1、鍋爐三維可視立體系統(tǒng)適用于各種測溫儀研發(fā)人：劉澤源目錄1. 總則32. 項目的啟動33. 主要參考資料34. 測溫儀介紹35. 紅外基本測溫原理46. 紅外測溫儀安裝57. 關(guān)于軟件的要求71 燃燒效率72. 風粉配比對應效率73 爐膛分類84 NOx控制95 三維立體成像106 其他要求111. 總則適用于的鍋爐燃燒系統(tǒng)的運行優(yōu)化，包括設(shè)計、調(diào)試、試驗等各方面的技術(shù)要求。技術(shù)文件中提出了最低限度的技術(shù)要求，并未規(guī)定所有的技術(shù)要求和適用的標準，供方提供一套滿足本文件和所列標準要求的高質(zhì)量產(chǎn)品及其相應服務(wù)。對國家有關(guān)安全、環(huán)保等強制性標準,必須滿足其要求。2. 項目的啟動“三維可視測控系統(tǒng)的研究

2、與應用”項目列為天津某公司2013年科技項目計劃，該項目是通過研制新模塊式型密封，最終實現(xiàn)高效、節(jié)能降耗、降低投資的目標。課題組對三維成像技術(shù)的研究與應用做了全面的調(diào)研及技術(shù)論證，在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合電廠實際磨煤處理設(shè)備、設(shè)施情況，確定課題的研究方案及思路,對系統(tǒng)研發(fā)及項目的進度做了周密的安排。3. 主要參考資料1) 電站鍋爐性能試驗規(guī)程GB10184882) 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程DL/T86920043) 火電常煤粉鍋爐燃燒室防爆規(guī)程DL/435914) 火力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范（鍋爐機組篇）DL/T5007955) 氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸

3、GB9856) 火力發(fā)電廠鍋爐機組檢修導則第一部分：總則DL/T748.120014. 測溫儀介紹電站鍋爐專用設(shè)備FUTIC系列光譜在線測溫儀是一種遙感探測式鍋爐爐膛專用測溫儀器，可以用于填補鍋爐高溫輻射區(qū)與對流區(qū)重要位置溫度在線監(jiān)測的空白，也可以對燃燒器高溫部位進行測量對燃燒器進行精確控制。本儀器附有空氣冷卻系統(tǒng)，工藝設(shè)計精致周到。具有耐高溫、可長期連續(xù)工作、安裝簡便，使用可靠等特點。遙感式紅外溫度議組裝在牢固的鋼制冷卻套內(nèi)，符合IP65防護標準，可以在露天環(huán)境下安裝并長期運行。該產(chǎn)品在高溫環(huán)境下能夠在線連續(xù)工作，只需要在現(xiàn)場提供一個壓縮空氣源，對本儀器進行冷卻和吹掃。儀器配有空氣過濾系統(tǒng)可

4、應對電廠儀用壓縮空氣品質(zhì)差等問題，對惡劣的現(xiàn)場環(huán)境的適應性很強。用戶的準備工作非常簡單，只需在儀器安裝位置提供通常的壓縮空氣氣源(標準廠用壓縮空氣)和兩條帶有屏蔽的信號電纜。儀器的測量結(jié)果可以通過配帶的數(shù)顯表計（數(shù)顯表單指MI系列）直讀或根據(jù)需要接入到任何控制系統(tǒng)（如DCS）的4-20mA信號回路，或數(shù)字式的或者模擬信號的記錄裝置。光譜在線測溫儀的“遙感式紅外線”探頭具有獨特的專利設(shè)計，使之屏蔽雜亂的廣譜紅外輻射信號，只接收爐膛中的CO2煙氣輻射的紅外波譜，有效的排除掉其他電磁頻譜（無線電波、微波、可見光、紫外線、伽馬射線、X光、其他紅外線）環(huán)境因素的干擾。本儀器具有檢測精度水平高，抗干擾能力

5、強等特點。適合測量鍋爐系統(tǒng)的高溫區(qū)域的過程參數(shù)本儀器的通用型測量范圍為385 1600（CS系列），已能滿足用戶的一般使用要求。對于特殊的用戶，可以選用測量范圍5001800（MI系列）的高溫型儀器。通過不同的選用方案，滿足鍋爐爐膛各溫度區(qū)域的測溫需求。如（MI系列）500-1800，測溫的位置是在爐膛燃燒區(qū)域，這里能更好的控制燃燒溫度，減少NOx的生成，在爐膛出口位置安裝（CS系列）385 1600有效監(jiān)控爐膛出口煙溫，并與灰熔點這一指標進行比較，從而給鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整提供重要的手段。還可以安裝在鍋爐燃燒器的上方，對單一和全部燃燒器進行監(jiān)控，并及時調(diào)整鍋爐整體燃燒，形成三維溫度控制體系。5.

