電站鍋爐爐膛溫度測量的重要性
鍋爐燃燒狀況是火電廠安全、節(jié)能和減排的關(guān)鍵所在。鍋爐爐膛有些區(qū)間和受熱面一直沒有可靠和準(zhǔn)確的測量爐膛溫度的手段，使優(yōu)化燃燒失去直接監(jiān)控和判別的依據(jù)。
爐膛溫度測量的重要性：
1、監(jiān)控爐膛出口溫度：
防止過熱器結(jié)焦和管壁過熱超溫事故；
防止啟動時燃燒異常，導(dǎo)致滅火或升溫太快和燒壞再熱器（干燒）而事故停機(jī)；
監(jiān)控爐膛水冷壁的吸熱量情況，指導(dǎo)吹灰和調(diào)整風(fēng)量；
控制**佳爐膛出口溫度，減少過熱器和再熱器噴水量、降低鍋爐出口排煙溫度。
2、矯正燃燒不均衡：
監(jiān)視爐膛煙溫分布，防止燃燒偏斜，導(dǎo)致兩側(cè)煙溫、汽溫嚴(yán)重偏差；
防止水冷壁一側(cè)磨損、結(jié)焦；防止汽包水位兩側(cè)嚴(yán)重偏差；
防止局部過熱而結(jié)渣。
3、提高燃燒效率和降低NOX生成：
調(diào)節(jié)均衡風(fēng)量分配；
控制合理的火焰中心高度；
防止局部火焰過熱，降低NOX生成（1482℃時NOX成指數(shù)級增加）。
如圖：由于沒有可靠和準(zhǔn)確的測溫手段，使得燃燒不均衡，水平煙道煙溫汽溫偏差過大，導(dǎo)致高溫再熱器嚴(yán)重超溫發(fā)生爆管事故。
以上問題產(chǎn)生的原因：爐膛高溫區(qū)缺少必要的溫度測點(diǎn)，運(yùn)行人員只能借助其他運(yùn)行參數(shù)間接觀察和了解爐膛溫度。由于間接反映參數(shù)不直觀，故爐膛溫度無法得到準(zhǔn)確的反映，運(yùn)行人員也無法有效控制鍋爐的燃燒狀態(tài)。
傳統(tǒng)的鍋爐運(yùn)行是按照設(shè)計的假定和鍋爐內(nèi)部的參數(shù)的反映進(jìn)行控制的。正常情況下，運(yùn)行人員按運(yùn)行手冊的指導(dǎo)控制鍋爐的運(yùn)行。當(dāng)鍋爐汽壓和汽溫等反映參數(shù)出現(xiàn)異常，運(yùn)行人員才會根據(jù)參數(shù)的異常情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。由于參數(shù)反映遲緩，造成運(yùn)行人員的調(diào)整滯后。這種調(diào)整模式對鍋爐的燃燒經(jīng)濟(jì)性、受熱面超溫、設(shè)備可靠性產(chǎn)生不利影響。此外鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計中涉及到煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)的能量平衡，溫度參數(shù)是表征能量交換情況的重要參數(shù)和判斷依據(jù)。在鍋爐能量交換的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置溫度測點(diǎn)是非常必要的。
以上問題解決的對策：典型的火力發(fā)電廠的控制系統(tǒng)中包含著大量的蒸汽參數(shù)的監(jiān)測儀表，而煙氣側(cè)的監(jiān)測參數(shù)卻。由于煙氣側(cè)是鍋爐系統(tǒng)重要的能量交換系統(tǒng)，因此控制煙氣的參數(shù)對確保鍋爐的可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要。爐膛出口是輻射換熱和對流換熱區(qū)的分界點(diǎn)，該點(diǎn)溫度是設(shè)計人員考慮能量平衡時的一個重要技術(shù)參數(shù)。由于鍋爐早期設(shè)計時缺乏高溫測量儀器和相應(yīng)的技術(shù)手段，爐膛高溫區(qū)沒有設(shè)置溫度監(jiān)測點(diǎn)。無法連續(xù)在線監(jiān)測該點(diǎn)的溫度，只能依靠間接的辦法對這點(diǎn)的溫度進(jìn)行推算，推算出的結(jié)果失去了準(zhǔn)確性和時效性，無法滿足實(shí)時控制的需要。根據(jù)多年的試驗驗證，控制好爐膛出口溫度可以解決或改善目前鍋爐運(yùn)行存在的大部分問題。
