CN105509890A - 在线式炉膛烟气温度红外测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线式炉膛烟气温度红外测量装置，属一种炉膛烟气温度检测配套装置，包括红外测量仪，红外测量装置还包括冷却套，红外测量仪置于冷却套的内部，所述冷却套具有中空的夹层，夹层设有进孔与出孔；所述冷却套的端部还安装有吹扫管，吹扫管通过瞄准管与气动阀相连通，所述气动阀通过第一管道与气源相连通，所述第一管道上设有保护模块与第一过滤调压阀等结构；通过将红外测量仪安装在冷却套的内部，结合吹扫管对红外测量仪进行水冷或风冷散热的同时，还通过吹扫风吹去红外测量仪上残留的杂质，进而可将红外测量仪直接安装在炉膛的内部进行烟气温度连续测量，且可准确的测量炉膛内部的温度，避免因仪器自身的温度过高而被迫取出。
Description
技术领域
本发明涉及一种炉膛烟气温度检测配套装置，更具体的说，本发明主要涉及一种在线式炉膛烟气温度红外测量装置。
背景技术
目前，炉膛烟气温度传统的测量方式是采用烟温探针，但当温度达到538℃时烟温探针必须收回,不能在全烟气温度范围内使用,无法实现非连续检测运行；同时，烟温探针易受使用环境和结构的限制，在温度波动大、振动及安装方式等诸多因素的影响下，造成使用寿命短、测量准确度不稳定、数据滞后、机械故障率高、维护麻烦等缺点。因而有必要针对炉膛烟气温度的连续测量装置的结构进行研究和改进。
发明内容
本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种在线式炉膛烟气温度红外测量装置，以期望解决现有技术中烟温探针无法连续测量炉膛烟气的温度，易受使用环境和结构的限制，易受各类因素的影响造成使用寿命短、测量准确度不稳定，数据滞后、机械故障率高、维护麻烦等技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
发明所提供的一种在线式炉膛烟气温度红外测量装置，包括红外测量仪，所述的红外测量装置还包括冷却套，所述红外测量仪置于冷却套的内部，所述冷却套具有中空的夹层，所述夹层设有进孔与出孔，用于在冷却套的夹层中形成循环流体；所述冷却套的端部还安装有吹扫管，所述吹扫管通过第一瞄准管与气动阀相连通，所述气动阀通过第一管道与气源相连通，所述第一管道上设有保护模块与第一过滤调压阀，所述第一管道还与第二管道相连通，所述第二管道上还安装有第二过滤调压阀，用于由气体由第一管道依次经过第一过滤调压阀与保护模块，再经由气动阀进入吹扫管，另一路由第二管道经过第二过滤调压阀直接进入吹扫管，再由吹扫管吹向冷却套内部的红外测量仪；所述气动阀还与安装法兰相连接，所述的红外测量装置通过安装法兰安装在炉膛内的炉壁上；所述的红外测量仪包括红外传感器，所述红外传感器上的光电探测单元依次接入信号放大器与信号处理及显示输出单元，所述信号处理及显示输出单元还接入外置的分布式控制系统；用于由红外传感器连续采集视场范围内二氧化碳气体的最高温度，并通过其内部的光电探测单元转换为相应的电信号，所述电信号经由信号放大器与信号处理及显示输出单元进行信号放大及信号处理，由信号处理及显示输出单元连续输出至分布式控制系统进行当前温度值显示；进而根据分布式控制系统中显示的温度值，对炉膛的运行参数进行控制。
作为优选，进一步的技术方案是：所述第一管道、第二管道与气源通过三通接头相连通，所述三通接头与气源的第一管道上还安装有手动阀。
更进一步的技术方案是：所述的气动阀通过法兰盘与安装法兰相连接，所述的瞄准管也通过法兰盘与气动阀相连接。
