛烟气温度。

④配置了智能温度控制器，该控制器除了能进行现场就地温度数据显示，还能对采集到的温度数据进行智能滤波分析处理，然后上传至DCS，使DCS界面显示的温度数值波动及趋势能与热电偶基本一致，有效的避免了炉膛内恶劣工况对红外测温精度的影响。

⑤该系统可完全替代传统机械接触式的烟温探针，能适用于在机组全工况下，对炉膛烟温进行测量，为炉膛的长效稳定运行提供可靠的温度信息。

2、在炉膛出口处安装热电偶测温元件：

①由于热电偶测温元件需长期处于炉膛中进行测量。元件的金属套管上结焦严重，导致测温元件超温，烧坏套管及热电偶。

②在高温环境下，测温元件易过热弯曲。在元件损坏需要进行更换时，由于元件弯曲无法从测孔拔出。维护难度大。

③在更换热电偶测温元件时，由于元件弯曲无法从测孔拔出，只能将损坏的热电偶对其切割。这就造成在炉膛内弯曲的那部分无法取出，只能将其丢在炉膛内掉落在炉膛底部捞渣处。因炉膛烟温热电偶元件材质相对较硬，会对捞渣机造成一定损伤，间接影响捞渣机的安全运行。

3、在烟道安装机械式烟温探针：

①只能用于锅炉启动阶段或锅炉低负荷运行时的烟气温度监测，当温度达到538℃时就必须收回。

②并且烟温探针体积大、笨重、安装复杂、探针容易过热弯曲，执行机构易卡涩，难维护。

三、系统组成及特点

1、系统组成

系统主要由自动清焦测温探头（含红外测温仪）、电气控制箱（含智能温度控制器）、气路控制箱（含气源过滤装置）等几部分组成，系统采用美国LumaSense公司原装进口红外测温仪，红外测温仪探测被瞄准的炉膛内指定位置的辐射能量，转换成温度信号，并经过控制箱内的智能温度控制器进行处理，最终以4～20mA信号方式传送至DCS控制系统，系统组态图及配置详见图1、图2。

图1系统组态图

图2系统配置图

2、系统主要技术参数

3、系统特点

3.1、自动清焦测温探头

测温探头采用非接触红外测温原理，避免了测温探头磨损和烧蚀，且红外测温的响应时间快，测量距离不受限制，使操作员能快速有效的掌握检测点的温度变化。系统通过气缸传动清焦部件，定时清理测温探头前端结焦的问题，无需人工维护。

3.2、保护部分

系统具有多重保护功能，探头的核心测温部件红外测温仪安装于保护筒末端，有效的避开高温区域，且有预埋件吹扫风的冷却措施，系统配置的所有外接接口软管全部采用不锈钢软管材质，安装方便，有效地解决了高温、强腐蚀等恶劣条件下长期工作的要求。

3.3、气源油污处理

系统配置有二级气体油污过滤处理装置，分别是油水分离器和精密过滤器，保证了系统气源的高效净化性能，有效地解决了厂区仪表风油污过重导致设备损坏的问题。

3.4、智能温度控制器

控制箱内的智能温度控制器，除了本地显示采集处理的温度数据外，还对采集到温度数据进行智能分析滤波然后上传至DCS系统，有效的避免了炉膛内恶劣工况对红外测温精度的影响，使得温度波动基本与热电偶一致。

4、现场安装实物图

四、可靠性及经济性

可靠性：深能库尔勒发电有限公司#1、#2机组，原设计为在炉膛出口处安装热电偶测温元件。据统计自投运以来，每一支投入使用的炉膛烟温热电偶，平均使用寿命仅为4个月。炉膛烟温热电偶总共损坏了16支热电偶，产生缺陷32条。采用非接触式的锅炉红外炉膛温度计在线测量装置，可降低设备缺陷发生率，减少设备的损坏频率，减少维护量，提高系统测量的可靠性及准确性。

经济性：采用非接触式的锅炉红外炉膛温度计在线测量装置，改造后元件损坏机率降低，不用频繁更换测量元件，节省了购买备件的费用。改造前，更换温度元件所产生的检修费用达20万元，改造后，每年可以降低检修费用达25万元。

5. 结束语

锅炉红外炉膛温度计在线测量装置采用非接触式的红外测量方式，能有效的避免高温环境及恶劣工况下的物料磨损对测温设备带来的影响，系统具备自动清焦功能，避免了测温探头前端堵料结焦而带来无法测量的问题。并在机组全工况运行方式下，连续在线监测炉膛烟气温度。

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