CN102322960A - 一种红外线测温装置及建立燃煤锅炉温度场的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐射式燃煤锅炉测温装置以及一种建立燃煤锅炉温度场的方法。一种燃煤锅炉红外线测温装置，包括设置于装置外壳内部的光学系统和光电探测及信号处理单元，在光学系统的前端设置有与装置外壳连接并与其内部光路连通的导光管，导光管的长度足以穿过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部；在所述装置外壳的外侧端设有冷却介质接口，所述冷却介质接口和装置外壳内部空腔以及导光管连通。所述建立燃煤锅炉温度场的方法，在位于锅炉的灰斗上沿水平面的上方垂直于锅炉轴线的截面上设置温度测点，使用所述的测量燃煤锅炉内部温度的红外线测温装置或红外线热像仪测量出各个点的真实温度，依据锅炉轴向的垂直平面的各个测点的真实温度，建立锅炉内部的立体温度场。

Description

一种红外线测温装置及建立燃煤锅炉温度场的方法

技术领域

本发明涉及一种辐射式燃煤锅炉测温装置，以及一种建立燃煤锅炉温度场的方法。

背景技术

气体、液体（包括水－煤浆）、固体等可燃物在锅炉内燃烧，火焰的温度场直接体现燃烧的状况，通过检测锅炉内部上下截面的火焰温度进而建立炉内燃烧的温度场，确定火焰燃烧是否偏离中心，炉内是否超炉膛结焦温度，可以判断是否对水冷壁造成高温腐蚀，为优化燃烧调节提供依据。建立一个锅炉内部的温度场，为运行调整提供直接依据，必须确定如何在燃煤锅炉上选取锅炉内温度的特征点、如何选取较少的温度测点，又能真实地反应炉内的燃烧状况。因为锅炉的内燃烧火焰的温度高达摄氏1500左右，锅炉内的粉尘浓度高，炉墙内壁易挂灰结渣，炉墙上的开孔在气流的综合作用下易结焦堵灰，影响测量，锅炉内燃烧的工况复杂，动力场复杂，用于测量锅炉内温度的开孔喷出的吹扫气流与飞灰混合后的气流对水冷壁造成冲刷，磨损水冷壁造成爆管。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种红外线测温装置，解决了传统方法利用红外线方式测量燃煤锅炉内部温度时的光路集灰、结焦问题；

同时，本发明提出一种建立燃煤锅炉温度场的方法，为更精确的根据锅炉内部温度场来调节影响燃烧的相关量提供了参考。

本发明所采用的技术方案：

一种燃煤锅炉红外线测温装置，包括设置于装置外壳（9）内部的光学系统（6）和光电探测及信号处理单元（7），在光学系统（6）的前端设置有与装置外壳（9）连接并与其内部光路连通的导光管（5），导光管（5）的前端敞口，导光管的长度足以穿过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部的长度大于5mm；在所述装置外壳（9）的外侧端设有冷却介质接口（8），所述冷却介质接口（8）和装置外壳内部空腔以及导光管（5）连通。

所述的燃煤锅炉红外线测温装置，在装置外壳（9）的外部前端设有固定架（10），所述测温装置通过该固定架固定在燃煤锅炉炉体外壁，导光管（5）通过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部，导光管（5）把炉内的辐射光线引导到光学系统的镜头上， 来自冷却介质接口（8）的吹扫介质经过导光管直接吹进炉膛。引入测温装置的冷却吹扫风通过导光管直接吹进炉膛，吹出导光管内的灰尘，保证导光管透光性良好，把锅炉内的光线引导到低温区，利用光线辐射测量锅炉内部温度。光学光电探测器、信号放大器处理器，位于测温装置的的后端（低温区），导光管把锅炉内的辐射光线传导到光学光电探测单元、光学光电探测器把接受的光线信号转换为电信号、输出到信号放大器处理单元；信号放大器处理器把信号处理转化为标准的信号进行输出、显示。

所述的燃煤锅炉红外线测温装置，在光学系统前，导光管（5）和装置外壳（9）的连接处设置有挡光叶片（11），所述挡光叶片与导光管和装置外壳（9）的连通口对应，挡光叶片铰接安装在导光管内装置外壳（9）的壳体壁上，挡光叶片大于导光管和装置外壳（9）的连通口，吹扫冷却介质失压时，挡光叶片依靠自身的重力或弹力构件自动关闭导光管和装置外壳（9）的连通口，遮挡炉内光线。

