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

摘要

本发明公开了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，通过构建多点立体测量体系，在锅炉水平烟道设置多列烟温测点，每列烟温测点与其前后受热面等距；再对烟温测点所采集的温度修正为锅炉炉膛出口烟气温度，并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。可在集控中心DCS画面上看到烟温在线实时测量值，在SIS页面的生产过程中看到烟温在线实时测量值和修正后的烟温值，利用四级过热器进口，二级再热器进口，立式一级再热器进口的截面的烟气温度场近似表征水平烟道内沿宽度方向和沿深度方向的烟温分布情况，以便于实时监控锅炉运行，保证运行安全。

主权项

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，其特征在于，包括以下操作：1)构建多点立体测量体系：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；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：烟气对热电偶的换热系数α，由下式计算：α＝α_c+α_r          (1)式中：α_c、α_r—分别为对流和辐射换热系数，kW/(m²·K)；α_c＝Nu·λ/L       (2)N_u＝CR_e^mP_r^0.3      (3)式中：R_e—烟气的雷诺数，N_u—烟气的努塞尔数，P_r—烟气的普朗特数，λ—烟气的导热系数，kW/(m·K)，L—特征长度，取热电偶的保护管直径，m；系数C和m取决于烟气R_e数的大小；当R_e值处于40～10³范围内时，C＝0.51，m＝0.5；当R_e＝10³～2×10⁵时，C＝0.26，m＝0.6；${\alpha }_r={\sigma }_0\frac{{\xi }_{tc}+1}{2}{\xi }_f{T_f}^3\frac{1-{(T_{tc}/T_f)}^4}{1-(T_{tc}/T_f)}---\left(4\right)$式中：T_f、T_tc—分别为烟气真实温度和热电偶表面温度，K；σ₀—波尔兹曼常数，σ₀＝5.67×10^‑11kW/(m²·k⁴)；ξ_tc—热电偶表面黑度；ξ_f—烟气黑度；ξ_f＝1‑e^‑KPS     (5)S＝3.6V/∑F       (6)K＝K_g+K_a     (7)$K_g=(\frac{7.8+16r_{H_{2}O}}{\sqrt{10{\mathrm{pr}}_{t}S}}-1)(1-0.37\times {10}^{-3}{T}_f)r_t---\left(8\right)$$K_a=\frac{{10}^{4}A}{\sqrt[3]{{\left(T_f\right)}^2}}\frac{u}{1+1.2uS}---\left(9\right)$$u=\frac{A_{ar}{\alpha }_{yh}}{100G_{ar}}---\left(10\right)$$G_{ar}=1-\frac{A_{ar}}{100}+1.306{\alpha }_{gl}{V}_0^H---\left(11\right)$$V_0^H=0.0889(C_{ar}+0.375S_{ar})+0.265H_{ar}-0.0333O_{ar}---\left(12\right)$式中：K—烟气介质的辐射减弱系数，P—炉内介质压力，对一般锅炉取P＝0.1MPa，S—辐射层有效厚度，V—烟道空间被前后受热面和四面炉墙界限的容积，m³；∑F—烟道空间界限内壁面总面积，m²；K_g、K_a—分别为烟气中三原子气体和粉尘(灰尘)的辐射减弱系数，r_t—三原子气体所占烟气的容积总份额，—烟气中水蒸汽的容积份额，u—烟气中灰尘的浓度，kg/kg，A—系数，参照相关标准选定，α_yh—烟气携带的燃料灰分的份额，参照相关标准选定，G_ar—燃烧产物的质量，kg，α_gl—过量空气系数，—燃料完全燃烧所需要的理论干空气量，m³/kg,A_ar、C_ar、S_ar、H_ar、O_ar—收到基的灰分、碳、硫、氢、氧；然后计算炉膛出口的烟气温度，公式如下：T_f＝ξ_tc×σ₀×(1‑ξ_f)(T_tc⁴‑T₂⁴)/α+T_tc    (13)式中T₂是冷壁表面计算温度，采用下式得到：$T_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{T}_{i,j}/n+{\mathrm{\Delta T}}_{i,j}+10---\left(14\right)$式中：T_i—第i面冷壁表面温度，K，T_i,j—组成第i面冷壁第j根炉管管管壁温度，K，ΔT_i,j—组成第i面冷壁第j根炉管管壁温度修正温度，K；n—组成第i面冷壁的炉管根数；当冷壁截面为烟气时，冷壁温度T_i直接取为烟气温度T_f；计算出每个T_i(i＝1～6)后，冷壁表面计算温度按照面积加权平均计算：T₂＝∑(T_iF_i)/∑F_i           (15)式中：T₂—冷壁表面计算温度，K，T_i—第i面冷壁表面温度，K，F_i—第i面冷壁表面积，m²；按照公式(13)迭代计算T_f，直到T_f的计算值和假设值误差<1K时收敛，此时的计算值即为修正后的锅炉炉膛出口烟气温度；针对每个烟温测点分别计算其各自的修正温度；3)根据炉膛出口和水平烟道中的对流过热器与再热器受热面的进口烟温分布和出口汽温分布之间的关系计算各受热面进口沿宽度方向的烟气温度分布：当受热面进口蒸汽混合良好，其进口烟温分布用下式计算：${\theta }^{\prime }=\left(\frac{\overline{{\theta }^{\prime }}-\overline{t^{\prime }}}{\overline{t^{\prime \prime }}-\overline{t^{\prime }}}\right)·(t^{\prime \prime }-\overline{t^{\prime }})·{\eta }_f-(1-{\eta }_f)·(\overline{{\theta }^{\prime }}-\overline{t^{\prime }})---\left(16\right)$式中：θ'—受热面进口烟温分布，K；—受热面进口平均计算烟温，K；—受热面进口平均蒸汽温度，K；—受热面出口平均蒸汽温度，K；t”—受热面沿炉膛宽度某管屏出口蒸汽温度，K；η_f—受热面各管屏间流量偏差系数；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η_f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'；将每一侧管屏的进口烟气温度θ'代入公式(16)得到受热面该侧进口的平均计算烟温，左右侧进口的平均计算烟温取均值作为受热面进口平均计算烟温将受热面进口平均计算烟温受热面沿炉膛宽度各管屏出口蒸汽温度t”代入公式(16)得到出受热面进口烟温分布θ'。