炉膛温度（共3篇）
炉膛温度 篇1
1 常规炉膛温度测量方式
1.1 接触式
目前锅炉一般采用炉膛出口烟气温度探针, 但易变形卡涩, 故障率较高, 同时探针受耐温限制, 仅在锅炉启动时测量出口烟气温度, 其使用温度范围和作用也有限。
1.2 辐射式温度计
辐射式温度计主要是红外式温度计, 它测量表面或区域的红外光强度。由于炉膛烟气温度分布不均匀, 成分不固定, 从而导致测量误差大。
1.3 飞灰颗粒辐射光谱测量
这类温度测量系统是利用图像检测炉膛烟气中主要是飞灰颗粒辐射的可见光, 经计算机进行图象处理, 得到炉膛内烟气的温度分布。由于受飞灰颗粒成分浓度及镜头污染等影响, 测量误差大。
2 声波测温系统
声波测量的原理是建立在声波在气体中的传播速度与声波通过的传输路径中气体成分及温度存在确定的函数关系。
声波测温系统的声波发生器能发出高强度 (>170d B) 的声波, 测量距离达30米, 并具有以下特点:
(1) 测温精度高:测温系统不受辐射等因素的影响, 其通道烟气温度测量精度可以达到±1%。
(2) 测量范围大 (-18~1926℃) , 在锅炉全负荷内均可使用。
(3) 测量空间不受限, 不仅可以测量平均温度, 还可以确定炉膛温度场的分布。
3 应用实例
某电厂声波测温系统配置为2个声波发生器ASG、6个声波接收器ASR以及1台信号处理计算机SPCW。2个声波发生器分别安装在前后墙, 6个声波接收器分别布置在四面炉墙上 (如图1、图2所示) 。整套系统布置标高为折焰角下部0.5米左右。
4 声波测温系统的发展
通过近几年的发展, 声波测温系统功能更加的完善和人性化。首先, 配置上由原来的6个接收器增加到8个接收器, 炉膛断面区域温度显示由原来的5个增加到16个。并且, 信号处理机增加了温度2D彩色图像、等温线、3D彩色图像等功能。声波测温系统除了能在信号处理机上显示以上功能, 同时可以通过4-20m A信号将炉膛断面的16个区域温度信号传输到DCS, 并在主控计算机上显示。
5 与红外辐射测温装置的比较
5.1 测量数据可靠性比较
声波测温系统路径温度精度+1%, 区域温度精度1.5-2.0%。
红外辐射测温装置测量误差大, 可信度差, 而且测温前要求炉内烟气中CO2含量达到13%, 但锅炉在启动和低负荷时烟气CO2含量基本达不到测量要求。
5.2 测量范围
声波测温系统测量炉膛断面16个区域的温度值, 同时输出温度2D彩色图像, 可以直观了解炉膛内部燃烧情况, 比如燃烧是否有偏斜, 是否出现局部高温热点等。
红外辐射测温装置仅仅测量一条锥形体路径的平均温度, 无法测量区域温度。原理上如果要构成区域温度, 则需要安装大量的红外辐射测温装置。
综上所述, 声波测温系统在烟气测温应用中具有十分突出的优点。
炉膛温度 篇2
1确定测量过程的计量要求
1.1生产工艺要求
大连高合金线材公司台车式热处理炉, 该炉有效长度为12.3 m, 宽3 m;最大装量为50 t。要求温度控制精度为±10℃, 各测量点之间的温差<1 0℃。主要用于1~4Cr13、430、GCr15钢材的热处理, 如GCr15热处理工艺, 见表1。
从表1可以看出:台车式热处理炉在升温和降温阶段, 重点要求的是升降温度的速度。而在保温阶段, 要求温度波动范围控制在±10℃之间。另外, 工艺要求还提出退火的最高温度不超过1 100℃。为达到这些要求, 先决条件就是要有准确的温度测量值。
1.2工艺要求转换成计量要求
计量要求可表示为最大允许误差、允许不确定度、测量范围、稳定性、分辨力、环境条件或操作者技能要求。
该工艺的计量要求只是对测量范围、测量的最大允许误差、允许不确定度给予要求。
测量范围要求应覆盖被测对象的最小测量点M小、最大测量点M大, 根据工艺要求, 炉中退火温度最高不超过1 100℃, 因此, 选择K型热电偶的测量范围0~1 100℃作为一次测温元件, 完全满足生产工艺要求。
根据工艺要求, 保温阶段的温度控制在810~830℃, 则控温点的公差T为:T测=830-810=20℃。