所述的挡光叶片可为一片，形状和导光管和装置外壳（9）的连通口对应，其上端铰接安装在导光管内装置外壳（9）的外壁，吹扫冷却介质失压时挡光叶片依靠自身的重力或弹力构件自动关闭导光管和装置外壳（9）的连通口。或者，所述挡光叶片为两片相对，分别铰接安装在导光管内装置外壳（9）的壳体壁上，在装置外壳（9）的外壁或内壁与挡光叶片配合设有弹力构件，吹扫冷却介质失压时挡光叶片依靠所述弹力构件自动关闭导光管和装置外壳（9）的连通口。

一种建立燃煤锅炉温度场的方法，在位于锅炉的灰斗上沿水平面的上方垂直于锅炉轴线的截面上设置温度测点，在炉体上设置的布置温度测点的截面至少为两个，每一个布置温度测点的截面所在的炉墙四周至少布置两个温度测点；相邻的布置温度测点的截面之间的最小距离不小于锅炉的相邻的两层喷燃器中心线之间的最短距离的1/2；建立温度场的全部温度测点使用所述的测量燃煤锅炉内部温度的红外线测温装置或红外线热像仪测量出各个点的真实温度，依据锅炉轴向的垂直平面的各个测点的真实温度，建立锅炉内部的立体温度场。

测温装置正常工作、测量炉膛温度时，导光管5穿过炉墙4及水冷壁的测量孔3伸入炉膛内部，导光管5的前端突出炉体内壁，从冷却介质接口8的进入的吹扫风经过导光管吹进炉膛。导光管的长度足以穿过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部，导光管5把炉内的辐射光线引导到光学系统的镜头上。

本发明的有益积极效果：

1、本发明红外线测温装置，结构简单，设计合理，解决了传统采用红外线方式测量燃煤锅炉内部温度时的光路集灰、结焦问题，解决了传统测温装置吹扫风与飞灰混合后气流对锅炉水冷壁的长期冲刷、磨损问题。

2、本发明红外线测温装置，挡光叶片的设计，有效的解决了冷却介质失去后测温装置探头保护问题，有助于延长仪器的使用寿命，降低生产成本。

3、本发明建立燃煤锅炉内部温度场方案的提出，为更精确的根据锅炉内部温度场来调节影响燃烧的相关量提供了参考。锅炉、容器的操作人员可以根据测量结果，调整进入锅炉等容器内可燃物、助燃剂等各个相关量，也可由自动调节系统对各个相关量进行针对形的调节，使锅炉、容器内的温度达到目标要求，尤其在火力发电厂煤质较差、不稳定情况下，优势更加显著。

4、本发明建立燃煤锅炉内部温度场的方法，在目前锅炉燃烧工况较差情况下可以有效地防止锅炉结渣、挂渣，可以防止锅炉在烟道内燃烧，可以防止锅炉燃烧偏斜、可以降低飞灰含碳量、提高煤粉的利用率，可提高锅炉燃烧效率，安全节能效果明显；可以对锅炉结焦、高温腐蚀，等问题进行监控。

附图说明

图1：本发明水冷壁模的结构及开孔示意图；

图2：本发明测温装置结构及安装方式示意图；

图中，1为水冷壁管子，2为水冷壁模，3为水冷壁的测量孔，4为炉墙，5为导光管，6为光学系统，7为光电探测单元和信号放大器处理单元，8为冷却介质接口，9为测量装置外壳，10为固定架，11为挡光叶片。L为导光管伸入锅炉内部的长度；

图3：本发明建立锅炉温度场的测点设置方案图；

图4：是锅炉B层截面测点设置方案图；

图5：锅炉C层截面测点设置方案图；

图中，12为喷燃器，13为测温开孔，14为锅炉。A为锅炉的位于灰斗上沿的水平截面，B为锅炉的布置温度测点的截面，C为锅炉的布置温度测点的截面，B、C截面为相邻的两层截面，a为锅炉的最下层布置温度测点的截面与锅炉的位于灰斗上沿的截面的之间的距离，b为锅炉的布置温度测点的相邻的B、C两层截面之间的距离，c为锅炉的上下层喷燃器中心线之间的最短的距离。15为B层截面的炉壁剖面，18为安装在炉壁上的测量燃煤锅炉内部温度的红外线测温装置，16为C层截面的炉壁剖面，18为安装在炉壁上的测量燃煤锅炉内部温度的红外线测温装置。

具体实施方式

实施例一：参见图2。本发明燃煤锅炉红外线测温装置，包括设置于装置外壳9内部的光学系统6和光电探测及信号处理单元7，在光学系统6的前端与装置外壳9连接并与其内部光路连通设置有伸入锅炉内部的导光管5，导光管5的前端敞口，导光管穿过炉墙及水冷壁上的开孔伸入锅炉内部；导光管5把炉内的辐射光线引导到光学系统的镜头上；在所述装置外壳9的外侧端设有冷却介质接口8，所述冷却介质接口8和装置外壳内部空腔和导光管5连通。