監(jiān)測爐膛出口煙溫的意義：電站鍋爐爐膛內(nèi)煙溫的測量中具有重要的意義就是"監(jiān)測爐膛出口煙溫"。因為這個位置是對流區(qū)與輻射區(qū)的交界點(diǎn)，爐膛出口（見下面圖示）煙溫對鍋爐運(yùn)行控制有著非常重要的意義，這個位置的溫度變化能及時的反映出爐膛內(nèi)能量的變化和鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的變化。
解決鍋爐運(yùn)行問題的有效方案：加裝爐膛測溫系統(tǒng)，在線實(shí)時監(jiān)測和控制爐膛出口煙氣溫度（FEGT）,控制好FEGT有著很重要的實(shí)際意義，爐膛出口是對流區(qū)和輻射區(qū)的分界點(diǎn)，是兩個能量交換區(qū)域間重要的邊界參數(shù)。有效控制FEGT，對鍋爐的運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及降低污染物排放，延長鍋爐使用壽命有著重要的作用和影響。
爐膛出口溫度低于灰熔融溫度---可以有效解決爐膛上部結(jié)焦問題。
爐膛出口溫度控制在設(shè)計值以內(nèi)---解決過熱器在熱器超溫。
傳統(tǒng)爐膛測溫產(chǎn)品的缺點(diǎn)
測量鍋爐爐膛溫度是確保鍋爐安全高效運(yùn)行**基本的必要環(huán)節(jié)，長期以來人們不斷的摸索和研究，開發(fā)出各種不同原理的爐膛測溫裝置，但由于其固有缺點(diǎn)，應(yīng)用狀況都不佳。目前通常采用接觸式伸縮式煙溫探針（熱電偶）的測溫方式，而這種測溫手段只能測量爐內(nèi)某個點(diǎn)的溫度，無法準(zhǔn)確的給出某個受熱面測量區(qū)域溫度分布和變化情況。而且接觸式測溫方式，它需要插入到爐膛內(nèi)部，由于爐膛截面寬廣，爐內(nèi)的溫度較高，腐蝕性較強(qiáng)，況且熱電偶插入的深度和測量的溫度范圍都會受到一定限制，長時間留在爐膛內(nèi)容易被燒壞和腐蝕的問題，更嚴(yán)重的問題是燃燒會產(chǎn)生許多粘性物質(zhì)粘接在熱電偶的表面，這樣不但影響熱電偶實(shí)際測量的溫度，還會導(dǎo)致熱電偶測量的溫度傳遞速率降低，溫度響應(yīng)時間延遲，有時會超過10min以上。因此這種傳統(tǒng)的測溫方式不能快速準(zhǔn)確的反映爐膛內(nèi)部的溫度狀況，與爐膛實(shí)際溫度存在較大偏差。結(jié)果導(dǎo)致不能正確反映爐膛內(nèi)部燃燒情況；增加煙氣中的氮氧化物的生成；甚至?xí)斐蓪﹀仩t的損壞，對鍋爐的安全運(yùn)行存在著隱患。無法保證鍋爐的運(yùn)行效率。其次，接觸式煙溫探針非常笨重，使用比較麻煩，而且故障率高、使用壽命短。
針對上述問題，為了確保鍋爐安全環(huán)?？煽窟\(yùn)行，美國Raytek®專門為燃煤電站設(shè)計了一款在線式紅外鍋爐爐膛測溫裝置
RAYBS211YC型紅外線爐膛測溫儀
專業(yè)，成就****品質(zhì)……
Raytek®紅外線爐膛測溫儀的概述
美國Raytek®專為電站鍋爐設(shè)計的一款測溫裝置—RAYBS211YC型在線式紅外爐膛煙溫測量裝置。具有安裝簡單，使用可靠等特點(diǎn)。它的傳感器和紅外薄膜電路集成組裝在牢固的鋁制冷卻套內(nèi)，具有IP65的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，可以在露天環(huán)境下安裝并長期運(yùn)行。在高溫環(huán)境下能夠在線連續(xù)工作，只需要在現(xiàn)場提供一組壓縮空氣源或空氣冷卻系統(tǒng)，對本裝置進(jìn)行冷卻和吹掃。裝置配有空氣油霧過濾系統(tǒng)和超溫保護(hù)系統(tǒng)的選配件，對惡劣的現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)。該產(chǎn)品在國內(nèi)外電站裝置上已有多年的使用業(yè)績，得到用戶的。該產(chǎn)品鍋爐高溫輻射區(qū)與對流區(qū)這個重要位置溫度在線監(jiān)測的****。