炉膛声波测温系统在“W”型锅炉中的运用

炉膛声波测温系统在“W ”型锅炉中的运用

收稿日期：2019－05－31

作者简介：漆信东（1976－），工程师，主要从事火力发电企业管理工作。

漆信东

（重庆旗能电铝有限公司，重庆401420）

摘要：介绍锅炉炉膛声波测温系统的声波测温原理以及在重庆旗能电铝有限公司“W ”

型锅炉中的运用情况，得出炉膛声波测温系统对运行监控具有指导意义。关键词：锅炉；声波测温系统；运用中图分类号：TM621．2文献标识码：A 文章编号：1008-8032（2019）04-0020-03

火力发电厂燃煤锅炉中炉膛燃烧区域的温度均衡对锅炉效率有着重要影响，影响着煤粉的着火、燃

尽以及污染物SO 2和NO x 的生成量，

最终影响锅炉的经济性和安全性。传统的接触式测温技术，因为受限于测量元件的耐高温性能，不适用于“W ”锅炉1600ħ左右的炉内高温和腐蚀性很强的恶劣环境。声波测温作为一种非接触式、基于声波理论的锅炉燃烧在线监测新型温度测量技术，不受外部条件的影响，适应2000ħ以下各种高温、腐蚀、多尘的恶劣环境，具有测量精度高、测量范围广、实时监测和远程控制等诸多优点［1］

。

1

声波测温原理

锅炉炉膛声波测温系统（ATMB ）的技术原理是利用声波在烟气中传播速度与温度的物理学关系，通过检测与数学分析手段得到声波传播路径上的平均温度

［2］

。在理想状态下，声波与温度的关系为

v =

γＲT

槡

m

=槡Z T （1）T =

v Z

2

（2）

式中：v 为声波速度，m /s ，通过检测长度除以传播时间可得；γ为气体比热，在烟气成分比较稳定的状况下为常数；Ｒ为气体常数，

J /mol ·K ；m 为气体摩尔质量，

kg /mol ；Z 为绝热系数；T 为开尔文温度，T 。重庆旗能电能有限公司锅炉燃烧区长25m 、宽13m ，在“W ”型锅炉炉膛烟气出口层前后左右对称布置10个测点，每个测点既是声波发声点，也是声波接收测点，其中前后墙分别布置4个测点，左右墙布置1个测点。如图1所示，声波在炉膛中有25条固

定的传播路径。比如两点之间的距离为S （不变），一点发声，

另外一点接收，两点进行同步采集，对两个采集到的信号进行识别，可以得到两点之间声波的传播

时间，再结合计算公式，就得到该两点传播路径上的平均温度，

以此类推得到25条平均温度线。

图1锅炉炉膛声波测温系统布置图

2

电厂运行情况

重庆旗能电铝有限公司的2ˑ330MW “W ”型

燃煤机组采用东方锅炉产品，为亚临界压力中间一次再热的自然循环锅炉，单炉膛Π型露天岛式布置，燃烧器布置于下炉膛前后拱上，“W ”型火焰燃烧方式，于2013年年底投产。作为电解铝的自备电厂，年运行时长超过8100h ，自用负荷不低于560MW ，燃用低煤质、高硫分煤炭。锅炉拱形燃烧区长25m 、宽13m ，左右两侧进风，24组燃烧器前后墙方向对称布置，大风箱贯穿前后水冷壁，存在各风量不均、抢风的现象。运行中存在锅炉炉膛结焦、

第24卷第4期重庆电力高等专科学校学报2019年8月

Vol．24No．4

Journal of Chongqing Electric Power College Aug．2019

空预器堵塞、引风机失速、电除尘短路等现象，其中空预器由于硫酸氢铵堵塞，阻力最高达到3．2kPa 。机组投产以来先后由于高温腐蚀、吹灰枪吹损、炉膛结焦等原因造成机组非停20次，出现水冷壁管道大面积高温腐蚀，严重影响机组安全运行。分析原因是锅炉燃烧调整不合理，导致高温腐蚀或者局部温度偏高、结焦，

