專利名稱：電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種火力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
我國火電發(fā)電量占總發(fā)電量的四分之三，火力電站中燃煤鍋爐占80%以上。鍋爐爐膛燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鉁囟纫话阍?00-100(TC之間，普通的接觸式溫度傳感器如熱電偶，很難承受高溫?zé)煔庵泄腆w顆粒的長期沖刷、耐久性差、維護(hù)成本高。非接觸鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置，有輻射式高溫計、紅外熱像儀等，但是測量結(jié)果只能反映火焰的投影溫度切分度較粗，不能提供火力電站重要換熱工質(zhì)高溫?zé)煔獾木珳?zhǔn)溫度。此外，近年來，聲波技術(shù)也在電站鍋爐爐膛煙氣溫度的監(jiān)測中有一定應(yīng)用，但其監(jiān)測結(jié)果的時間分辨率較低， 且成本較高。事實(shí)上，迄今國內(nèi)火力電站鍋爐爐膛煙氣溫度測量基本處于空白狀態(tài)。鑒于鍋爐爐膛煙氣溫度能夠最直接反映鍋爐燃燒狀況，如何簡單準(zhǔn)確地測量爐膛煙氣溫度是火力電站運(yùn)行監(jiān)控的一大任務(wù)。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?00410060961. 8，
公開日
2005-3-2，記載了一種燃煤鍋爐爐內(nèi)三維溫度場實(shí)時監(jiān)測裝置，該裝置需在鍋爐不同高度方向分層布置攝像探頭，每層至少布置兩支。攝像頭通過接收來自爐膛內(nèi)的輻射信息計算爐膛內(nèi)的三維溫度場；但是該技術(shù)是基于輻射信息進(jìn)行測量，并不能反映鍋爐中高溫?zé)煔獾木_溫度，而且需要在鍋爐不同位置加裝攝像頭，裝置的耐久性欠缺和維護(hù)成本高是制約其廣泛使用的瓶頸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置及其測量方法，借助水冷套管換熱器原理，利用爐膛內(nèi)少量定容煙氣與冷卻水熱交換，并通過冷卻水熱量變化量和尾煙氣的熱量反推爐膛內(nèi)煙氣的實(shí)時溫度。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置，包括耐高溫陶瓷取樣管、水冷式套管換熱器、引風(fēng)裝置、溫度、壓力和流量測量元件等，其中耐高溫陶瓷取樣管與水冷式套管換熱器密封連接，引風(fēng)裝置設(shè)置在套管換熱器煙氣出口處作為煙氣流動的動力源， 溫度、壓力和流量測量元件分別設(shè)置在水冷式套管換熱器煙氣管和冷卻水管進(jìn)出口處并將采集數(shù)據(jù)輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換器并由數(shù)據(jù)處理計算機(jī)進(jìn)行記錄。所述的水冷式套管換熱器包括內(nèi)管、外管、冷卻水導(dǎo)流管和絕熱保護(hù)層，其中 內(nèi)管與外管在兩側(cè)邊緣連接形成中空式結(jié)構(gòu)，冷卻水導(dǎo)流管設(shè)置于外管冷卻水進(jìn)出口處， 內(nèi)管供煙氣流過，內(nèi)外管間供冷卻水流過，兩種流體流向?yàn)槟嫦颍^熱保護(hù)層位于外管的外部。所述的內(nèi)管采用不銹鋼材料制成；
所述的外管采用紫銅材質(zhì)制成；所述的絕熱保護(hù)層為石棉制成。本發(fā)明涉及上述裝置的測量方法，包括以下步驟第一步、通過耐高溫陶瓷取樣管從鍋爐爐膛內(nèi)抽取定容煙氣，經(jīng)過絕熱管后進(jìn)入水冷套管換熱器，在水冷套管換熱器中煙氣與冷卻水進(jìn)行熱交換，煙氣經(jīng)降溫后流出換熱器；第二步、給定流量的冷卻水經(jīng)過套管換熱器獲得的熱量即體現(xiàn)為冷卻水進(jìn)出口出處的溫差，冷卻水獲得的熱量與高溫?zé)煔馑鶕p失的熱量相等，借助冷卻水和煙氣物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫據(jù)此就可通過冷卻水的溫升和水冷套管換熱器出口處低溫?zé)煔鉁囟确赐棋仩t爐膛高溫?zé)煔獾臏囟?，其具體步驟包括2. 1)借助冷卻水物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫通過冷卻水進(jìn)出口溫度、流量、壓力計算冷卻水進(jìn)出口處冷卻水的熱量，從而得到冷卻水經(jīng)過套管換熱器獲得的熱量ΔΙ ；^Qw=Qwoltt -Qwtn =hW。九vK. -hWillPwiJwiA ⑴其中Δ 分別為冷卻水和煙氣的熱量變化量；hw(T，P)為冷卻水焓值，Pw(T，P)為冷卻水密度；vw為冷卻水體積流量，下標(biāo)in和out分別表示裝置進(jìn)口與出口。冷卻水物性參數(shù)可參照1997年德國Erlangen舉行的水和水蒸汽性質(zhì)國際聯(lián)合會(IAWPQ會議上獲得通過的水和水蒸汽熱力性質(zhì)工業(yè)公式，即IAPWS-IF97公式經(jīng)過計算求得，通過壓力和溫度測點(diǎn)所得數(shù)據(jù)實(shí)時計算冷卻水的焓值hw(T，P)和密度PW(T，P)。 由于計算公式較復(fù)雜，這里不做詳細(xì)陳述，具體可參照公式出處(W.Wagner et al. , The IAPffS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam, ASME J. Eng. Gas Turbines and Power, Vol. 122(2000)，pp.150—182.)2. 2)借助煙氣物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫通過煙氣出口溫度、流量、壓力計算煙氣出口處煙氣的熱量％g。