一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法，通过构建多点立体测量体系，在锅炉水平烟道设置多列烟温测点：在三级过热器后侧、四级过热器后侧、二级再热器后侧分别设置一列等距分布的烟温测点，每列烟温测点与其前后受热面等距；再对烟温测点所采集的温度修正为锅炉炉膛出口烟气温度，可以在集控中心DCS画面上看到烟温在线实时测量值，同时可以在SIS页面的生产过程中看到烟温在线实时测量值和修正后的烟温值，以便于实时监控锅炉运行，保证运行安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法
本专利技术属于电站锅炉监测
，涉及一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法。
技术介绍
炉膛烟气温度，特别是炉膛出口区域烟气温度是电站锅炉运行中需要监控的一个非常关键的参数，实现炉膛烟气的实时准确测温对保障火电厂安全运行，提高机组经济性和优化锅炉设计具有重要意义。传统的火电厂设计中，随锅炉指定配供烟温探针(左右各一套)作为测量炉膛出口烟温的手段，如附图1所示。烟温探针是一种将热电偶送入炉膛或烟道，监测烟气温度的机电设备。热电偶固定在探针的头部，由气动或电动推进器推动探针在烟气中作伸缩运动，热电偶将测得的温度和位置转换系统检测到的热电偶进入炉膛的距离同时显示在集控室的仪表盘上。烟温探针主要用于锅炉启动期间监测炉膛出口处的烟气温度，防止再热器管子烧坏，也可以作为辅助控制工具测量锅炉低负荷运行时的烟气温度，当测得炉温达到设定的保护值时，烟温探针系统会发出报警并自动退回探针。利用温度探针测量炉膛出口烟温的传统技术手段，不受炉膛烟气性质的影响，直接与烟气接触测量，测量精度较高，测温元件使用热电偶，设备廉价。但温度探针只能在启动投粉初期1小时内、烟温<530℃情况下工作，且8m～9m长的烟温探针进出高温炉膛极易损坏(大部分锅炉的烟温探针均已损坏)，所以不能满足锅炉运行全过程监测的需要，不利于锅炉燃烧优化。特别是当前各个发电集团的电厂由于煤种多变纷纷在开展煤种适应性试验研究和运行监控管理的情况下，实现在全负荷范围内炉膛出口烟温的测量显得尤为重要，很明显传统的烟温探针测温系统满足不了火电厂的炉膛出口烟温测量需求。同时应引起注意的是传统的烟温探针测量方式只简单补偿了环境温度，对因热电偶周围存在低温受热面引起的测量温度偏低没有修正，只能表征烟温变化趋势和速率，未能很好的表征烟气的真实温度。而且传统烟温探针烟温测量系统左右只各有一只温度探针，只能测量锅炉水平烟道固定位置沿宽度方向的烟气温度，不能满足一些基于整个炉膛出口温度场的机组运行状态和设备状态分析的要求。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法，采用多点立体测量体系，并实时修正热电偶周围冷壁引起的测量值偏低，能够满足大型电站锅炉炉膛出口高温烟气环境下烟气温度的长期可靠测量，实现多点立体测量炉膛出口和水平烟道内高温烟气温度场。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法，包括以下操作：1)构建多点立体测量体系：在锅炉水平烟道设置多列烟温测点：在三级过热器后侧、四级过热器后侧、二级再热器后侧分别设置一列等距分布的烟温测点，每列烟温测点与其前后受热面等距；烟温测点采用铠装热电偶进行温度采集；2)将烟温测点所采集的温度修正为锅炉炉膛出口烟气温度：烟气对热电偶的换热系数α，由下式计算：α＝αc+αr(1)式中：αc、αr—分别为对流和辐射换热系数，kW/(m2·K)；αc＝Nu·λ/L(2)Nu＝CRemPr0.3(3)式中：Re—烟气的雷诺数，Nu—烟气的努塞尔数，Pr—烟气的普朗特数，λ—烟气的导热系数，kW/(m·K)，L—特征长度，取热电偶的保护管直径，m；系数C和m取决于烟气Re数的大小；当Re值处于40～103范围内时，C＝0.51，m＝0.5；当Re＝103～2×105时，C＝0.26，m＝0.6；式中：Tf、Ttc—分别为烟气真实温度和热电偶表面温度，K；σ0—波尔兹曼常数，σ0＝5.67×10-11kW/(m2·k4)；ξtc—热电偶表面黑度；ξf—烟气黑度；ξf＝1-e-KPS(5)S＝3.6V/∑F(6)K＝Kg+Ka(7)式中：K—烟气介质的辐射减弱系数，P—炉内介质压力，对一般锅炉取P＝0.1MPa，S—辐射层有效厚度，V—烟道空间被前后受热面和四面炉墙界限的容积，m3；∑F—烟道空间界限内壁面总面积，m2；Kg、Ka—分别为烟气中三