声学测温技术在国内某电厂中的应用

声学测温技术在国内某电厂中的应用
摘要：维持锅炉的合理运行需要正确的烟气侧参数的控制，FEGT这个特别点对
于锅炉的安全稳定运行有重大意义。

国内某发电厂，采用华北电力大学的声学测
温技术，取代#3炉炉膛烟温探针，在原有的烟温探针口，加装声学测温系统，实现对炉膛出口烟温的实时在线测量。

经过长期运行，测量准确，效果良好，建议
国内同行参考和借鉴。

关键词：温度测量；热工；锅炉；600MW机组；声学测温
1 引言
电站炉膛出口点是对流区和辐射区的分界点，通常把这一特别控制点称为FEGT（炉膛出
口烟气温度）。

FEGT是锅炉设计和反映运行状态的非常重要的过程控制参数。

对FEGT实时
监测，可以帮助锅炉运行人员及时发现运行状态的变化，帮助专业技术人员掌握和控制设备
运行状态，提供过热器和再热器超温信息、炉膛受热面结渣和积灰控制、吹灰或智能吹灰控
制和降低NOx排放的重要依据。

可以及时反映对运行状态的调整效果和给予直观快速的信息
反馈，可维持锅炉运行和保证锅炉性能的经济性、稳定性、安全性、可靠性和排放物的低排放。

由于传统炉膛烟温测量仅仅依靠电厂采用带有冷却装置的热电偶类烟温探针用以监测FEGT，带有类似长吹的机械伸缩传动装置，体积庞大，而且限制其在规定的温度极限内。

当FEGT超过700℃时必须强制将其收缩回来，以免被烧毁，不能实现在线测量。

因此，拟引入
先进的声学测温技术对炉膛出口烟气温度进行实时在线监测。

2 声学测温技术原理
声学烟气测温仪是远距离非接触式测量装置，可安装在任何观察口、检修口等炉壁开孔
墙面外部。

与坚固的具有保护性冷却套锁和具有空气冷却、吹扫、过滤的前处理管路相配合，适用于环境恶劣的测试环境。

安装使用简便，完全可以满足燃煤电厂锅炉的一般要求由热力学中气体方程和声学中的声波波动方程推导出声波传播速度和介质温度的关系如下：
图1：炉膛出口烟温声学测量示意图
华北电力大学经过多年研发，开发了具有独立自主知识产权的声学测温系统。