ut ；QGOUI = “人/^九式 O)其中Cfg(T，P)為煙氣比熱容為煙氣溫度；Pfg (T，P)為煙氣密度；Vfg為煙氣體積流量。煙氣物性參數(shù)可參照許圣華發(fā)表的《煙氣物性的直接計算方法》計算求得，通過壓力和溫度測點(diǎn)所得數(shù)據(jù)實(shí)時計算煙氣的比熱容Cfg(Τ，ρ)和密度Pfg(T，p)。(許圣華，蘇州絲綢工學(xué)院學(xué)報，199年6月第19卷第3期，32-36)Cm = gNCmN2 + gCO2CmcO2 + S0CmQ2 + SH2OpmH2O^ (3)其中Cm是煙氣比熱，單位為kJ/(kg°C ) ;8n2> Sco2^ So2、 ^力分別是氮?dú)?、二氧化碳、氧氣和水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，單位為kg/kg。fMiV2、Cmcor Cmor Gff2。分別是氮?dú)狻⒍趸?、氧氣和水蒸氣的比熱，單位為kj/(kg°C )，各組分的比熱由回歸公式求得，具體可見原文，其誤差在0-1200°C內(nèi)小于1%。煙氣的密度可按理想氣體方程計算，具體的計算見原文。由于煙氣的物性參數(shù)與煙氣各組分所占比例相關(guān)，此處煙氣組分選取典型煙氣組分比例(rC02 = 0. 13,rH20 = 0. 11， rN2 = 0. 76)。經(jīng)過計算分析后可知煙氣組分小范圍的波動對煙氣物性參數(shù)的影響并不明顯，其誤差均小于1 %。如對特殊組分煙氣溫度進(jìn)行測量，則需要提前分析煙氣組分比例，帶入物性參數(shù)計算公式中可提高測量精度。
2. 3)根據(jù)冷卻水獲得熱量Δ Qw與高溫?zé)煔馑鶕p失的熱量Δ Qfg相等，即
權(quán)利要求
1.一種電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置，包括耐高溫陶瓷取樣管、水冷式套管換熱器、引風(fēng)裝置、溫度、壓力和流量測量元件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及數(shù)據(jù)處理計算機(jī)，其特征在于耐高溫陶瓷取樣管與水冷式套管換熱器螺口密封連接，冷卻水導(dǎo)流管與套管換熱器密封連接，引風(fēng)裝置設(shè)置在套管換熱器煙氣出口處作為煙氣流動的動力源，溫度、壓力和流量測量元件分別設(shè)置在水冷式套管換熱器煙氣管和冷卻水管進(jìn)出口處并將采集數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理記錄。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置，其特征是，所述的水冷式套管換熱器包括內(nèi)管、外管、冷卻水導(dǎo)流管和絕熱保護(hù)層，其中內(nèi)管與外管在兩側(cè)邊緣連接形成中空式結(jié)構(gòu)，冷卻水導(dǎo)流管設(shè)置于外管冷卻水進(jìn)出口處，內(nèi)管供煙氣流過，內(nèi)外管間供冷卻水流過，兩種流體流向?yàn)槟嫦?，絕熱保護(hù)層位于外管的外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置，其特征是，所述的內(nèi)管采用不銹鋼材料制成；所述的外管采用紫銅材質(zhì)制成；所述的絕熱保護(hù)層為石棉制成。
4.一種根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步、通過耐高溫陶瓷取樣管從鍋爐爐膛內(nèi)抽取定容煙氣，進(jìn)入水冷式套管換熱器，在水冷式套管換熱器中煙氣與冷卻水進(jìn)行熱交換，煙氣經(jīng)降溫后流出換熱器；第二步、給定流量的冷卻水經(jīng)過套管換熱器獲得的熱量即體現(xiàn)為冷卻水進(jìn)出口出處的溫差，冷卻水獲得的熱量與高溫?zé)煔馑鶕p失的熱量相等，借助冷卻水和煙氣物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫據(jù)此就可通過冷卻水的溫升和水冷套管換熱器出口處低溫?zé)煔鉁囟确赐棋仩t爐膛高溫?zé)煔獾臏囟取?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量方法，其特征是，所述的第二步具體包括.2. 1)借助冷卻水物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫通過冷卻水進(jìn)出口溫度、流量、壓力計算冷卻水進(jìn)出口處冷卻水的熱量，從而得到冷卻水經(jīng)過套管換熱器獲得的熱量Δ Qw,
全文摘要
一種火力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置及其測量方法，該裝置包括耐高溫陶瓷取樣管、水冷式套管換熱器、引風(fēng)裝置、溫度、壓力和流量測量元件、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及數(shù)據(jù)處理計算機(jī)，耐高溫陶瓷取樣管與水冷式套管換熱器螺口密封連接，冷卻水導(dǎo)流管與套管換熱器密封連接，引風(fēng)裝置設(shè)置在套管換熱器煙氣出口處作為煙氣流動的動力源，溫度測量裝置、壓力測量裝置和流量測量裝置分別設(shè)置在水冷式套管換熱器煙氣管和冷卻水管進(jìn)出口處并將采集數(shù)據(jù)輸出至控制模塊進(jìn)行記錄。本發(fā)明借助水冷式套管換熱器原理，利用爐膛內(nèi)少量定容煙氣與冷卻水熱交換，并通過冷卻水熱量變化量和尾煙氣的熱量反推爐膛內(nèi)煙氣的實(shí)時溫度。
文檔編號G01K13/02GK102252780SQ20111011022
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者于彤, 惠兆宇, 朱凱, 潘軼彪, 王旭輝, 葛翔宇, 蔡惟, 袁景淇 申請人:上海交通大學(xué)