冉永为
河北衡丰发电有限责任公司 河北衡水 053000
摘要通过对炉膛温度场的分析可以防止炉膛出口温度过高导致过热器结焦和管壁超温，可以及时矫正燃烧不均衡，及时发现和矫正两侧烟温、汽温的偏差，防止烟气偏向一侧导致该侧水冷壁磨损、结焦，优化风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内，提高燃烧效率降低氮氧化物生成，降低污染物排放，对于配置有脱硝装置的锅炉，可大大降低脱硝装置运行费用。试验结果表明：声波测温系统可以相对准确地测量炉膛温度场，能够准确反映锅炉内部烟温分布和变化,在声波测温的协助下开展燃烧调整后,为锅炉优化燃烧调整和锅炉蒸汽温度控制提供直接的、有力的依据。
关键词：炉膛温度;声波测温;锅炉
0引言
火电厂锅炉燃烧系统中，锅炉炉膛内温度是一项重要的运行参数，对煤粉的燃烧及锅炉系统的安全性和经济性都起着重要的影响作用。锅炉燃烧系统的稳定性对于锅炉效率和氮氧化物的生成有着密切的联系。电站锅炉的燃烧状态对锅炉的安全运行、优化燃烧以及节约能耗等有重要意义［1］。
锅炉燃烧是一种多变量、强耦合、极其复杂的非线性的化学和物理过程，这对于锅炉温度场测量也带来很多困难，在锅炉燃烧过程中,为了提高锅炉的燃烧效率,使燃烧过程安全稳定的进行,必须要对锅炉燃烧进行合理的控制,通过调节锅炉的送风量、引风量在一个合理的范围内,监测锅炉的炉膛温度,使锅炉内保持良好的燃烧状态,提高锅炉的燃烧效率进一步减少烟气产生的热损失。发电厂锅炉燃烧具有随机性、工况瞬间万变、系统庞大等特点，长期以来缺乏一种有效的在线测量炉膛温度的手段。锅炉炉膛温度测量也就成了影响提升锅炉效率的瓶颈之一。
通过对炉膛温度场的分析可以防止炉膛出口温度过高导致过热器结焦和锅炉管壁超温，可以及时矫正锅炉燃烧的不均衡，及时发现和矫正两侧烟温和汽温的偏差，防止锅炉烟气偏向一侧，从而导致一侧水冷壁磨损、结焦。做好锅炉炉膛测温工作可以优化风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内，提高燃烧效率降低氮氧化物生成，降低污染物排放，对于配置有脱硝装置的发电厂锅炉，可大大降低发电厂脱硝装置运行费用和脱硝耗材费用，为提高锅炉运行的经济性和安全性打好基础。
1 声波测温技术
声波测温技术是近年来开始发展起来的新型的测温技术。声波测温是基于声波传播速度随介质温度变化的原理［2］。在理想气体中声速与绝对温度的平方根成正比，在大多数液体中，声速与温度的关系呈线性，在一般固体中，当温度升高时，声波在其中的传播速度减小．所以通过测量介质中的声速，就可以决定介质温度。
由热力学中气体方程和声学中的声波波动方程得到声波传播速度和介质温度的关系如下：
其中, C——声音在介质中的传播速度
R——气体常数
k——气体的绝热指数
M——气体分子量
T——气体温度
由此，在已知声波传播速度的条件下，可以方便获得介质的温度信息。
2 声波测温技术在电厂的应用
河北某燃煤发电厂一号机组发电机功率330MW，锅炉型号B&WB-1025/18.3-M，属于亚临界压力，中间一次再热，单汽包，自然循环，半露天，单炉膛，π型布置，平行通风，固态排渣，煤粉锅炉。机组配有脱硫、脱硝、除尘等环保设备。
在经济转型的大背景下，发电企业普遍面临转型发展课题。电力能源政策出现调整，同时对锅炉燃烧也不断提出新的适应性要求，煤种多变、改烧非设计煤种或掺烧煤泥等。为了深度调峰时稳定燃烧，掺烧高挥发份的优质煤种，为了降低燃料成本，掺烧低价劣质煤等，广泛采用低氮燃烧方式，改变了锅炉内燃烧形式。为了适应火电机组深度调峰，需要燃烧工况随负荷频繁大范围调整，这就需要对锅炉燃烧进行更好的监测和运行调整。
