炉膛温度场测量和可视优化燃烧在我国推广应用的意义4652.docx
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1、炉膛温度场场测量与与可视优优化燃烧烧在我国推广广应用的的意义 华华能陕西西秦岭发发电有限限公司杨永书炉膛温度场场测量与与可视优优化燃烧烧在我国国推广应应用的意意义华能陕西秦秦岭发电电有限公公司 杨永书书 陕陕西渭南南 71142006摘要:本文介介绍了当当前世界界上最先先进的一一种锅炉炉炉膛温温度场的的测量方方法,即即声学高高温测量量法包括括其原理理及应用用,通过过具体案案例分析析国内外外推广先先进炉膛膛温度场场测量,实实现可视视自动优优化燃烧烧,提高高锅炉使使用寿命命,降低低发电煤煤耗,有有效控制制氮氧化化合物在在燃烧过过程中的的生成,就就提高企企业效益益和保护护环境方方面的必必要性阐阐述了
2、在在我国推推广应用用的意义义。关键词:燃烧降耗减排、前言众所周知,我我国是世世界煤炭炭消耗大大国,特特别是火火电厂消消耗煤炭炭资源最最多,节节能减排排任务十十分艰巨巨。对如如何提高高煤电转转换效率率,有效效利用有有限资源源,减少少有害物物质对大大气排放放。各发发电集团团都在积积极地采采取措施施,一方方面投入入大量资资金建造造大容量量高参数数机组、纷纷纷关停停高能耗耗小容量量机组,来来降低单单位发电电煤耗。另另一方面面在新建建电厂时时同步安安装了脱脱硫、脱脱硝装置置,以降降低二氧氧化硫和和氮氧化化物排放放。本文文论述的的是采用用世界先先进准确确的测量量炉内燃燃烧技术术,对炉炉内燃烧烧状态可可视监
3、控控,实现现经济优优化燃烧烧,最大大限度的的降低能能耗、控控制氮氧氧化物生生成,进进一步减减少有害害物质对对大气排排放。锅炉燃烧的的基本要要求在于于建立和和保持稳稳定平衡衡的燃烧烧火焰,在在典型的的四角切切圆燃烧烧锅炉中中,燃烧烧工况组组织不合合理造成成的四角角燃烧不不均匀、火火焰中心心偏斜、火火焰刷墙墙等是导导致炉膛膛结焦、炉炉管爆破破、炉膛膛灭火、炉炉膛爆炸炸等运行行事故的的重要原原因。因因此,电电厂燃煤煤锅炉燃燃烧监控控具有着着十分重重要的现现实意义义。但由由于我国国电厂燃燃煤煤质质和煤种种经常变变动,加加之工业业燃烧过过程自身身具有瞬瞬态变化化、随机机湍流、设设备尺寸寸庞大、环环境恶劣
4、劣等特征征,给各各种热物物理量场场参数的的在线测测量带来来了困难难,难以以获得描描述实际际燃烧过过程的热热物理量量场参数数,尤其其是温度度分布的的测量十十分困难难,炉内内燃烧火火焰形态态无法可可视。这这样导致致燃烧调调整得不不到可靠靠的依据据,燃烧烧优化运运行无法法实现。目目前这已已成为我我国提高高大型火火力发电电机组锅锅炉安全全性、经经济性以以及进一一步提高高环境保保护指标标的瓶颈颈。因此,在生生产工程程应用方方面,寻寻求一种种先进、准准确、简简便、快快捷的方方法进行行温度场场的测量量显得尤尤为重要要。过去去用传统统热电偶偶或水冷冷式抽气气热电偶偶伸入式式测量仅仅限于炉炉内燃烧烧周边区区域短
5、时时的试验验应用,且且费时费费力,无无法获得得炉内燃燃烧温度度场数据据。近年年来国内内外在高高温火焰焰温度测测量方面面研究较较多的是是激光CCT技术术、全息息技术,但但由于大大型燃烧烧设备中中的含尘尘火焰大大光学厚厚度特征征,以及及这类技技术所需需的装置置昂贵、安安装精度度高、操操作困难难等原因因,目前前国内外外尚未见见其实际际用于工工业性煤煤粉火焰焰的多相相流测量量中。本文介介绍了当当前世界界上最先先进的一一种锅炉炉炉膛温温度场的的测量方方法,即即声学高高温测量量法包括括其原理理及应用用,并进进行分析析在我国国推广应应用的意意义。一、工作原原理声波气体温温度场测量系系统的基基本物理理原理是是