6、 紅外基本測溫原理紅外測溫儀中的光學系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳碾娦盘枴Ｔ撔盘柦?jīng)過放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。紅外測溫是利用測量物體所輻射出來的輻射能量來測量物體溫度，它的理論依據(jù)是斯蒂芬-

7、玻爾茲曼定律，物體的溫度越高，它所輻射出來的能量越多。6. 紅外測溫儀安裝 測溫儀安裝在鍋爐折焰角下方，設(shè)計上安裝八臺，分別為左兩臺右兩臺，上兩臺下兩臺，交叉式安裝，利用光譜吸收的原理，使溫度全面接收，從而更好掌握了爐膛內(nèi)溫度截面，通過軟件的顯示方式顯示到鍋爐性能優(yōu)化軟件中來。 自燃煤發(fā)電廠誕生以來，燃燒區(qū)域關(guān)鍵參數(shù)的測量一向是一個難題，而且一直沒有得到解決，是發(fā)電行業(yè)公認的盲區(qū)與“黑匣子”。因為現(xiàn)有的測量技術(shù)與手段都無法勝任在攝氏1300度的爐溫下正常工作。而能否獲得其中最關(guān)鍵的三個參數(shù)-燃燒區(qū)域溫度O2、CO的濃度的精確值，直接影響到鍋爐運行的熱效率、機組熱效率、每度電的煤耗等經(jīng)濟性指標。

8、 圖1. 四角切圓爐燃燒情況 通過紅外實時在線測量燃燒區(qū)域的火焰溫度、O2、CO的濃度值，生成燃燒區(qū)域截面掃描圖以及這三個變化量的二維影像圖，實時獲得爐膛內(nèi)燃燒狀況，為有效地監(jiān)控不同混煤條件下的爐內(nèi)燃燒工況提供可靠信息，從而采取有效的調(diào)節(jié)手段優(yōu)化燃燒。眾所周知，均衡燃燒是能否取得鍋爐最優(yōu)熱效率的基本前提。 圖2. 初期構(gòu)想測溫儀安裝位置這是四角切圓爐的結(jié)構(gòu)，紅色為火焰，藍色為測溫儀回收的信號，通過接線傳輸?shù)接嬎銠C進行匯總，進行分析，得出圖像。針對四角切圓爐，系統(tǒng)承載8個紅外測溫儀，可以同時繪制多個氣體濃度、溫度剖面分析圖。同時，實時測得的O2、CO、CO2濃度與溫度場數(shù)據(jù)并通過OPC以及其它通

9、訊協(xié)議傳輸至DCS或燃燒優(yōu)化系統(tǒng)，參與實時燃燒優(yōu)化計算與控制。 會呈現(xiàn)以下圖像圖3. 初期構(gòu)想圖像1圖4. 初期構(gòu)想圖像27. 關(guān)于軟件的要求1 燃燒效率爐膛內(nèi)是否均衡燃燒是實現(xiàn)鍋爐最優(yōu)效率、最優(yōu)經(jīng)濟指標的絕對前提，而這又追溯到風粉是否在燃燒前均勻混合、如何取得最優(yōu)化的風和粉的配比動態(tài)值。而這些數(shù)據(jù)的缺乏給實時燃燒優(yōu)化控制帶來極大的難題與挑戰(zhàn)。依照傳統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)方法與測量手段，在做優(yōu)化調(diào)整之前無法得知這些工況的具體數(shù)據(jù)，而調(diào)整之后又無法及時、準確地驗證優(yōu)化效果。在天津鷹麟這種紅外測量系統(tǒng)發(fā)明以后，這些問題便迎刃而解。發(fā)電煤耗(g/KWh)=(汽輪機熱耗 X 100)/(0.99 X鍋爐效率)/

