锅炉炉膛温度场声学可视化技术

成果介绍

成果名称：锅炉炉膛温度场声学可视化技术

成果参与单位：华北电力大学

成果完成人：沈国清

炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数，直接影响到锅炉的安全性和经济性。炉膛温度作为反应炉膛内部燃烧情况最直接、最及时、最重要的参数，是燃煤锅炉安全高效环保运行最主要的控制参数，是垃圾焚烧炉二噁英排放最主要的控制手段，是SNCR优化最直接的运行依据，是钢铁、冶炼等工艺环节提高成品率最关键的控制参数。

由于炉膛处于高温、高尘、超大空间、湍流等复杂恶劣的测量环境，接触式测量技术不断出现结焦、温度漂移、短时间内烧毁等问题，更换频繁、维护工作量大。常规接触式测量技术难以在炉膛高温测量上持久应用，以致炉膛温度测量难以实现连续准确实时监测，燃烧调整赖以依靠的炉膛温度参数处于“缺失”状态，炉膛燃烧成为了运行调整的“黑匣子”。现有的垃圾焚烧炉脱硝普遍采用SNCR脱硝工艺，没有精确的温度窗口检测手段，喷氨调节无温度场分布数据依据，脱硝效率低，氨逃逸量高。

温度场声学可视化技术作为一种非接触式测量方法，对测量环境要求不苛刻，能直观、及时的反应炉内温度场分布，实现炉内高温、多尘、湍流等恶劣环境下的实时在线测量，也可以为喷氨调整提供最直接的温度窗数据，提高脱硝效率，减少氨逃逸量。

创新点

能够给出实时的二维温度场信息，包括区域温度图、等温线图和三维温度立体图，运行稳定可靠。便于运行人员及时判断温度分布和火焰中心是否偏移，防止水冷壁局部过热超温。通过使用该技术，为机组的燃烧优化调整提供了参考，降低煤耗，节省燃料成本；延长面命，节省换管费用；减少锅炉NOx排放，节省脱硝成本。

市场前景

自主研发的声学测温系统性能价格比优于国外同类系统。系统价格仅为国外同类产品的一半，系统的测量精度、温度场分辨率、稳定性等性能指标均优于采用国外产品和技术。在系统软硬件升级、备品备件供应、售后服务与人员培训等方面具有明显的优势与市场竞争力。

应用案例

获奖情况

1、火电行业

安全：直观判断并调节火焰中心位置，防止火焰中心偏离，防止炉膛结焦，防止水冷壁和过热器爆管。

节能：直观判断并调节局部低温区域燃烧情况，使燃烧充分，降低煤耗。

环保：直观判断并调节局部高温区域燃烧情况，降低NOx浓度。

深度调峰：直观判断并调节低负荷燃烧情况，减少低负荷炉膛灭火，增强机组深度调峰能力。

替代烟温探针：单路径非接触式测温，替代烟温探针，实现从点火到满负荷的全周期炉膛出口烟温在线测量。

智慧电厂：炉膛温度场实现可视化、数字化，打开炉膛“黑匣子”，为智慧电厂建设提供最直接、最及时、最重要的炉膛温度变量。

2、垃圾焚烧行业

脱硝优化：直观判断并调节炉膛内温度分布，调节喷氨使之处于最佳反应温度区间（900℃～950℃），提高脱硝效率，节约喷氨量。

燃烧优化：直观判断并调节局部高温区域燃烧情况，防止燃烧不均匀，减缓炉膛结焦，降低NOx浓度。

二噁英控制：准确稳定的反应炉内温度分布，避免二噁英排放法律责任。

替代热电偶：单路径非接触式测温，替代热电偶，从点测量升级为线测量，避免了同层热电偶测量数据偏差大的问题，大幅减小了更换热电偶的维护工作量。

3、钢铁、冶炼行业

成品率控制：直观判断并调节炉膛内温度分布，使工艺环节处于最佳温度区间，提高成品率。

节能：直观判断并调节局部低温区域燃烧情况，使燃烧充分，降低煤耗。

环保：直观判断并调节局部高温区域燃烧情况，降低NOx浓度。

声波测温系统在锅炉上安装运行后，每年至少可以取得200万元的经济效益，具体如以下几个方面：

1、燃烧优化、降低煤耗、节省燃料成本

燃烧优化的第一个基本原则就是保持炉膛平均温度的稳定性。国内外大多数燃烧优化的软件都是从DCS数据库采集氧量、蒸汽流量等来计算过量空气系数，从而实现锅炉燃烧效率计算。然而，通过声学测温系统直接获得炉膛平均温度，按照锅炉效率是炉温单一函数的原则实现燃烧优化，调节风煤比，达到最佳燃耗状况，简单有效，燃烧的效率可提高0.3%～1%。

锅炉长期优化运行下，机组供电煤耗至少可降低1g/kWh。

2、防止水冷壁和过热器过热，延长使用寿命

由于受热不均和磨损等原因，几乎每台锅炉的大小修都要更换部分水冷壁和过热器，费用高且维护量大。安装声学测温系统，调整火焰中心偏移，保守预算每年可节省换管费用30万元。

3、避免爆管损失电量15000MWh（60万元）

由于安装声学测温系统，避免水冷壁过热，无水冷壁爆管事故。

4、氮减排

燃烧更加充分和均匀，炉膛的温度分布更加合理减少烟气中NOx的含量，通过氮氧化物排放监测，有助于提高环保的指标。

5、提高SNCR脱硝效率

据温度场实时调整SNCR喷枪（是否投入使用及流量控制），控制SNCR反应发生在最佳反应温度区间，提高SNCR反应效率至75%以上，降低氨耗。