基于短期离线实测数据的燃煤锅炉高温区烟温测试装置的制作方法

本实用新型涉及燃煤电厂燃煤技术领域，尤其包括一种基于短期离线实测数据的燃煤锅炉高温区烟温测试装置。

背景技术：

目前燃煤电站锅炉向着大容量、高参数的趋势发展，锅炉运行的安全性和经济性是研究人员的重要关注点。锅炉炉膛各受热面处的烟气温度对判断受热面的金属管壁的安全性和受热面的积灰状态具有重要意义。

目前大型燃煤电站锅炉一般在尾部烟道的空气预热器入口和出口、scr脱硝系统入口和出口、省煤器的入口和出口等受热面装有烟气温度测点；部分锅炉在低温过热器和低温再热器等受热面的入口也安装有烟气温度测点。但靠近炉膛出口和水平烟道的受热面前后，如炉膛出口(此处特指屏式过热器前)、高温过热器前后、高温再热器前后，由于烟气温度较高，达到800～1000℃，相应测量手段的缺失，通常不安装烟气测点。但是，高温段烟气温度的测量对防止受热面爆管，优化吹灰器投运等都有很强的指导意义。

常用的高温烟气温度直接测量手段有接触式和非接触式。非接触式测量方法主要包括声波法和光学法，但主要存在的问题是测量受到气流和火焰等干扰因素较多，测量误差大，相应的硬件和软件设备价格昂贵且安装维护困难，因此通常仅用于炉膛出口一个断面且准确性较差。接触式测量方法为在高温受热面安装热电偶等接触式测温设备，但由于烟气温度高、磨损严重等问题，通常热电偶的寿命较短，无法长期使用，故通常接触式测量方法在高温区通常只能安装在受热面管壁上即测量壁温而非烟温。

获得高温区烟气温度的另一方法是软测量方法，即通过《锅炉机组热力计算标准方法》，依据半经验半理论的热平衡公式，从尾部受热面已有的烟气实测数据，通过热平衡计算逆流反推各对流受热面的烟气温度。但是该方法的问题在于水平烟道除了布置在烟道内的受热面外，还有顶棚过热器、中间隔墙受热面和四周的包墙受热面，这些受热面与烟道对应位置的工质参数通常也没有测点，故在热平衡计算中一般忽略这些受热面的影响，造成计算得到的烟气温度会与实际结果有较大的误差。此外，对于判断受热面金属管壁的爆管风险，截面的最高烟温是一项重要影响参数；但由于汽水侧的工质参数通常仅能对应左右侧烟道，故热平衡计算得到的烟气温度仅能反应单侧烟道的平均烟温，无法计算该烟气截面的最高烟温。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于短期离线实测数据的燃煤锅炉高温区烟温测试装置。

本实用新型提出一种基于短期离线实测数据的燃煤锅炉高温区烟温修正计算方法；即通过短期安装的高温热电偶和数据采集仪实测炉膛出口的烟气温度，并根据热平衡原理，建立各段烟气温度计算模型，得出炉膛出口烟温计算值。把实测烟温数据与计算值进行拟合即可得到之间的函数关系，根据该函数关系和烟温计算值，可长期实时得到较为准确的炉膛出口烟气温度的修正值；并根据实测烟温分布数据，得到炉膛出口最高烟温的修正值。

这种基于短期离线实测数据的燃煤锅炉高温区烟温测试装置，包括：锅炉、屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温过热器、低温再热器、省煤器、临时热电偶组、炉顶小室、顶棚过热器、包墙过热器和数据采集仪；所述炉顶小室位于水平烟道的顶部，所述顶棚过热器位于炉膛和水平烟道上部，所述包墙过热器位于水平烟道四周；

所述屏式过热器出口烟道内的受热面上设有屏式过热器出口截面；所述高温过热器出口烟道内的受热面上设有高温过热器出口截面；所述低温过热器入口烟道内的受热面上设有低温过热器入口烟气温度在线测点，省煤器入口烟道内的受热面上设有省煤器入口烟气温度在线测点，省煤器出口烟道内的受热面上设有省煤器出口烟气温度在线测点；低温过热器入口烟气温度在线测点、省煤器入口烟气温度在线测点和省煤器出口烟气温度在线测点均位于锅炉的尾部烟道内；

所述锅炉出口连接屏式过热器入口烟道，屏式过热器出口烟道连接高温过热器入口烟道，高温过热器出口烟道连接高温再热器入口烟道，高温再热器出口烟道连接低温过热器入口烟道，低温过热器出口烟道连接低温再热器入口烟道，低温再热器出口烟道连接省煤器入口烟道；

