[發(fā)明專利]一種爐內(nèi)高溫?zé)煔鉁囟扰c成分協(xié)同測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910577911.3
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110319885B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董勇;趙永勝;齊國利;張松松;王中偉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué);中國特種設(shè)備檢測研究院
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發(fā)明公開了一種爐內(nèi)高溫?zé)煔鉁囟扰c成分協(xié)同測量裝置，包括：主煙氣全壓管；速度/壓力測定系統(tǒng)：包括靜壓管、1/4圓導(dǎo)向管和靜壓帽；煙氣采集系統(tǒng)：包括取樣管、取樣嘴和隔膜泵；高溫溫度測量系統(tǒng)：包括多根設(shè)置在靜壓管內(nèi)的熱電偶；冷卻系統(tǒng)：包括套設(shè)在主煙氣全壓管與靜壓管之間的雙向水冷內(nèi)螺紋管式換熱器；分析系統(tǒng)：包括與靜壓管上的靜壓接口和煙氣出口上的全壓接口連通的壓差表、與熱電偶連接的溫度計(jì)、與隔膜泵依次連接的煙氣分析儀、累計(jì)流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)爐內(nèi)高溫環(huán)境下溫度、壓力、成分的協(xié)同測量，且實(shí)時(shí)在線測量爐內(nèi)溫度與成分的精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及爐內(nèi)高溫?zé)煔鉁y量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及爐內(nèi)高溫環(huán)境下溫度、壓力、成分的協(xié)同測量，是一種實(shí)時(shí)在線測量爐內(nèi)溫度與成分的高保真高精度的測量裝置。

背景技術(shù)

爐內(nèi)溫度直接關(guān)系到鍋爐的燃燒安全和燃燒效率，影響著污染物的生產(chǎn)和排放，精確測量爐內(nèi)溫度和成分對判斷、預(yù)測和診斷鍋爐燃燒狀態(tài)具有重要意義。目前，爐內(nèi)溫度和煙氣成分測量一般采用光學(xué)方法和聲學(xué)法，雖然可以實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔鉁囟然虺煞值亩S、三維的可視化畫面，但由于我國煤種的復(fù)雜性，煤燃燒產(chǎn)生的炭黑、灰粒等的存在，有時(shí)還會有較多水分存在，這都直接影響了光學(xué)法及聲學(xué)法的準(zhǔn)確性。所以直接接觸式溫度測量和抽氣式高溫?zé)煔獬煞譁y量是解決爐內(nèi)1600～1800℃測量的最佳手段。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)分析，目前關(guān)于爐內(nèi)高溫?zé)煔鉁囟葴y量的專利技術(shù)有直接法和間接法兩種。直接法是采取各種絕熱手段以及采取耐高溫材料實(shí)現(xiàn)高溫下直接測溫的目的，這種方法主要問題依然是高溫連續(xù)測量問題以及測量精度不高的問題，目前有采取耐高溫填充材料解決高溫連續(xù)測量問題，或者采取水冷套管和采取抽氣式雙層遮熱罩降低熱電偶熱接點(diǎn)因熱量傳遞引起的測量誤差。間接法是對爐內(nèi)高溫?zé)煔夤潭c(diǎn)定量取樣后進(jìn)行換熱器定量換熱計(jì)算，根據(jù)已有的煙氣物性參數(shù)計(jì)算方法反推高溫?zé)煔鉁囟龋@種反推的方法往往使測量誤差被成倍放大。另外，目前對于爐內(nèi)高溫?zé)煔獾娜泳扇》堑人俪闅夥椒ǎ@不僅使得取樣在很大程度上不具有代表性即非目標(biāo)測點(diǎn)煙氣，還使得煙氣在熱接點(diǎn)表面有能量轉(zhuǎn)化使測量值偏離實(shí)際值。最后，目前爐內(nèi)高溫?zé)煔鉁y量參數(shù)較為單一，只停留在溫度參數(shù)上，而爐內(nèi)高溫?zé)煔獾哪繕?biāo)點(diǎn)壓力、速度、甚至煙氣成分和炭灰(飛灰)顆粒同樣對鍋爐燃燒穩(wěn)定與效率、污染控制具有重要意義。具體如下：

中國發(fā)明專利CN104142192A公開了一種高溫?zé)煔鉁囟葘?shí)時(shí)測量裝置，該裝置借助可深入爐膛內(nèi)部的具有雙層套管結(jié)構(gòu)的雙層隔熱陶瓷取樣管實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的移動采樣，并利用發(fā)明人自主研發(fā)的具有三層夾空層絕熱保溫的水冷套管換熱器進(jìn)行換熱計(jì)算，根據(jù)已經(jīng)測得的換熱器進(jìn)出口水的流量、溫度、壓力及換熱器煙氣出口的溫度、壓力、流量，采用計(jì)算機(jī)反推目標(biāo)區(qū)域取樣點(diǎn)的溫度。該裝置有以下原因造成爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臏y量誤差較大：取樣煙氣不具有代表性，取樣管與煙氣流速方向接近垂直，并且煙氣流速大小與抽氣速度大小不同，造成附近其他非目標(biāo)點(diǎn)氣體進(jìn)入，造成測量溫度并非目標(biāo)溫度值；在一般工業(yè)鍋爐情況下由于煙氣流速較小不考慮滯止速度帶來的影響，但該裝置在尾部測溫雖采用隔熱雙層遮熱罩可以減少輻射損失但是抽氣速度較大使得煙氣在熱電偶接點(diǎn)的處發(fā)生動能轉(zhuǎn)化熱能，使熱接點(diǎn)溫度升高，而這種誤差采用反推高溫?zé)煔鉁囟葧r(shí)會被成倍放大；炭灰(飛灰)顆粒內(nèi)含有多種無機(jī)鹽成分并且是判斷燃燒狀況的重要依據(jù)，該設(shè)備在取樣后直接將煙氣中的炭灰(飛灰)顆粒分離并未進(jìn)行定量分析，直接影響了煙氣分析的準(zhǔn)確性甚至失去煙氣分析目的。

中國發(fā)明專利CN102252780A公開了一種電站鍋爐爐膛煙氣溫度的測量裝置及其測量方法，該裝置借助水冷套管換熱器，利用高溫陶瓷取樣管對爐內(nèi)固定目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行少量煙氣采集，并與冷卻水換熱，利用測得換熱器進(jìn)、出口水溫、流量、壓力及煙氣抽氣出口煙氣的溫度、壓力、流量，進(jìn)而反推爐膛內(nèi)高溫?zé)煔馊狱c(diǎn)的溫度。該裝置有以下原因造成爐內(nèi)高溫?zé)煔獾臏y量誤差較大：裝置的水冷換熱器的絕熱性能較差，使得煙氣交換給水的熱量散失到環(huán)境中造成出口溫度偏低，測量誤差偏大；煙氣出口采用裸漏熱電偶進(jìn)行測溫值偏低，造成溫度測量誤差較大；取樣管耐火性能差，只能在900～1000℃環(huán)境下使用，無法實(shí)現(xiàn)更高溫連續(xù)在線測量。