更进一步的技术方案是：所述的气动阀接入保护模块，且所述保护模块的内部设有压力传感器与控制器，所述压力传感器接入控制器，用于由压力传感器检测第一管道中吹扫风的压力，并传输至控制器中，由控制器根据第一管道当前的压力数据，通过其内部预设的阈值范围判断是否自动关断气动阀。
更进一步的技术方案是：所述信号处理及显示输出单元输出4至20毫安的电信号至分布式控制系统。
更进一步的技术方案是：所述的放大器与信号处理及显示输出单元集成在同一个数据变送器中。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过将红外测量仪安装在冷却套的内部，结合吹扫管对红外测量仪进行水冷或风冷散热的同时，还通过吹扫风吹去红外测量仪上残留的杂质，进而可将红外测量仪直接安装在炉壁进行烟气温度连续测量，且可准确的测量炉膛内部的温度；并且通过过滤调压阀及保护模块可控制吹扫系统管道中气流的压力及杂质，有效防止吹扫过程中因气体压力异常影响红外测量仪的正常使用，也避免红外测量仪发生损坏；通过前述水冷散热的方式可使红外测量仪在最高315℃环境下长时间稳定工作，避免因仪器自身的温度过高而被迫取出，使用寿命得到有效提升，且测量准确度始终保持一致，故障率低，进而降低了红外测量仪的维护频次；同时本发明所提供的一种在线式炉膛烟气温度红外测量装置结构简单，亦可在各类规格的炉膛中安装使用，应用范围广阔。
附图说明
图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；
图2为用于本发明的另一个实施例的结构示意图；
图3为用于说明本发明一个实施例中的红外测量仪结构框图；
图中，1为冷却套，2为进孔，3为出孔，4为吹扫管，5为第一瞄准管，6为气动阀，7为第一管道，8为保护模块，9为第一过滤调压阀，10为第二管道，11为第二过滤调压阀，12为三通接头，13为手动阀，14为安装法兰，15为炉壁，16为第三管道，17第二瞄准管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
参考图1所示，本发明的一个实施例是一种在线式炉膛烟气温度红外测量装置，包括红外测量仪，该测量装置还具有对红外测量仪进行散热及杂质吹扫的结构；具体为该红外测量装置中还应当包括冷却套1，将前述红外测量仪安装在冷却套1的内部，而冷却套1则需要设置中空的夹层，该夹层设有进孔2与出孔3，用于在冷却套1的夹层中形成循环水，将进孔2与出孔3分别连通各自的循环水管道后即形成对红外测量仪进行循环水冷却保护系统；另外，冷却套1的端部还安装有吹扫管4，该吹扫管4通过第一瞄准管5与气动阀6相连通，并且该气动阀6通过第一管道7与气源相连通，前述第一管道7上设有保护模块8与第一过滤调压阀9，同时第一管道7还与第二管道10相连通，前述的第二管道10上安装有第二过滤调压阀11，用于由气体由第一管道5依次经过第一过滤调压阀9与保护模块8，另一路由第二管道10经过第二过滤调压阀11直接进入吹扫管4及瞄准管5，再由吹扫管4吹向水冷套1内部的外测量仪。通过前述的结构，即可实现对红外测量仪进行高压风吹扫的功能，有效避免红外测量仪使用时检测端的杂质堆积。
结合图2所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的另一个实施例中，包括红外测量仪，该测量装置还具有对红外测量仪进行散热及杂质吹扫的结构；具体为该红外测量装置中还应当包括冷却套1，将前述红外测量仪安装在冷却套1的内部，而冷却套1则需要设置中空的夹层，该夹层设有进孔2与出孔3，用于在冷却套1的夹层中形成循环风，将进孔2与出孔3分别连通第三管道16后即形成对红外测量仪进行循环风冷却保护系统，该第三管道16还与第一管道7相连通；另外，冷却套1的端部还安装有吹扫管4，该吹扫管4通过瞄准管5与气动阀6相连通，并且该气动阀6通过第一管道7与气源相连通，前述第一管道7上设有保护模块8与第一过滤调压阀9，第一管道7与第二管道10相连通，第二管道10上安装有第二过滤调压阀11，用于由气体由第一管道5依次经过第一过滤调压阀9与保护模块8，另一路由第二管道10经过第二过滤调压阀11直接进入吹扫管4及瞄准管5，再由吹扫管4吹向水冷套1内部的外测量仪。通过前述的结构，即可实现对红外测量仪进行高压风吹扫的功能，有效避免红外测量仪使用时检测端的杂质堆积。