所述锅炉的炉膛出口设有炉膛出口截面，炉膛出口截面上布置有临时热电偶组，炉膛出口截面上方开设烟气测孔组，烟气测孔组位于水平烟道的顶部，烟气测孔组还穿过炉顶小室与炉膛出口截面处的烟道相连通；烟气测孔组沿着炉膛出口截面从炉膛左侧到炉膛右侧按等距离分布，临时热电偶组的探头通过烟气测孔组从炉膛顶部向下伸至炉膛出口截面的烟温测试的实测位置；临时热电偶组的非探头端连接数据采集仪，实时采集烟温测试的实测位置处的烟温数据。

作为优选，所述每个烟气测孔组内插有2～4根热电偶。

本实用新型的有益效果是：成本低廉，克服了热电偶在高温环境下无法长时间使用的缺陷，仅需要安装一批临时使用5～15天的热电偶，相比于光学和声学的直接测温方法，成本大幅降低90％以上；可在高温区多个不同烟道截面分别布置烟气温度测点，能够精确的获得不同烟道截面的烟气温度。

附图说明

图1为锅炉受热面的系统示意图和相关烟温测点位置示意图；

图2为炉膛出口烟温测点布置图。

附图标记说明：锅炉1、屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温过热器、低温再热器、省煤器、低温过热器入口烟气温度在线测点2、省煤器入口烟气温度在线测点3、省煤器出口烟气温度在线测点4、临时热电偶组5、屏式过热器出口截面6、高温过热器出口截面7、炉顶小室8、顶棚过热器9、包墙过热器10、烟气测孔组11、烟温测试的实测位置12、炉膛出口截面13、数据采集仪14。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

本实用新型提出一种基于短期离线实测数据的燃煤锅炉高温区烟温测试装置，主要涉及的系统、测点和设备如图1和图2所示。图1为锅炉受热面的系统示意图和相关烟温测点位置示意图，图2为炉膛出口烟温测点布置图。

基于短期离线实测数据的燃煤锅炉高温区烟温测试装置包括：锅炉1、屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温过热器、低温再热器、省煤器、临时热电偶组5、炉顶小室8、顶棚过热器9、包墙过热器10和数据采集仪14；所述炉顶小室8位于水平烟道的顶部，所述顶棚过热器9位于炉膛和水平烟道上部，所述包墙过热器10位于水平烟道四周；

所述屏式过热器出口烟道内的受热面上设有屏式过热器出口截面6；所述高温过热器出口烟道内的受热面上设有高温过热器出口截面7；所述低温过热器入口烟道内的受热面上设有低温过热器入口烟气温度在线测点2，省煤器入口烟道内的受热面上设有省煤器入口烟气温度在线测点3，省煤器出口烟道内的受热面上设有省煤器出口烟气温度在线测点4；低温过热器入口烟气温度在线测点2、省煤器入口烟气温度在线测点3和省煤器出口烟气温度在线测点4均位于锅炉1的尾部烟道内；

所述锅炉1出口连接屏式过热器入口烟道，屏式过热器出口烟道连接高温过热器入口烟道，高温过热器出口烟道连接高温再热器入口烟道，高温再热器出口烟道连接低温过热器入口烟道，低温过热器出口烟道连接低温再热器入口烟道，低温再热器出口烟道连接省煤器入口烟道；

所述锅炉1的炉膛出口设有炉膛出口截面13，炉膛出口截面13上布置有临时热电偶组5，炉膛出口截面13上方开设烟气测孔组11，烟气测孔组11位于水平烟道的顶部，烟气测孔组11还穿过炉顶小室8与炉膛出口截面13处的烟道相连通；烟气测孔组11沿着炉膛出口截面13从炉膛左侧到炉膛右侧按等距离分布，临时热电偶组5的探头通过烟气测孔组11从炉膛顶部向下伸至炉膛出口截面13的烟温测试的实测位置12；临时热电偶组5的非探头端连接数据采集仪14。

所述每个烟气测孔组11内插有2～4根热电偶。

实施例：

以某1000mw旋流燃烧器燃煤锅炉为例，煤粉燃烧生成的烟气从锅炉出口开始依次流经屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温过热器、低温再热器和省煤器。锅炉在尾部烟道装有在线烟温测点，包括低温过热器入口烟气温度在线测点2、省煤器入口烟气温度在线测点3、省煤器出口烟气温度在线测点4。本实用新型的步骤如下：