原子气体和粉尘(灰尘)的辐射减弱系数，rt—三原子气体所占烟气的容积总份额，—烟气中水蒸汽的容积份额，u—烟气中灰尘的浓度，kg/kg，A—系数，参照相关标准选定，αyh—烟气携带的燃料灰分的份额，参照相关标准选定，Gar—燃烧产物的质量，kg，αgl—过量空气系数，—燃料完全燃烧所需要的理论干空气量，m3/kg,Aar、Car、Sar、Har、Oar—收到基的灰分、碳、硫、氢、氧；然后计算炉膛出口的烟气温度，公式如下：Tf＝ξtc×σ0×(1-ξf)(Ttc4-T24)/α+Ttc(13)式中T2是冷壁表面计算温度，采用下式得到：式中：Ti—第i面冷壁表面温度，K，Ti,j—组成第i面冷壁第j根炉管管管壁温度，K，ΔTi,j—组成第i面冷壁第j根炉管管壁温度修正温度，K；n—组成第i面冷壁的炉管根数；当冷壁截面为烟气时，冷壁温度Ti直接取为烟气温度Tf；计算出每个Ti(i＝1～6)后，冷壁表面计算温度按照面积加权平均计算：T2＝∑(TiFi)/∑Fi(15)式中：T2—冷壁表面计算温度，K，Ti—第i面冷壁表面温度，K，Fi—第i面冷壁表面积，m2；按照上述公式迭代计算Tf，直到Tf的计算值和假设值误差<1K时收敛，此时的计算值即为修正后的锅炉炉膛出口烟气温度；针对每个烟温测点分别计算其各自的修正温度。所述在机组运行时，分布式控制系统DCS实时采集烟温测点的热电偶测量值，在DCS画面上展示并同步发送数据至电厂的SIS系统，SIS系统接受DCS传来的数据后，在自身实时服务器存储后将数据传至管理信息系统MIS镜像数据服务器储存；在MIS系统上，针对SIS系统的计算服务器实时读取数据服务器中热电偶测量值，并同步修正烟温测量值，消除因热电偶周围存在温度较低的受热面而造成的测量值偏低，给出实际烟气温度。所述集控中心DCS画面上看到烟温在线实时测量值，同时在SIS页面的生产过程中看到烟温在线实时测量值和修正后的烟温值。将烟温测点的热电偶周围各冷壁以锅炉中心线划分为左右两部分，左侧为A侧热电偶周围冷壁，右侧为B侧热电偶周围冷壁；(10)式中，Ti是第i面冷壁表面温度，i＝1～6，表示热电偶上下左右前后六个平面；上面为顶棚过热器或水平烟道上包墙或烟气；下面和前面为烟气；后面为左右侧水冷壁或者水平烟道左右侧包墙；左右面为过热器或再热器各管屏最外圈炉管组成的受热面，最上面热电偶左右面为过热器或再热器最外圈炉管组成的受热面的上半部分，最下面热电偶左右面为过热器或再热器最外圈炉管组成的受热面的下半部分，中间热电偶左右面为过热器或再热器最外圈炉管组成的受热面的中间一半部分。所述的烟温测点采用设有套管的镍铬-镍硅铠装热电偶，其进入炉膛深度不低于200mm。所述的套管的一端与锅炉炉管间的鳍片固定连接，另一端通过法兰与铠装热电偶固定连接。所述的每列测点横向位置与其前后受热面等距，纵向位置沿水平烟道高度方向等距分布。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法，采用镍铬-镍硅铠装热电偶，基于多点立体测量体系，同时实时修正热电偶周围冷壁引起的测量值偏低，满足大型电站锅炉炉膛出口高温烟气环境下烟气温度的长期可靠测量(大于6个月)，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法，其特征在于，包括以下操作：1)构建多点立体测量体系：在锅炉水平烟道设置多列烟温测点：在三级过热器后侧、四级过热器后侧、二级再热器后侧分别设置一列等距分布的烟温测点，每列烟温测点与其前后受热面等距；烟温测点采用铠装热电偶进行温度采集；2)将烟温测点所采集的温度修正为锅炉炉膛出口烟气温度：烟气对热电偶的换热系数α，由下式计算：α＝αc+αr   (1)式中：αc、αr—分别为对流和辐射换热系数，kW/(m2·K)；αc＝Nu·λ/L   (2)Nu＝CRemPr0.3   (3)式中：Re—烟气的雷诺数，Nu—烟气的努塞尔数，Pr—烟气的普朗特数，λ—烟气的导热系数，kW/(m·K)，L—特征长度，取热电偶的保护管直径，m；系数C和m取决于烟气Re数的大小；当Re值处于40～103范围内时，C＝0.51，m＝0.5；当Re＝103～2×105时，C＝0.26，m＝0.6；αr=σ0ξtc+12ξfTf31-(Ttc/Tf)41-(Ttc/Tf)---(4)]]>式中：Tf、Ttc—分别为烟气真实温度和热电偶表面温度，K；σ0—波尔兹曼常数，σ0＝5.67×10‑11kW/(m2·k4)；ξtc—热电偶表面黑度；ξf—烟气黑度；ξf＝1‑e‑KPS   (5)S＝3.6V/∑F    (6)K＝Kg+Ka   (7)Kg=(7.8+16rH2O10prtS-1)(1-0.37×10-3Tf)rt---(8)]]>Ka=104A(Tf)23u1+1.2uS---(9)]]>u=Aarαyh100Gar---(10)]]>Gar=1-Aar100+1.306αglV0H---(11)]]>V0H=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar---(12)]]>式中：K—烟气介质的辐射减弱系数，P—炉内介质压力，对一般锅炉取P＝0.1MPa，S—辐射层有效厚度，V—烟道空间被前后受热面和四面炉墙界限的容积，m3；∑F—烟道空间界限内壁面总面积，m2；Kg、Ka—分别为烟气中三原子气体和粉尘(灰尘)的辐射减弱系数，rt—三原子气体所占烟气的容积总份额，—烟气中水蒸汽的容积份额，u—烟气中灰尘的浓度，kg/kg，A—系数，参照相关标准选定，αyh—烟气携带的燃料灰分的份额，参照相关标准选定，Gar—燃烧产物的质量，kg，αgl—过量空气系数，—燃料完全燃烧所需要的理论干空气量，m3/kg,Aar、Car、Sar、Har、Oar—收到基的灰分、碳、硫、氢、氧；然后计算炉膛出口的烟气温度，公式如下：Tf＝ξtc×σ0×(1‑ξf)(Ttc4‑T24)/α+Ttc   (13)式中T2是冷壁表面计算温度，采用下式得到：Ti=Σj=1nTi,j/n+ΔTi,j+10---(14)]]>式中：Ti—第i面冷壁表面温度，K，Ti,j—组成第i面冷壁第j根炉管管管壁温度，K，ΔTi,j—组成第i面冷壁第j根炉管管壁温度修正温度，K；n—组成第i面冷壁的炉管根数；当冷壁截面为烟气时，冷壁温度Ti直接取为烟气温度Tf；计算出每个Ti(i＝1～6)后，冷壁表面计算温度按照面积加权平均计算：T2＝∑(TiFi)/∑Fi   (15)式中：T2—冷壁表面计算温度，K，Ti—第i面冷壁表面温度，K，Fi—第i面冷壁表面积，m2；按照上述公式迭代计算Tf，直到Tf的计算值和假设值误差<1K时收敛，此时的计算值即为修正后的锅炉炉膛出口烟气温度；针对每个烟温测点分别计算其各自的修正温度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多点立体测量的锅炉出口烟温实时测量方法，其特征在于，包括以下操作：1)构建多点立体测量体系：在锅炉水平烟道设置多列烟温测点：在三级过热器后侧、四级过热器后侧、二级再热器后侧分别设置一列等距分布的烟温测点，每列烟温测点与其前后受热面等距；烟温测点采用铠装热电偶进行温度采集；2)将烟温测点所采集的温度修正为锅炉炉膛出口烟气温度：烟气对热电偶的换热系数α，由下式计算：α＝αc+αr(1)式中：αc、αr—分别为对流和辐射换热系数，kW/(m2·K)；αc＝Nu·λ/L(2)Nu＝CRemPr0.3(3)式中：Re—烟气的雷诺数，Nu—烟气的努塞尔数，Pr—烟气的普朗特数，λ—烟气的导热系数，kW/(m·K)，L—特征长度，取热电偶的保护管直径，m；系数C和m取决于烟气Re数的大小；当Re值处于40～103范围内时，C＝0.51，m＝0.5；当Re＝103～2×105时，C＝0.26，m＝0.6；式中：Tf、Ttc—分别为烟气真实温度和热电偶表面温度，K；σ0—波尔兹曼常数，σ0＝5.67×10-11kW/(m2·k4)；ξtc—热电偶表面黑度；ξf—烟气黑度；ξf＝1-e-KPS(5)S＝3.6V/∑F(6)K＝Kg+Ka(7)式中：K—烟气介质的辐射减弱系数，p—炉内介质压力，对一般锅炉取P＝0.1MPa，S—辐射层有效厚度，V—烟道空间被前后受热面和四面炉墙界限的容积，m3；∑F—烟道空间界限内壁面总面积，m2；Kg、Ka—分别为烟气中三原子气体和灰尘的辐射减弱系数，rt—三原子气体所占烟气的容积总份额，—烟气中水蒸汽的容积份额，u—烟气中灰尘的浓度，kg/kg，A—系数，参照相关标准选定，αyh—烟气携带的燃料灰分的份额，参照相关标准选定，Gar—燃烧产物的质量，kg，αgl—过量空气系数，—燃料完全燃烧所需要的理论干空气量，m3/kg,Aar、Car、Sar、Har、Oar—收到基的灰分、碳、硫、氢、氧；然后计算炉膛出口的烟气温度，公式如下：Tf＝ξtc×σ0×(1-ξf)(Ttc4-T24)/α+Tt...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智微，李虹锐，
申请(专利权)人：西安西热电站信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61