6、气体中中的声速速是与该该气体温温度成比比例的。声声波在混混合气体体中的传传播速度度是气体体温度的的第一函函数,在在较小的的成分上上也是气气体组分分的函数数。在大大多数应应用条件件下,气气体组分分和它们们的相对对含量已已知且在在很小范范围内变变化。因因此,沿沿声波从从发射器器到接收收器的直直线上的的气体平平均温度度可以先先测量声声波的“传播时时间”(即声波波从发射射器到接接收器所所需的时时间),然后后根据已已知的两两点之间间的距离离,可以以计算出出对应的的温度。从从炉膛一一侧发射器器以压缩缩空气为为动力发发出一个个宽频带带声波信信号,该该信号被被位于对对面的一一个接收收传感器器所检测测到,从从发
7、声到到接收器器接收到到信号所所经历的的时间即即声波的的“飞行时时间”,它被被用来计计算该两两点之间间的气体体平均温温度。声声波气体体温度场测量系系统的基基本原理理是声速在气体中是按照温度的函数变化的,并受沿着着声波传播播路径空空间的气气体成分分的影响响。这些些关系可可用下面面公式来来描述:式中c在某某种气体体中的声声速,mm/s;d声波波传播距距离,mm;t声波波飞行时时间,ss;r特定定气体在在定压定定容下的的系数;R气体体常数,88.3114 JJ/(mmol.K);T绝对对温度,KK;M气体体分子量量,kgg/mool。由此可以得得出气体温温度对距距离、飞飞行时间间和气体体组分的的函数为
8、为:Tc=(dd/B)2106-2773.116式中Tcc气体体温度,;d距离离,m;B声学学常数;飞行行时间,mms。 美国SEII公司据据此原理理研究开开发出了了名为BBOILLERWWATCCH的锅锅炉炉膛膛温度场场实时监监测系统统,该系系统可以以设计成成沿四周周炉墙均均匀布置置8个声声波发射射/接收传传感器,当当一个声声波发射射/接收传传感器发发出信号号时,不不同面的的六个声声波发射射/接收传传感器接接收,依依次轮换换工作就就形成224条线线路编排排阵列来来测量温温度的分分布。 BOILEERWAATCHH测得224条线线段平均温度度,经计计算机软软件处理理算法重重建炉膛膛二维温温度场
9、。 在锅炉运行工况下,BOILERWATCH可以每隔数秒自动提供高温烟气温度读数,绘制炉膛二维平面温度彩色等温线图、时间温度趋势图、区域温度彩色图等。运行人员可以直观地看到炉内燃烧是否处在平衡状态。 声波气体温温度场测测量系统统集成声、电电、信号号处理上上的先进进技术,提提供连续续的、准准确的、实实时的、非非侵入的的、全自自动的燃燃烧气体体温度的的测量。声波气体温度场测量系统是一套完整的系统,适用于各种工业锅炉的永久性使用。 声波气体温温度场测测量系统统能够测测量一或或两个独独立阵列列内高达达24 路的气气体平均均温度用用于气体体平面温温度分布布。测量量范围从从0到19277。声波气气体温度度
10、场测量量系统的的温度数数据能够够被送到到工厂的的分散控控制系统统(DCCS)、数数据采集集系统(ADS)、计算机显示或储存。温度时间趋势可以通过DCS 或计算机运行声波气体温度场测量系统的软件来操作。等温的温度分布等值图、平面亚区的平均温度和其它数据在声波气体温度场测量系统的软件中都是现成的。声波气体温温度场测测量系统统测得的的温度数数据可以以直接输输入厂内内的分散散控制系系统(DDCS)、数据据采集系系统(DDAS)或输入入计算机机供数据据显示和和提取。可可通过DDCS来来向运行行人员提提供温度度时间间曲线,或或在一台台装有SSEI公公司的TTMS20000软件件的计算算机屏幕幕上显示示出来
11、,也也可以通通过TMMS20000软件件令计算算机画出出空间温温度分布布形态或或提供其其它的数数据显示示方式。二、BOIILERRWATTCH MMMP III 优优点声波气体温温度场测测量系统统能够提提供平面面的二维维温度分分布,为为生产控控制提供供精确的的实时的的温度数数据,具具有实时时的报警警功能,容易的DCS接口。TMS-2000 能够对于实时气体温度与绘图平面内位置的关系作清晰的可视化呈现。这些信息的价值是其他任何一种技术包括:红外温度计、热像仪、CCD 相机或光学测高温计都无法比拟的。其显著的应用及益处包括:1、监视过过热点,减减少非计计划性停停机损失失,实现现安全生生产 根据国外
