一种电站锅炉炉膛出口及水平烟道烟气温度场实时测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电站锅炉监测技术领域，涉及一种电站锅炉炉膛出口及水平烟道烟气 温度场实时测量方法。
【背景技术】
[0002] 炉膛烟气温度，特别是炉膛出口区域烟气温度是电站锅炉运行中需要监控的一个 非常关键的参数，实现炉膛烟气的实时准确测温对保障火电厂安全运行，提高机组经济性 和优化锅炉设计具有重要意义。
[0003] 传统的火电厂设计中，随锅炉指定配供烟温探针(左右各一套)作为测量炉膛出口 烟温的手段，如附图1所示。烟温探针是一种将热电偶送入炉膛或烟道，监测烟气温度的机 电设备。热电偶固定在探针的头部，由气动或电动推进器推动探针在烟气中作伸缩运动，热 电偶将测得的温度和位置转换系统检测到的热电偶进入炉膛的距离同时显示在集控室的 仪表盘上。烟温探针主要用于锅炉启动期间监测炉膛出口处的烟气温度，防止再热器管子 烧坏，也可以作为辅助控制工具测量锅炉低负荷运行时的烟气温度，当测得炉温达到设定 的保护值时，烟温探针系统会发出报警并自动退回探针。
[0004] 利用温度探针测量炉膛出口烟温的传统技术手段，不受炉膛烟气性质的影响，直 接与烟气接触测量，测量精度较高，测温元件使用热电偶，设备廉价。但温度探针只能在启 动投粉初期1小时内、烟温<530°C情况下工作，且8m~9m长的烟温探针进出高温炉膛极易损 坏(大部分锅炉的烟温探针均已损坏），所以不能满足锅炉运行全过程监测的需要，不利于 锅炉燃烧优化。特别是当前各个发电集团的电厂由于煤种多变纷纷在开展煤种适应性试验 研究和运行监控管理的情况下，实现在全负荷范围内炉膛出口烟温的测量显得尤为重要， 很明显传统的烟温探针测温系统满足不了火电厂的炉膛出口烟温测量需求。同时应引起注 意的是传统的烟温探针测量方式只简单补偿了环境温度，对因热电偶周围存在低温受热面 引起的测量温度偏低没有修正，只能表征烟温变化趋势和速率，未能很好的表征烟气的真 实温度。而且传统烟温探针烟温测量系统左右只各有一只温度探针，只能测量锅炉水平烟 道固定位置沿宽度方向的烟气温度，不能满足一些基于整个炉膛出口温度场的机组运行状 态和设备状态分析的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的问题在于提供一种电站锅炉炉膛出口及水平烟道烟气温度场实时 测量方法，采用多点立体测量体系，实时修正热电偶周围冷壁引起的测量值偏低，并在此基 础上根据水平烟道中的对流过热器与再热器受热面的进口烟温分布和出口汽温分布之间 的关系计算各受热面入口沿宽度方向的烟气温度分布，能够满足大型电站锅炉炉膛出口高 温烟气环境下烟气温度的长期可靠测量，实现实时测量计算电站锅炉炉膛出口和水平烟道 内高温烟气温度场。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种电站锅炉炉膛出口及水平烟道烟气温度场实时测量方法，包括以下操作：
[0008] 1)构建多点立体测量体系：
[0009] 在锅炉水平烟道设置多列烟温测点：在三级过热器后侧、四级过热器后侧、二级再 热器后侧分别设置一列等距分布的烟温测点，每列烟温测点与其前后受热面等距;烟温测 点采用铠装热电偶进行温度采集；
[0010] 2)将烟温测点所采集的温度修正为锅炉炉膛出口烟气温度：
[0011] 烟气对热电偶的换热系数α，由下式计算：
[0012] a = ac+ar (1)
[0013] 式中:ac、ar-分别为对流和辐射换热系数，kW/(m2 · K);
[0014] Qc = Nu · λ/L (2)
[0015] Nu = CRemPr0'3 (3)
[0016] 式中：Re-烟气的雷诺数，
[0017] Nu-烟气的努塞尔数，
[0018] Pr-烟气的普朗特数，
[0019] λ-烟气的导热系数，kW/(m*K)，
[0020] L-特征长度，取热电偶的保护管直径，m;