本產(chǎn)品附有吹掃冷卻系統(tǒng)，工藝設(shè)計精致周到。紅外測溫儀傳感器和紅外薄膜電路集成組裝在牢固的鋁制冷卻套內(nèi)，具有IP65的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，可以在露天環(huán)境下安裝并長期運(yùn)行。該產(chǎn)品在高溫環(huán)境下能夠在線連續(xù)工作，只需要在現(xiàn)場提供一個壓縮空氣源或選用空氣冷卻系統(tǒng)，對本儀器進(jìn)行冷卻和吹掃。該測溫儀配有空氣過濾系統(tǒng)和超溫保護(hù)系統(tǒng)（選配件），對惡劣的現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)。
紅外測溫的原理
紅外測溫的基本原理就是通過對物體自身紅外輻射能量的測量，獲取其表面的溫度信息。一切溫度高于******度（約-273.15℃）的物體，都會不停的向外發(fā)出紅外輻射；任何物體輻射的紅外能量大小（兩個相近紅外輻射波長能量的比值）與其表面溫度都有著密切的關(guān)系且輻射出的紅外能量與溫度成正比，因此可以根據(jù)物質(zhì)輻射出的紅外能量得出物質(zhì)的溫度。 Raytek®基于紅外的這一特性研制出一種RAYBS211YC型紅外遙感測溫儀，該產(chǎn)品采用具有的****設(shè)計和特制的紅外濾波器信號處理技術(shù)，在鍋爐燃燒過程中過濾并處理視場內(nèi)固體和氣體輻射出的扎亂的廣譜紅外信號，只接收爐膛中熱CO2煙氣輻射出的紅外波譜，準(zhǔn)確的顯示出測量區(qū)域CO2煙氣輻射出的紅外能量，通過該儀器的功能將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA直流信號輸出從而計算出煙氣溫度。
紅外線爐膛測溫儀的特點(diǎn)及應(yīng)用
● 監(jiān)測爐膛或爐膛出口煙氣溫度：鍋爐運(yùn)行人員通過對爐膛關(guān)鍵位置煙溫的連續(xù)、實(shí)時、精確、可靠測量和監(jiān)測，能夠準(zhǔn)確的掌握鍋爐運(yùn)行情況和有效的進(jìn)行燃燒控制。根據(jù)鍋爐控制理論和實(shí)踐表明，控制好爐膛出口溫度，對改善鍋爐的性能有很重要的作用（包括降低飛灰可燃物、預(yù)防爐管超溫、降低排煙溫度等等）。
● 啟動和運(yùn)行溫度監(jiān)測：在鍋爐啟動時對煙溫的監(jiān)測，可以減少啟動時的燃料消耗；也可以預(yù)防因煙溫過高對管子損壞和煙溫過低產(chǎn)生的濕蒸汽對汽輪機(jī)造成危險；通過的運(yùn)行溫度的監(jiān)測，可實(shí)時監(jiān)測溫度范圍內(nèi)爐膛煙氣溫度。
● 吹灰器控制：利用時間、溫度歷史曲線的記錄，對吹灰器的運(yùn)行時間進(jìn)行控制。在吹掃時監(jiān)測鍋爐的溫度變化（做為判斷受熱面污染程度的依據(jù)），用以改善爐管的傳熱性能，并防止吹灰不足造成結(jié)焦的情況發(fā)生。
● 降低NOX的應(yīng)用：控制好爐膛出口溫度，可以降低NOx排放10%-30%。在選擇非催化劑降低排放物中的氮氧化物時，要在鍋爐爐膛中噴入尿素或氨，噴射時的煙氣溫度必須控制在870℃ - 1150℃的**佳窗口溫度范圍內(nèi)。
● 降低煙溫偏差：出口斷面左/右溫度偏差較大時，調(diào)整送風(fēng)，降低左/右煙氣溫度偏差（測溫系統(tǒng)采用雙測點(diǎn)，左右對稱安裝方式）。
● 預(yù)防結(jié)焦：監(jiān)測鍋爐關(guān)鍵部位的**高溫度，使其不超過灰熔融溫度，預(yù)防鍋爐上部結(jié)焦結(jié)渣。
● 高溫報警：監(jiān)測鍋爐**佳運(yùn)行條件下的煙氣**高允許溫度，用以防止水冷壁管，再熱器與過熱器的超溫爆管。煙溫偏高時，可以考慮減少送風(fēng)量，降低排煙損失，降低供電煤耗，提高機(jī)組效率。本系統(tǒng)的輸出可作為電廠狀態(tài)檢修系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，為計算和判斷過熱器和再熱器管的預(yù)期壽命提供數(shù)據(jù)。