测温装置正常工作、测量炉膛温度时，导光管5穿过炉墙4及水冷壁的测量孔3伸入炉膛内部，导光管的长度足以穿过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部的长度L大于5mm。 从冷却介质接口8的进入的吹扫风经过导光管吹进炉膛。 

实施例二：参见图2，本实施例的燃煤锅炉红外线测温装置，与实施例一不同的是，在光学系统和导光管5之间导光管和装置外壳9的连接处设置有挡光叶片11，所述挡光叶片为一片，形状和导光管和装置外壳9的连通口对应，其上端铰接安装在导光管内装置外壳9的外壁，吹扫冷却介质失压时挡光叶片依靠自身的重力或弹力构件自动关闭导光管和装置外壳9的连通口。

实施例三：参见图2，本实施例的燃煤锅炉红外线测温装置，与实施例一不同的是，所述挡光叶片为两片相对，分别铰接安装在导光管内装置外壳9的外壁，在装置外壳9的外壁或内壁与挡光叶片配合设有弹力构件，吹扫冷却介质失压时挡光叶片依靠所述弹力构件自动关闭导光管和装置外壳9的连通口。

本发明燃煤锅炉红外线测温装置，在装置外壳9的外部前端设有固定架10，所述测温装置通过该固定架固定在燃煤锅炉炉体外壁，导光管5通过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部。使用时，引入测温装置的冷却吹扫风通过导光管直接吹进炉膛，吹出导光管内的灰尘，保证导光管透光性良好，把锅炉内的光线引导到低温区，利用光线辐射测量锅炉内部温度。光学光电探测器、信号放大器处理器，位于测温装置的的后端（低温区），导光管把锅炉内的辐射光线传导到光学光电探测单元、光学光电探测器把接受的光线信号转换为电信号、输出到信号放大器处理单元；信号放大器处理器把信号处理转化为标准的信号进行输出、显示。

由于燃煤锅炉内部燃烧的工况比较复杂，本发明在测温装置内部的光学系统的前端设置了导光管，炉膛内部发出的辐射光线通过导光管辐射到光学系统的镜头上，导光管的长度足以穿过炉墙上的开孔、深入锅炉内。测温装置安装到锅炉的炉壁上有预留开孔的位置。吹扫风通过导光管直接吹进炉膛，吹出导光管内的灰尘，因此可以长期保证导光管透光性良好；导光管的前端突出炉墙及水冷壁内，炉内的飞灰气流冲刷导光管的突出部分，可以避免导光管的口部挂渣，避免了炉壁内壁上的挂渣堵塞导光管的前端入口；导光管伸入炉膛内部避免了吹扫风的回流飞灰混合气流对水冷壁管子的长期冲刷磨损。

本发明在光学系统前端设置了挡光叶片，挡光叶片在测温装置的冷却风吹扫介质失压后自动闭合，遮挡来自炉膛的辐射光线，可以防止炉膛辐射能量损坏光学系统，烧坏测量装置。当有冷却吹扫介质时挡光叶片在冷却吹扫介质的压力或吹力作用下、打开挡光叶片，锅炉内的高温辐射光线照射到装置的光学系统上。测量装置由导光管5固定在装置外壳9的前部，挡光叶片11位于导光管5的后端、光学系统6的正前方，光学系统6、光电探测单元和信号放大器处理单元7固定在测量装置外壳9的内部后端，冷却介质接口8固定在测量装置外壳9上与测量装置外壳9内部相通。

吹扫介质接口8连接吹扫气源，吹扫气源对光学系统6、光电探测单元和信号放大器处理单元7冷却，吹扫风吹开挡光叶片经过装置前端的导光管直接进入炉膛。炉内光线通过导光管5和挡光叶片11后辐射到光学系统6的光学元件上，光学系统6对辐射来的光线处理后、送到光电探测单元和信号放大器处理单元7；光电探测单元和信号放大器处理单元7位于光学系统6后面，并有光路连接，光电探测单元和信号放大器处理单元7把接受的光线转换为电信号、进行放大、处理后输出标准的信号送到监控设备上。

导光管5的最大外经（宽度）小于容器壁上的开孔3的内径（宽度），以确保导光管5能插入容器壁上的开孔3；导光管5位于光学系统6前端，并与光学光系统的中心线一致。

实施例四：参见图1～图5。本实施例为建立燃煤锅炉内部温度场的一种实施方式。在位于锅炉的灰斗上沿水平面的上方，设置布置温度测点的水平面，在炉体上设置的布置温度测点的水平面至少为两个，每一个布置温度测点的水平面所在的炉墙四周至少布置两个温度测点；相邻的布置温度测点的水平面之间的最小距离不小于锅炉的相邻的两层喷燃器中心线之间的最短距离的1/2；在每个温度测点使用红外线测温装置或红外线热像仪测量该测点的真实温度，依据锅炉轴向上的各个测点的真实温度和轴向的垂直平面的各个测点的真实温度，建立锅炉内部的立体温度场。