SO 2、NO x 等污染物生成量偏高。2014年底重庆旗能电铝有限公司与深圳东方锅炉控制有限公司合作研发锅炉炉膛声波测温系

统，在1#锅炉上进行工业试验。2018年12月通过中国动力工程学会产品鉴定，测量误差小于1%，评定为国内领先，具有国际先进水平。3声波测温在“W ”锅炉的运用情况3．1

300MW 工况燃烧调整试验1）基础情况检测

锅炉磨煤机全投运。通过检测发现锅炉左右侧氧量不均，为1% 6%，偏差比较大。左侧第三测点的氧量为1%，烟气中CO 局部含量高达1．0ˑ10－2mg /kg 。右侧第八测点氧量高达6%，烟气中CO 含量近零。缺氧燃烧，造成飞灰可燃物高。此工况下左侧飞灰可燃物达到5．41%，右侧飞灰可燃物1．96%，锅炉效率为91．012%。分析锅炉效率比较低的原因，主要有干烟气热损失、未燃尽碳热损失及CO 引起的热损失。

通过锅炉炉膛声波测温系统对比分析，认为该负荷下，炉膛左侧区域燃烧剧烈，热负荷高，基本判断是此区域粉量偏大，需对风量进行调整。由图2中可知，燃烧器A2、B1、A1和C5、D4、C4区域温度最高，热负荷最高

。

图2

燃烧器各区域温度测试

2）二次风调整

通过以上分析可知，需要调整二次风，补充该区域风量，消除CO 。开大C 风门，使风和粉混合充

分。燃烧调整对比了几种工况：工况1是开大A2、B1、C5、D4燃烧器C 风门，由10%开至50%；工况2是在工况1基础上再开A1、

C4燃烧器C 风门；工况5的负荷较高，为315MW ，在开大C 风门情况下，停掉B1、D4燃烧器。调整后趋势降低明显，最高点CO 由1．0ˑ10－2mg /kg 降至2．0ˑ10－2mg /kg 左右。3．2

250MW 工况燃烧调整试验

负荷250MW 试验主要是在停不同磨的情况下，进行锅炉效率测试，并根据炉膛声波测温系统测试结果对烟温区域进行分析，从而判断不同磨对炉膛烟温的影响。工况3为停C 磨，工况4为停A 磨，工况5在工况4基础上减小50t /h 风量。250MW 试验数据见表1。

表1

250MW 试验数据

项目

工况3

工况4

工况5

机组负荷/MW 240250250磨煤机组合

ABD

BCD

BCD

脱硝入口氧量（左/右）/%4．1/5．154．23/5．353．38/4．45

脱硝入口NO x （折算后）/（mg /Nm 3）

524/482482/414427/351

飞灰可燃物（左/右）/%3．37/1．914．39/3．813．68/4．44排烟温度/ħ

138．3134．8135．9排烟温度（修正后）/ħ127．1125．2125．6空气中水分引起的热损失/%0．0603

0．0687

0．0649

干烟气热损失/%4．65514．86174．6086燃料中水分引起的热损失/%

0．0628

0．0808

0．0810

燃料中氢引起的热损失/%

0．2024

0．2196

0．2202

未燃尽碳热损失/%1．43331．85901．8401生成CO 引起的热损失/%

0．0665

0．0054

0．0157

辐射对流热损失/%0．22000．22000．2200未测量热损失/%0．20000．20000．2000锅炉热效率/%93．1

92．485

92．750

锅炉热效率（修正后）/%

93．22192．92893．163

试验证明，负荷在250MW 下锅炉效率高于

300MW 。300MW 负荷下排烟温度高，且CO 相对

生成量较大，而250MW 负荷下CO 引起的热损失低。将停运C 磨和停运A 磨进行比较，停运A 磨CO 引起的热损失更低，炉膛烟温更均匀。通过观察可知，只要投运A 磨（满负荷磨煤机全投，投运3台磨），

均存在左侧区域靠中间位置烟温偏高的现1

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