声学测温
系统受惠于声、电、信号处理上的先进技术，提供连续的、准确的、实时的、非侵入的、全
自动的燃烧或热加工中气体温度的测量。

声学测温系统是一套完整的系统，适用于电站锅炉
的永久性使用。

3 声学测温系统组成及其功能
声波测温系统主要由三个部分组成：声波收发系统、处理控制单元和软件系统。

3.1声波发生器：
声波发生器是能量转换装置，是本系统的重要组成部分。

工作介质经声波发生器进行稳压、提速、放大后调制出高强声波。

它工作的有关参数必须根据锅炉的具体情况进行调整才
能达到工作状态的最优化。

由于炉膛内的高温、多灰、噪声大的恶劣工作环境，因此选取合
适的声波发生器至关重要。

首先，由于燃烧噪声的影响，声源发出的声波要有足够的强度，
即满足一定的信噪比，确保声波在传播到接收器时能量不至于完全被噪声“淹没”。

本系统采
用特制电动声源，满足现场要求。

3.2 声波接收传感器
传感器是用来接收发自声波发射器的声频信号，为了避免炉膛内高温烟气的辐射换热，
传感器应封装在不锈钢外壳中。

可以选择增强型压电式声波传感器，对频率响应、环境温度、现场的电磁干扰有一定的要求，本系统采用驻极体传声器。

3.3 声波导管
声波导管连接声波发生器与炉体。

声波发生器调制的声波在这里被放大并导入炉体。

一
方面，用来减弱热传导，起到保护作用。

另一方面，合理声波导管有利于声学阻抗的匹配。

本系统采用的声波导管通过声学喇叭方程计算、仿真，经过精心设计，用不锈钢加工。

3.4 处理控制单元
处理控制单元是整套测温系统的核心。

通过它实现了所有的控制、处理、输入输出和数
据存储。

本系统采用NI的PCI数采设备，和NI数据采集卡、控制卡、输出卡等硬件构成。

可以实现温度测量。

通过编制的软件进行处理。

控制柜安装在电子间，有独立的显示器，自
动运行。

3.5 软件系统
软件系统是一个多功能、完备有效的管理程序，支持系统操作、调整和维护。

可以安装
在任何一台基于Windows操作系统的台式电脑上。

提供一个完整的人机界面，在线温度监测、温度变化曲线等。

用户界面是一组和大多普通Windows应用程序一样风格的窗口显示。

绘图
软件为锅炉燃烧提供了丰富的可视化信息，既可以实现烟气温度和温度场分布的实时监测。

软件和普通应用程序一样采用菜单驱动，简单易操作。

软件分为参数设置模块、数据采集模块、TOF计算模块、重建算法模块、温度场显示模块、数据保存模块等，如图2。

所有功能都在后台自动完成，运行时只需直接观看炉膛温度
场显示画面即可。

图2 图2：软件模块图
4 系统安装和应用
厂方提供锅炉总图，经过现场考察锅炉结构，研究和论证后，确定拆除原有的炉膛烟温
探针，安装高度为56.5m处。

利用现有的炉膛烟温探针口。

左墙1个、右墙1个，一共2个
测点，实现单路径温度测量。

安装示意图如图3。

图3：声学测温系统安装示意图
测点主体为声波导管，连接声波发生器、传声器、电磁阀等。

声波导管根据观火孔的尺
寸定做。

声波导管与观火孔直接螺栓法兰连接，很方便，工作量小。

控制柜子尺寸为800*600*2200（宽度*深度*高度），固定在电子间的指定位置，内有主机、功放、数据采集卡、接线盒等。

线缆从就地测量安装引线管，经过桥架到电子间控制柜。

一共2个测点，发射端测点出
来3种线（传声器的同轴电缆线、喇叭的音频线、电磁阀的电源线）。

接收端出来2种线
（传声器的同轴电缆线、电磁阀的电源线）。

用于声波导管的定期吹扫积灰和冷却空气引自压缩空气母管，压力6公斤左右。

主管1寸，支管6分。

主管上安装手动阀门，便于检修时关闭。

支管由声波导管上标准6分电磁阀
控制通断。

系统投入后，通过长时间的运行，测量准确，效果良好。

加装声学烟气测温仪控制烟气
参数，可以改善锅炉性能，该系统提供了广泛的烟气温度测量范围，测量准确、见效快、效
益好，可以实现FEGT的实时在线监测，为锅炉的安全、稳定、经济运行提供了实时信息。

为锅炉系统进一步优化提供关键参数并拓展了空间。

系统主界面如图4.
图4：系统主界面图
5 结论
声学测温技术可以实时确定炉膛出口烟气温度，测温范围宽，测量精度高，非侵入式、
全自动化不需日常维护，可长期稳定、可靠地工作。

有效提高电厂运行安全性。

建议在今后
的工作中，针对电站锅炉的炉膛燃烧问题，可以加装多路径的声学测温系统，能够降低煤耗，并具有极显著的环保效果。

另外，温度场的实时在线监测还可以预防结焦、爆管、火焰偏斜
等燃烧造成的问题，可帮助企业实现智能化吹灰控制。

参考文献：
[1]马平，刘南南，王真，赵倩.四角切圆锅炉炉膛温度场均衡性优化[J].中国电力，2016，49（04）：124-130.
[2]梁亚园. 炉膛温度声波测量技术及应用研究[D].华北电力大学，2016.
作者简介：
张丰，（1985-），河北保定人，硕士，工程师，从事火电厂热控管理与维护，仪器仪表检修和控制逻辑优化工作。