12、使使用报告告:火力力发电厂厂的非计计划性停停机次数数减少到到原来的的1/66。典型的调节节控制行行为(依依赖于锅锅炉和加加热炉的的类型和和设计)可可包括燃燃烧器平平衡、空空气系统统平衡、燃燃烧器维维修、燃燃料流动动调节以以及适应应性燃烧烧器控制制。由于于在炉内内燃烧过过程中,声声波气体体温度场场测量系系统能够够为我们们提供精精确的实实时的温温度分布布数据和和报警功功能,为为温度的的控制提提供了宝宝贵的数数据资料料。我们可以根根据这些些数据,监监视有无无火焰直直接冲刷刷水冷壁壁管的现现象,调调整火焰焰位置以以避免直直接冲刷刷水冷壁壁管,避避免水冷冷壁管的的损坏,改改善炉水水循环并并提高运运行效率
13、率。监视有无低低温区,据以识识别堵塞塞的或工工作不正正常的燃燃烧器,从从而改善善其风/煤比例例、改善善一次风风、二次次风以及及三次风风分配、改改善热力力分配和和运行效效率,延长设设备使用用寿命并并降低热热耗。2、节能降降耗效果果 刊登在英国国PTQQ 杂志志(PTTQ QQ3/220066)论文文FUURNAACE COMMBUSSTIOON MMANAAGEMMENTT公布布的数据据,由于于热平衡衡状态的的不同,石石油化工工、石油油精炼加加热炉在在安装本本系统前前后的效效果:(1)燃料料消耗相相差3%以上;(2)NOOx(氮氧氧化合物物)可降降低8%;(3)延长长36%设备运运行周期期,应用
14、在国外外火力发发电企业业报告显显示使用用该系统统前后:(1)煤耗耗可降低低2.552.88%;(2)在更更换氧化化氮雾化化器和通通过声波波气体温温度场测测量系统统优化燃燃烧性能能后,氮氮氧化合合物浓度度(2880 兆兆瓦的机机组,在在相同负负载下为为5300ppmm)成功功地降低低到2006pppm(降降低611%)说明在以往往长期的的“正常”工作状状态下,由由于无法法掌握燃燃烧状态态,我们们在不知知情的情情况下正正在损失失大量的的燃料和和资金。3、可以实实现锅炉炉自动控控制功能能 这个实时温温度数据据用来控控制侧壁壁燃烧器器、底面面燃烧器器以及助助燃二次次风以消消除热点点和冷点点,直到到围绕
15、工工作管的的三维热热通量达达到均匀匀最大限限度降低低二氧化化氮(NO22)/二氧化化硫(SO22)的生生成,防防止浪费费化学药药品和动动力。许多锅炉之之所以不不能进行行燃烧自自动控制制,关键键是因为为没有准准确的实实时的温温度平面面分布数数据。声声波气体体温度场场测量系系统很好好的解决决了这一一关键问问题。容容易的DDCS接接口,准准确的实实时的温温度数据据,为锅锅炉的燃燃烧自动动控制打打下了坚坚实的基基础。实时调整多多个变量量已获得得连续平平衡状态态的新型型燃烧系系统DCCS控制制算法已已由SEEI实现现。并在在美国、德德国、加加拿大、委委内瑞拉拉、墨西西哥等国国家的多多台工业业加热炉炉上成
16、功功应用,它它克服了了原有燃燃烧控制制系统纯纯延迟、大大滞后的的弊端。实实现了平平衡燃烧烧,节省省了燃料料,提高高了煤电电转换效效率。4、延长锅锅炉的使使用寿命命、降低低成本消消耗、减减少有害害气体排排放 实时监控到到炉内过过高的气气体温度度和炉膛膛出口温温度峰点点的区域域,有了了这些信信息,操操作员或或分散系系统(DDCS)能够通通过选择择燃烧器器和空气气控制来来控制燃燃烧过程程以获得得理想的的炉膛出出口温度度,从而而产生更更少的NNOx。 此外,温温度峰点点(或热热点)的的区域能能被消除除在进入入过热和和再加热热的区域域时以产产生更加加均衡的的温度分分布,使使锅炉设设备避免免局部过过热,延
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