一種電站鍋爐爐膛出口及水平煙道煙氣溫度場實(shí)時(shí)測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電站鍋爐監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電站鍋爐爐膛出口及水平煙道煙氣 溫度場實(shí)時(shí)測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 爐膛煙氣溫度，特別是爐膛出口區(qū)域煙氣溫度是電站鍋爐運(yùn)行中需要監(jiān)控的一個(gè) 非常關(guān)鍵的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)爐膛煙氣的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測溫對保障火電廠安全運(yùn)行，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性 和優(yōu)化鍋爐設(shè)計(jì)具有重要意義。
[0003] 傳統(tǒng)的火電廠設(shè)計(jì)中，隨鍋爐指定配供煙溫探針(左右各一套)作為測量爐膛出口 煙溫的手段，如附圖1所示。煙溫探針是一種將熱電偶送入爐膛或煙道，監(jiān)測煙氣溫度的機(jī) 電設(shè)備。熱電偶固定在探針的頭部，由氣動(dòng)或電動(dòng)推進(jìn)器推動(dòng)探針在煙氣中作伸縮運(yùn)動(dòng)，熱 電偶將測得的溫度和位置轉(zhuǎn)換系統(tǒng)檢測到的熱電偶進(jìn)入爐膛的距離同時(shí)顯示在集控室的 儀表盤上。煙溫探針主要用于鍋爐啟動(dòng)期間監(jiān)測爐膛出口處的煙氣溫度，防止再熱器管子 燒壞，也可以作為輔助控制工具測量鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的煙氣溫度，當(dāng)測得爐溫達(dá)到設(shè)定 的保護(hù)值時(shí)，煙溫探針系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)退回探針。
[0004] 利用溫度探針測量爐膛出口煙溫的傳統(tǒng)技術(shù)手段，不受爐膛煙氣性質(zhì)的影響，直 接與煙氣接觸測量，測量精度較高，測溫元件使用熱電偶，設(shè)備廉價(jià)。但溫度探針只能在啟 動(dòng)投粉初期1小時(shí)內(nèi)、煙溫<530°C情況下工作，且8m~9m長的煙溫探針進(jìn)出高溫爐膛極易損 壞(大部分鍋爐的煙溫探針均已損壞），所以不能滿足鍋爐運(yùn)行全過程監(jiān)測的需要，不利于 鍋爐燃燒優(yōu)化。特別是當(dāng)前各個(gè)發(fā)電集團(tuán)的電廠由于煤種多變紛紛在開展煤種適應(yīng)性試驗(yàn) 研究和運(yùn)行監(jiān)控管理的情況下，實(shí)現(xiàn)在全負(fù)荷范圍內(nèi)爐膛出口煙溫的測量顯得尤為重要， 很明顯傳統(tǒng)的煙溫探針測溫系統(tǒng)滿足不了火電廠的爐膛出口煙溫測量需求。同時(shí)應(yīng)引起注 意的是傳統(tǒng)的煙溫探針測量方式只簡單補(bǔ)償了環(huán)境溫度，對因熱電偶周圍存在低溫受熱面 引起的測量溫度偏低沒有修正，只能表征煙溫變化趨勢和速率，未能很好的表征煙氣的真 實(shí)溫度。而且傳統(tǒng)煙溫探針煙溫測量系統(tǒng)左右只各有一只溫度探針，只能測量鍋爐水平煙 道固定位置沿寬度方向的煙氣溫度，不能滿足一些基于整個(gè)爐膛出口溫度場的機(jī)組運(yùn)行狀 態(tài)和設(shè)備狀態(tài)分析的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問題在于提供一種電站鍋爐爐膛出口及水平煙道煙氣溫度場實(shí)時(shí) 測量方法，采用多點(diǎn)立體測量體系，實(shí)時(shí)修正熱電偶周圍冷壁引起的測量值偏低，并在此基 礎(chǔ)上根據(jù)水平煙道中的對流過熱器與再熱器受熱面的進(jìn)口煙溫分布和出口汽溫分布之間 的關(guān)系計(jì)算各受熱面入口沿寬度方向的煙氣溫度分布，能夠滿足大型電站鍋爐爐膛出口高 溫?zé)煔猸h(huán)境下煙氣溫度的長期可靠測量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量計(jì)算電站鍋爐爐膛出口和水平煙道 內(nèi)高溫?zé)煔鉁囟葓觥?br>[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] 一種電站鍋爐爐膛出口及水平煙道煙氣溫度場實(shí)時(shí)測量方法，包括以下操作：
[0008] 1)構(gòu)建多點(diǎn)立體測量體系：
[0009] 在鍋爐水平煙道設(shè)置多列煙溫測點(diǎn)：在三級過熱器后側(cè)、四級過熱器后側(cè)、二級再 熱器后側(cè)分別設(shè)置一列等距分布的煙溫測點(diǎn)，每列煙溫測點(diǎn)與其前后受熱面等距;煙溫測 點(diǎn)采用鎧裝熱電偶進(jìn)行溫度采集；
[0010] 2)將煙溫測點(diǎn)所采集的溫度修正為鍋爐爐膛出口煙氣溫度：
[0011] 煙氣對熱電偶的換熱系數(shù)α，由下式計(jì)算：
[0012] a = ac+ar (1)