根据上述的吹扫结构，为提升装置使用的安全性，可将上述的第一管道7、第二管道10，第三管道16与气源通过三通接头相连通，并在气源的主管道上再安装手动阀13；进而可通过该手动阀13控制气源中的气体进入第一管道7与第二管道10，第三管道16中；出风口3与第二瞄准管17通过三通相连接，并加装单向阀，防止炉膛内高温烟气溢出。
结合图3所示，更为重要的是上述的红外测量仪中应当包括红外传感器，红外传感器上的光电探测单元依次接入信号放大器与信号处理及显示输出单元，所述信号处理及显示输出单元还接入外置的分布式控制系统；用于由红外传感器采集视场范围内二氧化碳气体的最高温度，并通过其内部的光电探测单元转换为相应的电信号，所述电信号经由信号放大器与信号处理及显示输出单元进行信号放大及信号处理，由信号处理及显示输出单元输出至分布式控制系统进行当前温度值显示。正如前述所提到的，信号处理及显示输出单元输出4至20毫安的电信号至分布式控制系统。
并在本实施例中，通过将红外测量仪安装在冷却套1的内部，结合吹扫管4对红外测量仪进行水冷或风冷散热的同时，还通过吹扫风吹去红外测量仪上残留的杂质，进而可将红外测量仪直接安装在炉膛的内部进行烟气温度连续测量，且可准确的测量炉膛内部的温度；并且通过过滤调压阀及保护模块可控制吹扫系统管道中气流的压力及杂质，有效防止吹扫过程中因气体压力异常影响红外测量仪的正常使用，也避免红外测量仪发生损坏；通过前述水冷散热的方式可使红外测量仪在最高315℃环境下长时间稳定工作，避免因仪器自身的温度过高而被迫取出，使用寿命得到有效提升，且测量准确度始终保持一致，故障率低，进而降低了红外测量仪的维护频次；
进一步的，为便于装置的整体化结构设置，可将上述的放大器与信号处理及显示输出单元集成在同一个数据变送器中。
根据上述的吹扫结构，为提升装置使用的安全性，可将上述的第一管道7、第二管道10与气源通过三通接头12相连通，并在三通接头12与气源的第一管道7上再安装手动阀13；进而可通过该手动阀13控制气源中的气体进入第一管道7与第二管道10中；并且在本发明的实际使用上述气源可以是空气泵，通过空气泵将空气加压后输入第一管道7及第二管道10中。
进一步的，发明人还考虑到上述各个部件连接的稳定性对整个装置的使用起着至关重要的作用，因此在本实施例中最好将上述气动阀6通过法兰盘与安装法兰15相连接，将瞄准管5也通过法兰盘与气动阀4相连接；前述安装法兰15相的作用是将红外测量装置安装在危废焚烧炉内的炉壁16上；从而实现上述的测量功能。
在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，正如上所提到的，为避免第一管道及第二管道中的压力异常（主要指失压或低压时），使得红外测量仪的检测端因杂质堆积过多影响测量精度甚至造成损坏；可将上述的气动阀6直接接入保护模块8，且保护模块8的内部应至少设置压力传感器与控制器，所述压力传感器接入控制器，用于由压力传感器检测第一管道7中吹扫风的压力，并传输至控制器中，由控制器根据第一管道7当前的压力数据，通过其内部预设的阈值范围判断是否自动关断气动阀6。