● 代替機(jī)械式煙溫探針：機(jī)械式煙溫探針笨重、安裝復(fù)雜、運(yùn)行后維護(hù)量大；紅外煙溫測量裝置重量輕、安裝簡單、運(yùn)行后無維護(hù)、具有在線測量的一款儀器。
● 流化床鍋爐：在煙氣除硫系統(tǒng)中，確定石灰粉添加劑的**佳溫度，通過對流化床溫度的測量獲得**佳效率，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
● 爐膛一次風(fēng)監(jiān)測（B&W/FW）：監(jiān)測爐膛中具有分割墻的鍋爐中各個分割區(qū)內(nèi)的煙氣溫度，并保持溫度的均勻分布。
● 火球中心校正（ABB-CE）：判明火球中心校正存在問題。鍋爐為切向燃燒式時，用燃燒器的邊角風(fēng)門來調(diào)整火球位置。
● 廢料/垃圾焚燒溫度控制：監(jiān)測焚燒有毒廢料和垃圾的**佳溫度，防止二惡英的產(chǎn)生。
Raytek®紅外線爐膛測溫儀的技術(shù)規(guī)范
Raytek®專門為測量煙氣而開發(fā)的RAYBS211YC型高精度紅外線爐膛測溫儀，具有的穩(wěn)定性和抗干擾性，并具有多探頭組網(wǎng)功能，具體參數(shù)如下：
1、產(chǎn)品型號：RAYBS211YC
2、測溫范圍： 120℃～1650℃
3、環(huán)境溫度：帶熱保護(hù)套0～120℃和0～315℃
4、輸出信號：4-20mA和HART或RS-232、報警同步輸出
5、工作電源：24VDC±10%，100mA
6、測量精度：測量讀數(shù)的±1%或±1.4℃
7、重復(fù)精度：測量值±0.5%或±0.7℃
8、紅外頻譜：CO2氣體輻射光譜
9、響應(yīng)時間：100ms
10、光學(xué)系數(shù)：34：1
11、光譜響應(yīng)：X-Y
12、發(fā)射率：可調(diào)節(jié)：0.1-1.00
13、波長：X-Y窄波段（1.53m焦點(diǎn)處光斑大小為45mm,在9.9m處光斑大小為333mm,可以保證較小的爐膛開口來保證比較大的光斑平均溫度的測量）
14、距離系數(shù)D:S ：焦點(diǎn)34:1,遠(yuǎn)視場30:1
15、濾波器窗口寬度：1納米
16、穩(wěn)定性：0.01%（****測量值的衰減率/月）
17、峰谷保持：0～10分鐘，峰值刷新后的衰減時間
18、平均模式：0～55秒，在預(yù)先設(shè)定好的時間間隔內(nèi)更新數(shù)字輸出
19、冷卻要求：15SCFM（0.42m3/min）工廠用標(biāo)準(zhǔn)壓縮空氣
20、功率要求：帶24VDC的4-20mA兩線制電流回路（由DCS提供）
21、標(biāo)準(zhǔn)信號：4-20Ma,或者HART協(xié)議通訊（須另選配件）
22、防護(hù)等級：IP65,IEC529 (NEMA4)
23、外殼：鑄鋁
24、重量：13.5Kg（含法蘭）
25、長度：630mm
26、振動：IEC68-2-27 ，3G，任意軸向，11-200Hz
27、沖擊：IEC68-2-27, 50G， 11ms, 任意軸向
28、軟件功能：實(shí)時曲線、數(shù)字顯示、參數(shù)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)記錄
29、輻射標(biāo)準(zhǔn)：EN50081-2
30、抗干擾標(biāo)準(zhǔn)：EN50082-2
31、標(biāo)定熱源：由美國國家標(biāo)準(zhǔn)和儀器協(xié)會（NIST）推出，或者德國CERT認(rèn)證。
Raytek®紅外線爐膛測溫儀技術(shù)特性和軟件功能