步骤1、根据热平衡原理，建立各段烟气温度计算模型，计算得出未安装在线烟气温度测点的高温区各截面烟温计算值。

1)根据锅炉各个受热面的吸热情况，把屏式过热器、高温过热器划分为辐射/半辐射受热面，低温过热器、低温再热器和省煤器和高温再热器划分为对流受热面。

2)考虑到高温再热器出口烟道处已有烟气温度测点2，可从该受热面开始，利用在

线工质侧参数计算高温再热器入口的烟气温度。计算方法为：

针对对流受热面，已知受热面出口烟气温度、工质侧进口参数和工质侧出口参数，计算得到该受热面的进口烟气焓值h′：

上式中，h′为受热面进口蒸汽焓，单位为kj/kg；h″为受热面出口蒸汽焓，单位为kj/kg；h′为受热面进口烟气焓，单位为kj/kg；h″为受热面出口烟气焓，单位为kj/kg；d为受热面工质流量，单位为kg/s；φ为保热系数，所述保热系数为受热面工质吸收的热量与烟气放出的热量之比；δα为漏风系数；为理论冷空气焓，单位为kj/kg；bj为燃料消耗量,单位为kg/s；

根据(2)式中受热面的进口烟气焓值h′和进口烟气温度t的函数关系计算进口烟气温度t：

h'＝c0+c1t+c2t²+c3t³+c4t⁴+c5t⁵(2)

上式中c0、c1、c2、c3、c4和c5均为关联式系数，通过查阅锅炉性能试验规程得到；t为受热面进口烟气温度，单位为k；

3)该锅炉的辐射和半辐射受热面为屏式过热器和高温过热器。假设炉膛出口烟气温度，计算得到水冷壁热有效系数和炉膛出口直接辐射量，建立屏式过热器、高温过热器的半辐射受热面的热平衡方程，并根据上一步计算得到的高温再热器入口即高温过热器出口截面的烟气温度求出炉膛出口烟温计算值，当炉膛出口烟温计算值与假设值偏差小于1℃

时，可结束迭代，获得炉膛出口烟温的最终计算值tfcal。

步骤2、利用锅炉停机检修机会在锅炉水平烟道炉膛出口截面的上方开设烟气温度测孔用于烟气温度的实测。烟气温度测孔位置位于水平烟道的顶部，并穿过炉顶小室8与炉膛出口烟道13相连通。炉膛出口截面烟气温度测点可根据烟道宽度和深度按照等截面网格法分布，如图2所示。以该1000mw锅炉为例，在炉顶大罩顶部炉膛烟气出口截面位置开8个烟气测孔，每个烟气测孔同时插入3根临时热电偶至水平烟道截面的不同深度，共8*3＝24个烟气测点，每根热电偶均与数据采集仪14连接，实时采集各个测点的烟气温度数据。

步骤3、利用临时热电偶，进行炉膛出口处进行烟气温度的实际测量，并通过数据采集仪每10s采集一组烟气温度数据，总采集时长为10天，则每个测点分别得到对应时间的86400组烟温数据。把对应时间24个烟气测点数据求平均值，得到86400组烟温实测平均值tfm数据；把对应时间24个烟气测点数据取最高值，得到86400组烟温实测最高值tfm，max。当烟温实测结束后，即通过测孔拔出热电偶。

步骤4、把对应时间点的tfm数据与tfcal数据进行多项式拟合，可获得炉膛出口烟温修正函数关系tfm＝f1(tfcal)。在完成10天的实测后，由于计算值tfcal可根据锅炉现有的在线测点实时计算，则根据烟温实测值和计算值的修正函数关系，以及依据步骤1计算得到的实时计算值，可由通过关系式实时计算任一确定时间点的炉膛出口烟气温度修正值从而获得任意时间的炉膛出口烟温的较为准确结果。

步骤5、把对应时间点的tfm,max数据与tfcal数据进行多项式拟合，可获得炉膛出口截面最高烟温tfm,max与tfcal的修正函数关系tfm,max＝f2(tfcal)。根据锅炉现有的在线温度测点和上述修正函数关系式，可实时计算炉膛出口截面最高烟温，用于判断和预警受热面爆管的风险。

可在屏式过热器出口截面6和高温过热器出口截面7用相同的方法得到烟气温度修正值。

可以把烟道进行左右侧划分，根据受热面左右侧的工质侧参数和已知后续受热面左右侧在线烟气参数，分别计算左侧烟气温度计算值tfcal,l和右侧烟气温度计算值tfcal,r，把实际测量得到左侧烟道12个测点烟温平均值tfm,l和右侧烟道12个测点烟温平均值tfm,r，分别与相应计算值进行拟合，可分别得到单侧烟气温度的实测值与计算值的函数关系式，从而可实时计算两侧烟温的修正值。

烟道左、右侧截面的最高烟温也可根据相同方法实时计算。

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