正如上述所提到的，红外测温仪是整个测量装置的核心部件。大体上可由光学系统、光电探测器（两者共同构成红外传感器）、信号放大器、信号处理及显示输出单元等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温传感器的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照两者内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。危险废物在转窑内燃烧后，二燃室对产生烟气进行进一步焚烧处理，在这个燃烧过程中会产生大量粉尘与各种杂质气体，采用双色红外传感器，由于采用特殊设计的红外滤色镜的薄膜热电堆，传感器经过预先调整，其红外光谱响应预设为特定检测0.7-1.1um双短波，只接受窑内熔渣在此特殊红外光谱段的能量，具有其它波长的红外能量都被滤除，能够避免区域内的烟尘和其他燃烧附属产物的干扰,准确测量熔渣温度，并反映此区域内的环境温度。
基于本发明上述的实施例，红外测量装置的位置可安装于炉膛内各个位置的炉壁上，锅炉工艺特性决定其不能长时间开放测量，需要使用法兰将测温设备连接到炉壁上，确保炉膛的相对密封。但当焚烧炉运行异常时，可能会有正压气流将炉内的高温带出，损伤测温设备；为适应焚烧炉行业的使用特性，专门开发了符合焚烧炉特点的保护装置，此保护装置能确保测温元件在炉壁上长时间稳定工作，测温防护系统保护测温传感器长时间运行，变送器将测量温度转换成4-20mA信号送至DCS（分布式控制系统）显示；冷却保护系统（水冷套1及与其连通的管道）可以保护仪器在最高315℃(水冷）的环境下长时间稳定工作；失压保护系统可以自动检测气路压力，当压力异常（失压或低压时），自动关断气动阀，以保护仪器。
本发明上述优选的一个实施例在实际使用中，上述结构的红外测量装置可设置为多个，并分别安装在锅炉炉膛内的各个位置的炉壁上，且多个红外测量装置的数据变送器均接入同一个DCS（分布式控制系统），通过该结构所实现的功能具体如下：
启动温度检测：锅炉启动阶段，在121℃～538℃范围内，监视烟气温度上升速率，防止烟温过高，损害过热器和再热器；或防止烟温过低，湿蒸汽进入汽轮机损害叶片。
炉膛出口烟气高温报警：监视最高温度，保证最大负荷情况下最有效率的运行，防止过热器、再热器和水冷壁管超温损坏。
减少启动时的燃料消耗：基于温度监控燃料转换，优于以负荷为基础，因而可缩短启动时间数小时。
吹灰器控制：比照吹灰时间与温度的历史记录曲线，监视锅炉烟气温度，对比蒸汽出口温度，决定是否需要启动吹灰器。炉膛出口烟气温度能作为主要的指标来确定自动吹灰方案，或者能提示运行人员开始手动吹灰操作。如果炉膛出口烟气温度超过原始设计值，显示炉膛已积灰，运行人员应进行炉膛吹灰，而当炉膛出口烟气温度值已经降到原设计值以下时应停止吹灰。在炉膛里过分吹扫不仅浪费能量，还会引起水冷壁管的吹灰侵蚀问题
飞灰（液相）腐蚀控制：由于所有的烟煤都含有硫磺和碱金属，燃烧后产生的飞灰（液相）含有腐蚀性，特别是硫和氯含量超过3.5%和0,25%的煤。研究发现飞灰干燥时硫酸盐的腐蚀性很小，而当半熔化时它能腐蚀过热器和再热器管所用的大多数合金钢。锅炉在高的炉膛出口烟温下运行，将使水冷壁因积灰而腐蚀加剧，这是水冷壁须保持清洁的直接原因。
将炉膛出口烟气温度保持在低于灰软化温度最小值38℃以下，能减少高硫煤燃烧时对过热器潜在的煤灰腐蚀。因为进入对流烟道的干灰不会粘附在蒸汽管壁上。
过热蒸汽温度控制：对于切圆燃烧方式的锅炉，改变燃烧器倾斜角度是常用的调节锅炉出口汽温的方法之一。选择向上倾斜某一角度以达到额定蒸汽温度的方法仅用于底中负荷时，在高负荷时燃烧器的倾斜角应该在水平或略向上位置，原因是可增加煤粉在炉膛的停留时间，以便使其完全燃烧。燃烧器向上倾斜时可能会使炉膛出口烟气温度升高，正如前面所讨论的，结渣和积灰的可能性将增加。为保持炉膛出口烟气温度在允许的范围内，如果不能达到额定蒸汽温度，应该考虑采用其他与燃烧器倾角相关联的选项，如增加空气余量。