RAYBS211YC型紅外線爐膛測溫儀是一個享有****技術(shù)帶有冷卻吹掃保護(hù)裝置的非接觸式遙感溫度計，帶有24VDC，4-20mA兩線制輸出的裝置，**大負(fù)載驅(qū)動能力為700Ω。并具有遠(yuǎn)方在線尋址功能和±1%的準(zhǔn)確度（在120℃~1650℃范圍內(nèi)），在制造廠采用NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)學(xué)會）確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-45662進(jìn)行校準(zhǔn)。該儀器視角場（FOV）為34：1。多個傳感器可組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與分散控制系統(tǒng)（DCS）相連。傳感器帶有HART功能，在4-20mA模擬信號上疊加音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，可進(jìn)行在線維修和客戶參數(shù)修正。也可利用Raytek®的程序軟件和RS-232通訊口或USB適配器，進(jìn)行在線維護(hù)和參數(shù)修正，主要功能：
1、峰值保持模式：測量FOV中的**高溫度，并可選擇0-10分鐘的讀數(shù)保持時間。
2、平均值模式：測量FOV中的平均溫度，每隔0-55秒更新顯示數(shù)據(jù)（平抑瞬變信號輸出的波動）。
3、可編程設(shè)定報警點(diǎn)（120℃和1650℃）
4、可選擇溫度范圍（低到高）
5、華氏或攝氏溫度輸出
6、****的溫度、時間曲線圖功能
7、在線溫度數(shù)據(jù)保存功能，ASCII碼數(shù)據(jù)庫。可以Excel or Lotus1-2-3格式輸出。可追憶或標(biāo)簽名查詢
RAYBS211YC型紅外測溫儀可安裝在鍋爐任何端口、門或觀測孔處。所測量的煙氣溫度經(jīng)4-20mA電流輸出送至任意DCS、數(shù)字或模擬記錄裝置。
Raytek®紅外線爐膛測溫儀帶窗口保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)勢
當(dāng)鍋爐加裝紅外爐膛測溫儀后，紅外的保護(hù)系統(tǒng)就尤為重要，是確保紅外線能否正常測溫和使用壽命的關(guān)鍵。以下是Raytek®紅外保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
首先紅外線測溫系統(tǒng)外部帶有冷卻保護(hù)套，在環(huán)境溫度不大于120℃的情況下，完****夠保證紅外關(guān)鍵部件鏡頭（耐受溫度70℃）正常工作。若環(huán)境溫度大于120℃時，用戶需要告知，我們的冷卻系統(tǒng)就需要采用水冷（保護(hù)套帶有水冷功能）。
紅外線鏡頭的保護(hù)：紅外線**脆弱的核心部件是鏡頭，對鏡頭的保護(hù)就尤為重要，因紅外線的鏡頭與爐膛之間是無遮擋的，如何保證爐膛的熱輻射和微正壓所產(chǎn)生的熱氣流不沖擊到鏡頭，是紅外裝置制造廠家首先要解決的問題。目前其它品牌都采用在鏡頭與爐膛之間加裝氣動球閥來保護(hù)鏡頭，可這方式其實(shí)只能做到失氣保護(hù)，當(dāng)爐膛出現(xiàn)微正壓時該球閥是起不到保護(hù)鏡頭的作用的，因保護(hù)閥是失氣關(guān)閉，故出現(xiàn)微正壓時保護(hù)閥是不會關(guān)閉的。而且當(dāng)出現(xiàn)壓縮空氣的不穩(wěn)定、閥門故障等原因時還會出現(xiàn)閥門關(guān)閉導(dǎo)致紅外線不能正常測量。針對這一現(xiàn)狀，研發(fā)中心專門為安裝在鍋爐上的這類產(chǎn)品設(shè)計了一種風(fēng)門窗口保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置的特點(diǎn)是：采用特制材質(zhì)生產(chǎn)的，安裝在鏡頭與爐膛之間的窺視管上，保證紅外光譜99%的穿透，耐溫可達(dá)到1500℃以上，帶有吹掃系統(tǒng)，讓鏡頭和爐膛隔離，在壓縮空氣和爐膛不管出現(xiàn)任何問題時鏡頭都不會受到任何傷害而且能夠確保裝置正常測量使用在垃圾焚燒爐上有特別顯著的作用，避免爐膛內(nèi)的腐蝕性氣體接觸到紅外線鏡頭，導(dǎo)致鏡頭腐蝕損壞。該風(fēng)門保護(hù)裝置是公司的****產(chǎn)品。
RAYBS211YC型爐膛溫度計安裝圖
鍋爐現(xiàn)場安裝使用圖
