解決方案 | 聲波測(cè)溫助力電廠爐膛溫度場(chǎng)智能化監(jiān)測(cè)管理

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發(fā)表時(shí)間：2024-05-09 14:24

發(fā)電廠的系統(tǒng)是至今為止全世界公認(rèn)的最復(fù)雜系統(tǒng)之一，為了確保電廠安全穩(wěn)定的生產(chǎn)運(yùn)行，關(guān)鍵核心在于鍋爐能夠高效穩(wěn)定的運(yùn)行，鍋爐內(nèi)溫度場(chǎng)變化可以作為鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

目前電廠鍋爐內(nèi)溫度判斷通常只能依靠對(duì)鍋爐內(nèi)某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷整個(gè)鍋爐的燃燒情況，缺少實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的鍋爐內(nèi)溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)。隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和電力市場(chǎng)的深度改革，電廠智能化建設(shè)已成為該行業(yè)的迫切需求，也需要實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確的采集鍋爐內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)而把相關(guān)溫度信息和燃燒情況通過(guò)DCS反饋到電廠的控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)電廠的智慧化、數(shù)字化升級(jí)。

北京奧音貝和華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院的專家團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年聯(lián)合研發(fā)基于聲學(xué)的爐膛測(cè)溫解決方案已經(jīng)可以實(shí)時(shí)、直觀反映爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布情況。

1、聲波測(cè)溫基本原理

聲學(xué)測(cè)溫原理基于聲速與介質(zhì)溫度的關(guān)系，以單路徑爐膛聲學(xué)測(cè)溫模型為例，在爐膛截面四周的爐墻上布置多組聲波收發(fā)裝置，通過(guò)依次發(fā)聲，得到多條路徑溫度，采用CT重建技術(shù)可以得到測(cè)溫平面的二維溫度場(chǎng)分布。如圖所示：

2、聲波測(cè)溫解決方案架構(gòu)及功能

（1）聲波收發(fā)系統(tǒng)

聲波發(fā)生單元：聲波發(fā)生器是能量轉(zhuǎn)換裝置，是本系統(tǒng)的重要組成部分。工作的有關(guān)參數(shù)必須根據(jù)鍋爐的具體情況進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到工作狀態(tài)的最優(yōu)化，本系統(tǒng)采用特制電動(dòng)聲源。

聲波接收傳單元：傳感器是用來(lái)接收發(fā)自聲波發(fā)射器的聲頻信號(hào)，選擇增強(qiáng)型壓電式聲波傳感器，對(duì)頻率響應(yīng)、環(huán)境溫度、現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾有一定的要求，本系統(tǒng)采用駐極體傳聲器。

爐膛測(cè)點(diǎn)單元：聲波導(dǎo)管連接聲波發(fā)生器與爐體。聲波發(fā)生器調(diào)制的聲波在這里被放大并導(dǎo)入爐體。一方面，用來(lái)減弱熱傳導(dǎo)，起到保護(hù)作用。另一方面，合理聲波導(dǎo)管有利于聲學(xué)阻抗的匹配。

（2）中央處理控制單元

處理控制單元是整套測(cè)溫系統(tǒng)的核心。通過(guò)它實(shí)現(xiàn)了所有的控制、處理、輸入輸出和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

（3）可視化運(yùn)維管理平臺(tái)

系統(tǒng)提供一個(gè)友好的人機(jī)界面，可呈現(xiàn)火焰偏離情況、等溫線圖、在線溫度監(jiān)測(cè)、溫度變化曲線等，為鍋爐燃燒提供了豐富的可視化信息，并支持?jǐn)U展和定制。

3、解決方案技術(shù)指標(biāo)

4、聲波測(cè)溫解決方案優(yōu)勢(shì)

要實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確的采集鍋爐內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)而把相關(guān)溫度信息和燃燒情況通過(guò)DCS反饋到電廠的控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)電廠的智慧化、數(shù)字化升級(jí)。

北京奧音貝和華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院的專家團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年聯(lián)合研發(fā)基于聲學(xué)的爐膛測(cè)溫解決方案已經(jīng)可以實(shí)時(shí)、直觀反映爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布情況。

1、聲波測(cè)溫基本原理

聲學(xué)測(cè)溫原理基于聲速與介質(zhì)溫度的關(guān)系，以單路徑爐膛聲學(xué)測(cè)溫模型為例，在爐膛截面四周的爐墻上布置多組聲波收發(fā)裝置，通過(guò)依次發(fā)聲，得到多條路徑溫度，采用CT重建技術(shù)可以得到測(cè)溫平面的二維溫度場(chǎng)分布。如圖所示：