除上述以外，需要说明的是，本实施例中所提到的DCS（分布式控制系统）、具有压力传感器与控制器的保护模块、以及红外测量仪的结构组成，均可采用现有技术中的同类设备组装得到本发明所述的红外测量装置，本发明主要目的之一是利用前述设备的功能实现在线炉膛烟气温度连续测量，且保持设备稳定运行的功能，故对于前述设备的结构及各自功能实现的原理，此处不再详述。
还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (6)
1.一种在线式炉膛烟气温度红外测量装置，包括红外测量仪，其特征在于：所述的红外测量装置还包括冷却套（1），所述红外测量仪置于冷却套（1）的内部，所述冷却套（1）具有中空的夹层，所述夹层设有进孔（2）与出孔（3），用于在冷却套（1）的夹层中形成循环流体；所述冷却套（1）的端部还安装有吹扫管（4），所述吹扫管（4）通过第一瞄准管（5）与气动阀（6）相连通，所述气动阀（6）通过第一管道（7）与气源相连通，所述第一管道（7）上设有保护模块（8）与第一过滤调压阀（9），所述第一管道（5）还与第二管道（9）相连通，所述第二管道（10）上还安装有第二过滤调压阀（11），用于由气体由第一管道（5）依次经过第一过滤调压阀（9）与保护模块（8），再经由气动阀（6）进入吹扫管（2），另一路由第二管道（10）经过第二过滤调压阀（11）直接进入吹扫管（4），再由吹扫管（4）吹向冷却套（1）内部的红外测量仪；所述气动阀（6）还与安装法兰（14）相连接，所述的红外测量装置通过安装法兰（15）安装在炉膛内的炉壁（15）上；
所述的红外测量仪包括红外传感器，所述红外传感器上的光电探测单元依次接入信号放大器与信号处理及显示输出单元，所述信号处理及显示输出单元还接入外置的分布式控制系统；用于由红外传感器连续采集视场范围内二氧化碳气体的最高温度，并通过其内部的光电探测单元转换为相应的电信号，所述电信号经由信号放大器与信号处理及显示输出单元进行信号放大及信号处理，由信号处理及显示输出单元连续输出至分布式控制系统进行当前温度值显示；进而根据分布式控制系统中显示的温度值，对炉膛的运行参数进行控制。
2.根据权利要求1所述的在线式炉膛烟气温度红外测量装置，其特征在于：所述第一管道（7）、第二管道（10）与气源通过三通接头相连通，所述三通接头与气源的第一管道（7）上还安装有手动阀（13）。
3.根据权利要求1或2所述的在线式炉膛烟气温度红外测量装置，其特征在于：所述的气动阀（6）还通过法兰盘与安装法兰（14）相连接，所述的瞄准管（5）也通过法兰盘与气动阀（6）相连接。
4.根据权利要求3所述的在线式炉膛烟气温度红外测量装置，其特征在于：所述的气动阀（6）接入保护模块（8），且所述保护模块（8）的内部至少设有压力传感器与控制器，所述压力传感器接入是控制器，用于由压力传感器检测第一管道（7）中吹扫风的压力，并传输至控制器中，由控制器根据第一管道（7）当前的压力数据，通过其内部预设的阈值范围判断是否自动关断气动阀（6）。
5.根据权利要求2所述的在线式炉膛烟气温度红外测量装置，其特征在于：所述信号处理及显示输出单元输出4至20毫安的电信号至分布式控制系统。
6.根据权利要求5所述的在线式炉膛烟气温度红外测量装置，其特征在于：所述的放大器与信号处理及显示输出单元集成在同一个数据变送器中。
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