[0013] 式中:ac、ar-分別為對流和輻射換熱系數(shù)，kW/(m2 · K);
[0014] Qc = Nu · λ/L (2)
[0015] Nu = CRemPr0'3 (3)
[0016] 式中：Re-煙氣的雷諾數(shù)，
[0017] Nu-煙氣的努塞爾數(shù)，
[0018] Pr-煙氣的普朗特?cái)?shù)，
[0019] λ-煙氣的導(dǎo)熱系數(shù)，kW/(m*K)，
[0020] L-特征長度，取熱電偶的保護(hù)管直徑，m;
[0021] 系數(shù)C和m取決于煙氣Re數(shù)的大??；當(dāng)Re值處于40~IO3范圍內(nèi)時(shí)，C = O. 51，m=0.5; 當(dāng)Re=103~2X104t，C = 0.26，m = 0.6;
[0022]
[0023] 式中：Tf、Ttc 一分別為煙氣真實(shí)溫度和熱電偶表面溫度，K;
[0024] 〇。一波爾茲曼常數(shù)，〇。= 5.67\10-111^/(1112.1^4);
[0025] Ite-熱電偶表面黑度；
[0026] & 一煙氣黑度；
[0027] |f=1-e-KPS (5)
[0028] S = 3.6V/IF (6)
[0029] K=Kg+Ka (7)
[0034] V0H = 〇 .0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.03330 ar (12)[0035] 式中:K 一煙氣介質(zhì)的輻射減弱系數(shù)，
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0036] P-爐內(nèi)介質(zhì)壓力，對一般鍋爐取P = O .IMPa，
[0037] S-輻射層有效厚度，
[0038] V-煙道空間被前后受熱面和四面爐墻界限的容積，m3;
[0039] 2F-煙道空間界限內(nèi)壁面總面積，m2;
[0040] Kg、Ka-分別為煙氣中三原子氣體和粉塵(灰塵)的輻射減弱系數(shù)，
[0041 ] rt-三原子氣體所占煙氣的容積總份額，
[0042] -煙氣中水蒸汽的容積份額，
[0043] u-煙氣中灰塵的濃度，kg/kg，
[0044] A-系數(shù)，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選定，
[0045] ayh-煙氣攜帶的燃料灰分的份額，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選定，
[0046] Gar-燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量，kg，
[0047] agl-過量空氣系數(shù)，
[0048] Ff-燃料完全燃燒所需要的理論干空氣量，m3/kg，
[0049] Aar、Car、Sar、Har、0ar-收到基的灰分、碳、硫、氫、氧;然后計(jì)算爐膛出口的煙氣溫 度，公式如下：
[0050]
[0051] 式中T2是冷壁表面計(jì)算溫度，采用下式得到：
[0052]
[0053] 式中：Ti 一第i面冷壁表面溫度，K，
[0054] -組成第i面冷壁第j根爐管管管壁溫度，K，
[0055] Δ -組成第i面冷壁第j根爐管管壁溫度修正溫度，K;
[0056] η-組成第i面冷壁的爐管根數(shù)；
[0057] 當(dāng)冷壁截面為煙氣時(shí)，冷壁溫度Ti直接取為煙氣溫度Tf;計(jì)算出每個(gè)Ti(i = l~6) 后，冷壁表面計(jì)算溫度按照面積加權(quán)平均計(jì)算：
[0058] T2= I(TiFi)/IFi (15)
[0059] 式中：T2-冷壁表面計(jì)算溫度，K，
[0060] Ti 一第i面冷壁表面溫度，K，
[00611 Fi-第i面冷壁表面積，m2;
[0062] 按照上述公式迭代計(jì)算Tf，直到Tf的計(jì)算值和假設(shè)值誤差〈1K時(shí)收斂，此時(shí)的計(jì)算 值即為修正后的鍋爐爐膛出口煙氣溫度;針對每個(gè)煙溫測點(diǎn)分別計(jì)算其各自的修正溫度；
[0063] 3)根據(jù)爐膛出口和水平煙道中的對流過熱器與再熱器受熱面的進(jìn)口煙溫分布和 出口汽溫分布之間的關(guān)系計(jì)算各受熱面進(jìn)口沿寬度方向的煙氣溫度分布：
[0064] 當(dāng)受熱面進(jìn)口蒸汽混合良好，其進(jìn)口煙溫分布用下式計(jì)算：
[0065]
(M)
[0066] 式中：
[0067] Θ ' 一受熱面進(jìn)口煙溫分布，K;
[0068] r 一受熱面進(jìn)口平均計(jì)算煙溫，κ;
[0069] f一受熱面進(jìn)口平均蒸汽溫度，K;
[0070] p-受熱面出口平均蒸汽溫度，K;
[0071] t〃一受熱面沿爐膛寬度某管屏出口蒸汽溫度，K;
[0072] qf一受熱面各管屏間流量偏差系數(shù)；
[0073]受熱面進(jìn)口平均蒸汽溫度？取受熱面進(jìn)口集箱溫度，受熱面出口平均蒸汽溫度？ 取受熱面出口集箱溫度;受熱面各管屏間流量偏差系數(shù)％由鍋爐計(jì)算手冊獲取;取距受熱 面每根爐管最近的出口管壁溫度測點(diǎn)測量值的平均值作為該管屏的蒸汽出口溫度t"；將待 測受熱面進(jìn)口的左、右側(cè)三支鎧裝熱電偶測得的煙溫修正后取平均值作為受熱面進(jìn)口左右 側(cè)的煙氣溫度，即該受熱面最左側(cè)和最右側(cè)管屏的進(jìn)口煙溫分布θ