[0021] 系数C和m取决于烟气Re数的大小；当Re值处于40~IO3范围内时，C = O. 51，m=0.5; 当Re=103~2X104t，C = 0.26，m = 0.6;
[0022]
[0023] 式中：Tf、Ttc 一分别为烟气真实温度和热电偶表面温度，K;
[0024] 〇。一波尔兹曼常数，〇。= 5.67\10-111^/(1112.1^4);
[0025] Ite-热电偶表面黑度；
[0026] & 一烟气黑度；
[0027] |f=1-e-KPS (5)
[0028] S = 3.6V/IF (6)
[0029] K=Kg+Ka (7)
[0034] V0H = 〇 .0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.03330 ar (12)[0035] 式中:K 一烟气介质的辐射减弱系数，
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0036] P-炉内介质压力，对一般锅炉取P = O .IMPa，
[0037] S-辐射层有效厚度，
[0038] V-烟道空间被前后受热面和四面炉墙界限的容积，m3;
[0039] 2F-烟道空间界限内壁面总面积，m2;
[0040] Kg、Ka-分别为烟气中三原子气体和粉尘(灰尘)的辐射减弱系数，
[0041 ] rt-三原子气体所占烟气的容积总份额，
[0042] -烟气中水蒸汽的容积份额，
[0043] u-烟气中灰尘的浓度，kg/kg，
[0044] A-系数，参照相关标准选定，
[0045] ayh-烟气携带的燃料灰分的份额，参照相关标准选定，
[0046] Gar-燃烧产物的质量，kg，
[0047] agl-过量空气系数，
[0048] Ff-燃料完全燃烧所需要的理论干空气量，m3/kg，
[0049] Aar、Car、Sar、Har、0ar-收到基的灰分、碳、硫、氢、氧;然后计算炉膛出口的烟气温 度，公式如下：
[0050]
[0051] 式中T2是冷壁表面计算温度，采用下式得到：
[0052]
[0053] 式中：Ti 一第i面冷壁表面温度，K，
[0054] -组成第i面冷壁第j根炉管管管壁温度，K，
[0055] Δ -组成第i面冷壁第j根炉管管壁温度修正温度，K;
[0056] η-组成第i面冷壁的炉管根数；
[0057] 当冷壁截面为烟气时，冷壁温度Ti直接取为烟气温度Tf;计算出每个Ti(i = l~6) 后，冷壁表面计算温度按照面积加权平均计算：
[0058] T2= I(TiFi)/IFi (15)
[0059] 式中：T2-冷壁表面计算温度，K，
[0060] Ti 一第i面冷壁表面温度，K，
[00611 Fi-第i面冷壁表面积，m2;
[0062] 按照上述公式迭代计算Tf，直到Tf的计算值和假设值误差〈1K时收敛，此时的计算 值即为修正后的锅炉炉膛出口烟气温度;针对每个烟温测点分别计算其各自的修正温度；
[0063] 3)根据炉膛出口和水平烟道中的对流过热器与再热器受热面的进口烟温分布和 出口汽温分布之间的关系计算各受热面进口沿宽度方向的烟气温度分布：
[0064] 当受热面进口蒸汽混合良好，其进口烟温分布用下式计算：
[0065]
(M)
[0066] 式中：
[0067] Θ ' 一受热面进口烟温分布，K;
[0068] r 一受热面进口平均计算烟温，κ;
[0069] f一受热面进口平均蒸汽温度，K;
[0070] p-受热面出口平均蒸汽温度，K;
[0071] t〃一受热面沿炉膛宽度某管屏出口蒸汽温度，K;
[0072] qf一受热面各管屏间流量偏差系数；
[0073]受热面进口平均蒸汽温度？取受热面进口集箱温度，受热面出口平均蒸汽温度？ 取受热面出口集箱温度;受热面各管屏间流量偏差系数％由锅炉计算手册获取;取距受热 面每根炉管最近的出口管壁温度测点测量值的平均值作为该管屏的蒸汽出口温度t"；将待 测受热面进口的左、右侧三支铠装热电偶测得的烟温修正后取平均值作为受热面进口左右 侧的烟气温度，即该受热面最左侧和最右侧管屏的进口烟温分布θ