因炉内温度高达近摄氏1500度，炉内的气流含有飞灰，容易集灰、结渣，工况复杂；相比热电偶等其它接触式的测温方法，用红外线测温方式测量炉内温度更、更准确。通过在锅炉上设置较多的布置温度测点的水平截面，在锅炉壁上设置较多的炉内温度测点，建立能反应炉内真实状况的温度场，从安全、经济角度考虑，布置温度测点的上、下层水平截面之间的距离不宜太小，布置测量炉内真实温度的温度测点不宜太多，因锅炉内的燃料正常燃烧时，燃烧火焰在锅炉的位于灰斗上沿的水平截面上方，所以建立锅炉温度场时，布置温度测点的下截面设置在灰斗上沿的水平截面上方；在锅炉上设置两层及以上的布置温度测点的截面，上、下截面对应的温度测点实测温度值比较后，可以分析出火焰在锅炉轴向上的变化情况；布置温度测点的上、下层截面之间的距离不宜太小，相邻的布置温度测点的截面之间的距离，不小于锅炉的相邻的两层喷燃器中心线之间的最短距离，在锅炉的布置温度测点的水平截面的中至少有1层的四周布置2个及以上的测点。在炉墙上的布置测点、安装测温装置的部位，如果有预留的开孔，可以利用预留的开孔，测量装置安装位置处的炉墙上没有预留开孔的，须在炉墙的水冷壁模上开孔；如附图1所示，水冷壁模上的开孔3的最大直径/宽度必须小于相邻的两个水冷壁管子的外径之间的距离，且开孔不能伤及水冷壁管子。

如附图3、图4、图5所示，建立锅炉温度场时，布置温度测点的下截面B设置在灰斗上沿的截面A上方，截面A、截面B之间的距离a大于0mm，相邻的布置温度测点的截面C与截面B之间的最小距离b、不小于锅炉的相邻的两层喷燃器中心线之间的最短距离c的1/2。在锅炉上设置B、C两层布置温度测点的截面，B层截面的四周布置2个测量燃煤锅炉内部温度的红外线测温装置18。C层截面的四周布置1个测量燃煤锅炉内部温度的红外线测温装置18。

Claims (4)

1.一种燃煤锅炉红外线测温装置，包括设置于装置外壳（9）内部的光学系统（6）和光电探测及信号处理单元（7），其特征在于：在光学系统（6）的前端设置有与装置外壳（9）连接并与其内部光路连通的导光管（5），导光管（5）的前端敞口，导光管的长度足以穿过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部的长度大于5mm；在所述装置外壳（9）的外侧端设有冷却介质接口（8），所述冷却介质接口（8）和装置外壳内部空腔以及导光管（5）连通。

2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉红外线测温装置，其特征是：在光学系统前，导光管（5）和装置外壳（9）的连接处设置有挡光叶片（11），所述挡光叶片与导光管和装置外壳（9）的连通口对应，挡光叶片铰接安装在导光管内装置外壳（9）的壳体壁上，挡光叶片大于导光管和装置外壳（9）的连通口，吹扫冷却介质失压时，挡光叶片依靠自身的重力或弹力构件自动关闭导光管和装置外壳（9）的连通口。

3.根据权利要求1或2所述的燃煤锅炉红外线测温装置，其特征是：在装置外壳（9）的外部前端设有固定架（10），所述测温装置通过该固定架固定在燃煤锅炉炉体外壁，导光管（5）通过炉墙及水冷壁上的开孔且伸入锅炉内部，导光管（5）把炉内的辐射光线引导到光学系统的镜头上。

4.一种建立燃煤锅炉温度场的方法，在位于锅炉的灰斗上沿水平面的上方垂直于锅炉轴线的截面上设置温度测点，其特征是：在炉体上设置的布置温度测点的截面至少为两个，每一个布置温度测点的截面所在的炉墙四周至少布置两个温度测点；相邻的布置温度测点的截面之间的最小距离不小于锅炉的相邻的两层喷燃器中心线之间的最短距离的1/2；建立温度场的全部温度测点使用权利要求1所述的测量燃煤锅炉内部温度的红外线测温装置或红外线热像仪测量出各个点的真实温度，依据锅炉轴向的垂直平面的各个测点的真实温度，建立锅炉内部的立体温度场。

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