2、聲波測(cè)溫解決方案架構(gòu)及功能

（1）聲波收發(fā)系統(tǒng)

聲波發(fā)生單元：聲波發(fā)生器是能量轉(zhuǎn)換裝置，是本系統(tǒng)的重要組成部分。工作的有關(guān)參數(shù)必須根據(jù)鍋爐的具體情況進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到工作狀態(tài)的最優(yōu)化，本系統(tǒng)采用特制電動(dòng)聲源。

聲波接收傳單元：傳感器是用來(lái)接收發(fā)自聲波發(fā)射器的聲頻信號(hào)，選擇增強(qiáng)型壓電式聲波傳感器，對(duì)頻率響應(yīng)、環(huán)境溫度、現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾有一定的要求，本系統(tǒng)采用駐極體傳聲器。

爐膛測(cè)點(diǎn)單元：聲波導(dǎo)管連接聲波發(fā)生器與爐體。聲波發(fā)生器調(diào)制的聲波在這里被放大并導(dǎo)入爐體。一方面，用來(lái)減弱熱傳導(dǎo)，起到保護(hù)作用。另一方面，合理聲波導(dǎo)管有利于聲學(xué)阻抗的匹配。

（2）中央處理控制單元

處理控制單元是整套測(cè)溫系統(tǒng)的核心。通過(guò)它實(shí)現(xiàn)了所有的控制、處理、輸入輸出和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

（3）可視化運(yùn)維管理平臺(tái)

系統(tǒng)提供一個(gè)友好的人機(jī)界面，可呈現(xiàn)火焰偏離情況、等溫線圖、在線溫度監(jiān)測(cè)、溫度變化曲線等，為鍋爐燃燒提供了豐富的可視化信息，并支持?jǐn)U展和定制。

3、解決方案技術(shù)指標(biāo)

4、聲波測(cè)溫解決方案優(yōu)勢(shì)

. 精確度高，準(zhǔn)確度<1%（路徑溫度），常溫下測(cè)溫分辨率為0.1℃，熱態(tài)下測(cè)溫分辨率為3℃。不受輻射等不確定因素的影響；

. 測(cè)量溫度范圍廣，在-100℃～2500℃鍋爐全負(fù)荷范圍內(nèi)均可使用；

. 測(cè)量空間不受限，不僅可以測(cè)量平均溫度，還可以確定爐膛溫度場(chǎng)分布；

. 測(cè)量靈敏度高，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；

. 可視化界面，可呈現(xiàn)爐膛截面燃燒強(qiáng)度、火焰偏心系數(shù)、等溫線圖、溫度云圖、路徑溫度歷史變化曲線等多種方式，數(shù)據(jù)直觀；

. 獨(dú)立的系統(tǒng)，可以避免和其他系統(tǒng)出現(xiàn)沖突，采用耐高溫傳感器，同時(shí)系統(tǒng)有聲源自檢系統(tǒng)，有故障直接報(bào)警，減少日常維護(hù)工作量；

. 電廠運(yùn)行人員可以據(jù)此進(jìn)行鍋爐內(nèi)的煤粉或者配風(fēng)的調(diào)整，也可以通過(guò)DCS系統(tǒng)連接與靶向配風(fēng)等輔助系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5、項(xiàng)目收益

（1）運(yùn)行效益

. 鍋爐效率提高0.5%左右，鍋爐燃燒偏差減少5℃以上；

. 機(jī)組運(yùn)行煤耗降低0.5-1.0g/kWh，SCR入口NOx產(chǎn)量降低5%以上；

. 機(jī)組負(fù)荷爬坡率提高0.5%以上，鍋爐深度調(diào)峰穩(wěn)燃負(fù)荷降低5%以上；

（2）經(jīng)濟(jì)效益

. 聲波測(cè)溫系統(tǒng)在鍋爐上安裝運(yùn)行后，兩年可回收成本；

. 燃燒優(yōu)化，降低煤耗，節(jié)省燃料成本；

. 防止水冷壁和過(guò)熱器過(guò)熱，延長(zhǎng)使用壽命；

. 避免爆管事故，意外停機(jī)損失發(fā)電量15000MWh；

（3）社會(huì)效益

. 碳減排（60MW的電廠，年減排二氧化碳26萬(wàn)噸）；