10、29.271 平衡燃燒優(yōu)化鍋爐運行后，過氧量的降低直接導致送引風機的功耗下降231.5KW。2. 風粉配比對應效率根據(jù)日照電廠SIS數(shù)據(jù)統(tǒng)計，廠用電率由4.14061%下降為4.13701%.該小指標直接貢獻于供電煤耗的下降。 鍋爐燃燒的副產(chǎn)品除灰渣外，還有大量的NOx、CO2。這對環(huán)境造成污染，加速全球溫室效應。鑒于目前多數(shù)鍋爐為降低飛灰含碳量，運行在風粉比率值較高區(qū)域，有些鍋爐的過氧量設(shè)定值在4.5%-5.0%左右，這勢必造成過多的熱空氣浪費，同時大大提高了NOx、CO2排放量。在能夠?qū)崟r監(jiān)測燃燒區(qū)域的O2、CO濃度以及溫度值以后，為實時優(yōu)化燃燒調(diào)節(jié)提供了直接、可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，DCS可以計

11、算出精確的風/粉比率，可以實現(xiàn)均衡配風，大幅降低風粉比率值，過氧量值設(shè)定在2%左右就能夠獲得均衡、優(yōu)化的燃燒效果。而NOx產(chǎn)生量的多少與過氧量成正比關(guān)系，過氧量的降低直接導致NOx排放量的大幅下降在鍋爐實際運行過程中，火電機組因為缺乏對爐膛及爐膛出口的燃燒工況的實時監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備，其風粉配比的優(yōu)化和污染物排放控制難以達到最佳狀態(tài)，導致機組運行經(jīng)濟性的進一步改善受到制約。因此需要尋求一種在線的方法實現(xiàn)對爐內(nèi)的燃燒狀況進行實時監(jiān)控，為鍋爐的高效經(jīng)濟運行以及提高可用率要提供可靠信息。 3 爐膛分類鍋爐按照蒸汽參數(shù)分，分為中壓鍋爐（p=2.94-4.92MPa）, 一般壓力為22.13 MPa；高壓鍋

12、爐（p=7.84-10.8MPa），一般壓力為9.8MPa；超高壓鍋爐(p= 11,8-14.7MPa)，一般壓力為13.73MPa；亞臨界鍋爐（p=15.7-19.6MPa），一般壓力為16.67MPa；和超臨界壓力鍋爐(p>22.1MPa) ，一般壓力為22.13MPa。按燃燒方式的不同，鍋爐可以分為：層燃爐，室燃爐，旋風爐和循環(huán)流化床爐等。其中室燃爐是目前電廠鍋爐的主要型式。燃燒煤粉的室燃爐中，燃料是懸浮在爐膛空間內(nèi)進行燃燒的。根據(jù)以上兩種分類，要求根據(jù)鍋爐類型對軟件生成的畫面作出相應改變。4 NOx控制通過燃燒溫度控制NOx排放，NOx與溫度的關(guān)系如下圖所示圖6. NOx與溫度的

13、關(guān)系1200°C左右，NO與NO2生成量仍然很小，但NO生成量已經(jīng)超過NO2，常規(guī)燃燒溫度（>1300°C）下，有可觀的NO生成，但NO2量仍然很小。煙氣冷卻過程中，根據(jù)熱力學計算，NOx應主要以NO2的型式存在，但實際90%-95%的NOx以NO的型式存在，主要原因在于動力學控制。圖7. NOx化學鍵燃料中的N通常以原子狀態(tài)與HC結(jié)合，CN鍵的鍵能較N N 小，燃燒時容易分解，經(jīng)氧化形成NOx火焰中燃料氮轉(zhuǎn)化為NO的比例取決于火焰區(qū)NO/O2的比例燃料中2080的氮轉(zhuǎn)化為NOx。5 三維立體成像電廠DCS中在爐膛有很多測溫點，根據(jù)這些測溫點和生成的二維界面，形成三維溫度網(wǎng)絡(luò)，可以再二維與三維之間切換。圖8. 二維圖像圖9. 三維立體成像6 其他要求1. 軟件從測溫儀輸出信號得到溫度。根據(jù)測溫儀安放的位置能確定一個坐標值。2. 在生成圖像后，當鼠標移到到某一位置，能顯示出該位置的溫度。3. 圖像的傍邊有一個比例溫度，顏色越深，表示的溫度越高。設(shè)置的最高處溫度為紅色，最低處溫度為藍