电站锅炉数字化燃烧检测

发布时间：2019-09-10 08:10

【摘要】：建设智能化电厂需要进一步提高电站锅炉性能监控水平,从而保障锅炉在全负荷范围内安全、高效运行。通过采用计算机图像处理和辐射逆问题求解方法,耦合炉侧燃烧诊断和锅侧蒸发系统建模,实现了锅炉燃烧过程的数字化检测,并在一台超临界W型火焰锅炉上开展了试验研究。以炉侧燃烧诊断给出的水冷壁表面热流密度分布作为边界条件,按照大比热区的焓值范围划分3个焓值区间分别求解工质侧换热系数,实现了超临界压力下水冷壁温度分布的检测。试验结果表明,炉侧温度检测误差小于50K,锅侧水冷壁检测误差小于1.06%。锅炉燃烧数字化检测技术将为控制炉内燃烧工况的优化分布提供重要参考。
【图文】：

锅炉燃烧,检测系统

上炉膛尺寸为12.5m×26.7m，下炉膛尺寸为23.6m×26.7m，炉拱所在高度为34m。在前、后拱上共布置有24组狭缝式燃烧器，6台双进双出磨煤机直吹式制粉系统。F层二次风箱内加装导流板，使F层二次风下倾进入炉膛。W型火焰锅炉能够促进低挥发分煤粉的稳燃及燃烬，但也存在结焦严重、受热面超温、炉内温度分布不均匀等一系列问题[10]。通过在炉膛各燃烧区域布置火焰探测器，结合火焰辐射图像处理技术诊断炉内燃烧工况，将提高W型锅炉燃烧检测及控制水平。根据W型锅炉结构特点，将20支探测器分4层布置在炉膛四周，如图1所示。第1层探测器布置在拱下靠近冷灰斗区域，高度为27.7m，能够接收燃烧器区域火焰的辐射信息，从而确定火焰的下冲深度；第2层探测器布置在高度为32.1m，能够监视燃烧器的着火特性以及火焰中心位置；第3层图1数字化锅炉燃烧检测系统Fig.1Digitaldetectionsystemofboilercombustion探测器布置在拱上接近喉口位置，高度为39.1m，倾斜向下布置，监测煤粉在下炉膛的燃烧以及沿高度方向上的温度变化；第4层探测器布置在接近折焰角区域，高度为45.7m，监测炉膛出口烟温是否偏高。20幅火焰图像经视频分割器合成为1幅图像送入工控机进行处理。炉侧燃烧诊断是利用辐射图像处理的方法从彩色火焰图像中反演炉内源项分布。根据维恩辐射定律，摄像机接收到的单色辐射强度与炉内温度分布的关系如式(1)：()λλλI=AET(1)式中：Iλ为摄像机接收的单色辐射强度，W/(m3Sr)；Aλ为单色辐射成像矩阵，由式(2)确定。dd(),1,2,,(,)4(),1,2,,jjjjRjiSjmAijRjiVjmmmnλεσκσ→Δ==→Δ=+++(2)式中：Rd为被介质散射或者被壁面反射的能量份额分布(distributionsofrat

温度分布,炉内燃烧,温度分布

0.8321.4641.0200.127>27000.0950.9370.8842.2341.6000.106焓值Hf/(kJ/kg)η7η8η9η10η11—<17500.4700.01450.1510.6370.842—[1750,2700]0.9680.00000.1200.2870.233—>27000.7650.07500.0890.3800.294—式中：ρ*=317.763kg/m3；T*=647.226K；λ*=0.4945W/(mK)。3结果与讨论拍摄炉内火焰图像后，将提取图像中包含的炉膛边界单色辐射强度信息，然后根据式(4)重建得到炉膛三维温度分布，并将温度数值转化为伪彩色云图，以3个剖面的方式给出3个方向上的温度分布，如图5所示。可以看出，炉内温度分布呈现W型趋势，火焰未发生短路，高温区集中在上升气流交汇处。下炉膛温度分布较对称，上炉膛略偏向前墙。火焰中心位于标高29m处，最高温度接近1900K。总体上来看，该炉膛W型火焰组织情况良好，火焰下冲行程较长，到达冷灰斗区域，未出现明显的前后墙偏烧情况。图5炉内燃烧温度分布Fig.5Combustiontemperaturedistribution利用红外高温计在烟温测点处测量火焰温度，并与燃烧检测系统测量的结果进行对比，如图6所示。红外高温计型号为PT300B，测温范围为773~3200K，测量精度为读数值的±1%，温度分辨率为1K，红外高温计辐射率设为0.4。可以看出，两种方式的测温结果基本一致，偏差小于50K。测点1和2处的温度要高于测点3和4，这表明F层二次风下倾后，火焰下冲深度明显增加，，冷灰斗区域温度偏高。测点度温K/1500160017001800123456图6温度检测结果比较Fig.6Comparisonoftemperaturemeasurementresults前墙水冷壁热流密度分布如图7所示，数值区间为70~320kW/m2。热流密度峰值出现在冷灰斗区域，这主要是由于火焰下冲深度增加，贴近冷灰斗区域水冷壁管，对应
【作者单位】：西安热工研究院有限公司电站锅炉煤清洁燃烧国家工程研究中心;
【基金】：国家自然科学基金项目(51301130,51406166)~~
【分类号】：TM621.2

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