为了实时监测锅炉炉膛温度场，防止火焰中心偏斜，提高锅炉燃烧效率，在锅炉上安装声波测温系统。通过安装声波测温系统，可以对锅炉内燃烧状态进行监测，运行人员可以根据实际工况对锅炉燃烧做出优化调整，有效控制锅炉燃烧。防止锅炉偏烧导致的主汽温偏差大的问题，减少了锅炉喷水减温装置的喷水量，从而提高锅炉的经济性。
声波测温系统基于声速与介质温度的关系，在燃煤发电机组锅炉上，在炉墙四周分别安装声波发声和接收装置，声波测温系统现场设备安装于锅炉标高35米处，处于锅炉OFA燃尽风上层与锅炉折焰角之间的同一水平面的四壁上，利用锅炉预留短吹孔安装，锅炉左墙、右墙各安装2个声波测点，锅炉前墙安装2个声波测点，后墙安装3个声波测点，就地一共安装9个测点。声波测温系统施工时拆除预留短吹孔堵头，焊接直径约为100毫米的圆孔法兰。声波导管采用法兰连接，易安装，整体改造工作量小施工工期短。声波测点采用同轴电缆与主控室主机相连。
3 声波测温系统构成
（1）声波测温声源发生系统
声源发生系统是能量转换装置，是由某大学自主设计的声波发生系统，该声源发生系统具有功率大、频率范围可调等多项特点。
（2）声波测温声信号接收系统
声信号接收系统是用来接收发来自声波发射器的声频信号，该系统使用的增强型声波传感器具有灵敏度高、使用寿命长、易维护等优点。
（3）声波测温声波导管
声波导管连接声波发生器与锅炉炉体。声波发生器调制的声波在声波导管被放大并导入炉体。一方面，声波导管用来减弱热传导，起到保护作用。另一方面，声波导管有利于声学阻抗的匹配。
（4）声波测温数据采集系统
实现对声学信号的模数转换、信号调理、数据采集、实时处理。
（5）声波测温软件系统
声波测温系统软件提供一个完整的、友好的人机交互界面，是一个多功能、完备有效的管理程序，支持系统操作、参数调整和设备维护。声波测温系统软件利用“模块化”的编程思维，声波测温系统软件分为：（1）参数设置模块，（2）数据采集模块，（3）示波模块，（4）声波发射控制模块，（5）滤波模块，（6）声波飞渡时间计算模块，（7）温度场可视化模块，（8）历史温度趋势显示模块等8个功能区。
温度场可视化模块可以将测温数据转换为平面温度分布图，实时显示锅炉炉膛内温度分布，记录和回放历史炉膛温度分布变化，同时可以生成三位温度场图、等温线图和路径温度图等多种形式的表图，便于温度趋势和温度统计分析。
.png)
4 结论
声波测温系统通过现场安装施工和后期专家调试，经过长时间试验。试验结果表明：声波测温系统可以相对准确地测量炉膛温度场，能够准确反映锅炉内部烟温分布和变化,在声波测温的协助下开展燃烧调整后,为锅炉优化燃烧调整和锅炉蒸汽温度控制提供直接的、有力的依据。利用声波测温系统精准监测，可以有效克服锅炉炉膛火焰偏烧导致的锅炉水冷壁垂直管道和壁温超温等问题，可以有效预防发电机组迅速升降负荷时引起的温度场偏烧导致的一系列问题。同时，锅炉水冷壁、过热器及再热器系统均安装了一定数量的壁温测点，与声波测温系统合理配合使用，可以准确地判断超温的原因是由于锅炉燃烧问题还是水动力问题，可以更好地进行锅炉燃烧优化调整、燃水比调节以及减温水量控制，从而更好地控制锅炉的热偏差、控制好金属壁温和蒸汽温度，确保发电厂机组安全经济稳定的运行，提高锅炉经济性和安全性。
参考文献：
[1]声学测温技术在电站锅炉中的应用研究[J]. 李志勇,沈国清.??电力安全技术.?2017(04)
[2]声波测温系统在宝钢电厂炉膛烟温监测系统上的应用[J]. 胡欢,徐肇熙.??科技展望.?2015(16)
作者简介：冉永为，工程硕士，高级工程师，注册安全工程师，网络工程师，从事火电厂自动化维护工作。