电站锅炉炉膛温度测量.docx

电站锅炉炉膛温度测量《中国测试杂志》2014年第三期1锅炉炉膛温度测量方法的发展现状基于物体的某些物理化学性质（几何尺寸、热电性、电阻率、荧光性和光谱特性等）与温度间的关系形成了众多的温度测量方法。它们在实际应用中都取得了一定的成果有效地监测了锅炉燃烧时的炉膛温度为控制锅炉稳定燃烧、提高锅炉燃烧效率、提供保障起到了一定的作用[4]。1.1热电偶测温热电偶是基于塞贝克效应原理进行工作的。在测量炉膛温度时把测量端伸入到炉膛中当测量端与烟气处于热平衡状态时测量端的温度就是被测点的温度。热电偶结构简单测温范围大互换性好。但是由于受到感温元件耐温性能的限制只能做短时间的测量。由于热电偶的探针是通过开孔伸入炉膛比较笨重易变形卡涩故障率高且就地操作费时费力。目前热电偶主要是在锅炉进行热态特性试验时或者处于初始燃烧状态时指导锅炉送粉与送风当锅炉正常稳定运行时一般只选择锅炉个别关键部位进行检测。1.2红外光谱测温利用红外光谱测温法测量炉膛温度实际上就是测量炉膛中一定波长范围内某一气体的辐射能量然后根据公式求出烟气的温度得到炉膛温度场。由于在锅炉燃烧过程中会产生很多气体成分十分复杂且存在着大气干扰和吸收为了准确测量烟气的温度选择窄带红外光谱成为必然。CO2是化石燃料燃烧后的共有产物并且其红外光谱波长范围比较窄因此红外光谱测温仪大都是采用带有特殊设计的红外滤色镜的薄膜热电堆滤除其他波长的红外能量通过接收高温CO2气体的红外光谱辐射能进行分析[6]以得到烟气温度。此类产品是基于高温CO2气体的光谱分析因此对所测环境的CO2浓度有一定要求浓度过低之处测量误差较大加之多个测温探头之间数据不能联合处理目前该类产品一般仅用于替代炉膛烟温探针进行炉膛出口烟气温度的测量。1.3光纤测温光纤测温法是以光纤作为传递温度信息的载体是随着光纤技术发展起来的一种测温方法。它是通过选择耐温可达2000K的蓝宝石单晶光纤作为基体在其端部涂覆铱等金属薄膜构成黑体腔将其伸入高温火焰中黑体腔会和火焰达成局部热平衡且通过光纤将辐射能量传送给光电检测系统利用双色测温方法或者单波长测温法进而可以测量出被测火焰温度[7]。光纤温度计具有测温上限高、精度高、动态响应快等优势。1.4辐射测温电站锅炉炉膛中发生的燃烧过程伴随着强烈的辐射能传递过程温度测量一般基于普朗克辐射定律。在一个典型的彩色CCD摄像头测温系统中火焰的图像通过摄像头摄取并且经过像素处理后以数字的形式存储在计算机内根据比色法测温原理[8]就可以进行炉膛中单点的温度计算。随着计算机技术的进步基于数字图像处理的测温技术得到了迅速发展。如英国格林尼治大学的阎勇教授与中科院工程热物理所合作采用CCD摄像头基于双色法火焰监测系统能够实时定量测量火焰温度场分布[9]。葡萄牙的Correia等将火焰辐射的吸收度考虑到传统的CT算法中提高了测量的准确性[10]。清华大学吴占松教授建立了火焰亮度和火焰温度之间的关系[11]提出了一种适应非对称火焰三维温度分布测量的重构算法[12]。上海交通大学的徐伟勇教授将图像处理技术和光纤传像技术应用于锅炉火焰检测当中试制了国内第一台智能型锅炉燃烧器火焰检测装置[13]。东南大学的王式民教授提出了“全炉膛灭火”加“全炉膛火焰图像证实”的共同判别来确认炉内熄火[14]提出了用于重建火焰三维温度场的光学分层成像的理论方法。华中科技大学的周怀春教授等提出了基于图像处理及辐射传热逆问题求解的二维炉膛温度场重建方法[15]对“W”型火焰锅炉炉膛温度场的可视化进行了实验研究[16]模拟研究了温度场重建方法并开展了利用正则化方法采用迭代的手段完成炉膛中二维温度场与辐射参数的同时重建、三维温度场在线检测与分析的实验研究[17]。浙江大学岑可法院士领导的课题组提出了采用双色法从彩色火焰图像中计算火焰温度图像的方法其后采用基于区域重建的方法利用CCD摄像头进行了火焰三维温度场和浓度场的同时重建研究[18]探讨了温度场和浓度场对火焰辐射图像的影响研究了火焰辐射吸收系数与粒子浓度的关系给出了温度场和浓度场同时重建的控制方程[19]完成了在不稳定火焰中排烟温度与体积分布的同时估计[20]。基于数字图像处理的测温技术基本上都是在实验室条件下进行设计和验证的在不考虑误差的理想情况下可以相当精确地重建出温度场。从目前对炉膛火焰图像处理的研究来看火焰图像处理技术具有广阔的发展前景但是在温度场三维重建以及温度场在线测量等方面此技术还有许多需要改进和完善的地方。1.5声波测温随着新型检测技术的发展声学测温法在近些年得到了很大的发展利用烟气的物理特性记录可测温度不受辐射的影响而且测量是瞬时的没有温度漂移。基于声波在气体介质中的传播速度是该气体介质绝对温