配备测量设备时, 应根据被测对象的公差要求导出的最大允许误差来选用测量设备。因此, 测量设备选用Ⅱ级K型热电偶、相对应的补偿导线、PLC以及计算机控制系统。按照设备选型表配置测量设备后, 对各测量设备进行检定、测试或按国家标准规定得出其计量特性, 所选测量设备的计量特性需满足表2的要求。将测量设备的计量特性与工艺计量要求进行比较, 经计量验证后方可投入使用。设备选型见表2。
1.3测量过程允许不确定度推导
温度测量过程的允许不确定度, 需采用过程测量能力指数CP来推导允许不确定度。
2识别过程要素和影响量
对每一个测量过程都要识别有关过程要素和影响量, 必须从人、机、料、法、环、测方面进行分析。因此, 重要的要素是操作者, 控制方法是要对操作者进行上岗培训, 使操作者具有退火工艺操作的基本技能;重要的影响量是环境温、湿度。所以必须控制好仪表操作室的温度、湿度, 满足PLC、计算机的对温、湿度的要求。
3测量不确定度评定
在钢材热处理退火炉控温系统中, 影响测量炉膛温的准确度因素很多, 除了炉子的保温性、温场的均匀性、测量设备安装与使用方法、环境条件或其他干扰等外, 一般在退火炉和控温方式确定后, 影响测量炉膛温准确度的主要原因是测量过程的误差, 它包括:一次测温元件、显示系统和之间相连接的补偿导线的误差等。本例中测量不确定度的评定如下:
3.1数学模型
Y=f (X1+X2+X3) (Y——是被测温度;X1——是一次元件 (K型热电偶) 生产的热电势;X2——是PLC和计算机系统的显示;X3——是补偿导线的信号传输) 。
3.2测量不确定度来源
(1) 一次元件K型热电偶引入的测量不确定度分量; (2) PLC和计算机系统的显示引入的测量不确定度分量; (3) 补偿导线误差引入的测量不确定度分量。
3.3温度测量过程不确定度评定
根据台车式热处理炉工艺曲线要求, GCr15退火的保温温度为820±10℃。
(1) 一次元件K型热电偶引入的测量不确定度分量u1。
热电偶工作温度T1=820℃选用的精度等级Ⅱ级, 允许误差为±0.75%t。采用B类不确定度评定方法, 按正态分布K=3则热电偶引入的标准不确定度:
(2) PLC和计算机系统的显示引入的测量不确定度分量u2。
计算机显示的量程是T2=1100℃精度等级±0.2%FS, 采用B类不确定度评定方法, 按均匀分布k=3, 则PLC和计算机系统的显示引入的标准不确定度:
(3) 补偿导线误差引入的测量不确定度分量u3。
补偿导线的允许误差为1.5℃, 采用B类不确定度评定方法, 按正态分布K=3则补偿导线引入的标准不确定度u3:u3=1.5/3=0.5℃
(4) 合成标准不确定度。
(5) 实际测量能力。
3.4测量能力评定
经过上述的分析、计算, 大连高合金线材公司台车式热处理炉温度测量过程测量不确定度评定结果和从工艺要求导出的允许不确定度比较:工艺计量要求 (允许测量不确定度) :2.5℃, 评定结果 (合成标准不确定度) :2.25℃, 实际测量能力:1.48, 可以看出目前选择的测量设备的合成标准不确定度满足测量过程的工艺计量要求。
4测量过程的有效性确认
测量管理体系标准要求, 测量过程设计与实现后, 必须进行验证。因此, 对测量过程的有效性确认是测量过程设计的重要过程, 也是测量管理体系技术工作审核的重要内容之一。测量过程的有效性确认方法主要有: (1) 与其他已确认有效的过程结果比较; (2) 与其他测量方法的结果比较; (3) 测量系统分析。
前两种方法是比较常见的, 都是通过最终结果的比较来确认, 但是, 没有对过程进行分析。
而第三种方法测量系统分析是通过过程特征的连续性分析来确认测量过程是否有效。严格的来说, 必须是具有复现性的测量系统才可运用本方法进行测量过程有效性确认, 而生产过程中退火保温阶段的温度值不可复现。为了对其进行确认, 需设计适用的实验方法, 进行测量系统分析, 确定该测量系统是否可以接受。
可采用%GRR来评价测量系统是否可接受。%GRR是测量系统变差占总变差的比例, 是评价测量系统能否被接受的指标。判断要求:
(1) %GRR≤10%测量系统可接受;
(2) 10%≤%GRR≤30%测量系统有条件可接受:是否改进测量系统, 由使用风险、测量仪器的成本、修理成本等因素综合考虑;
(3) %GRR≥30%测量系统不可接受, 应努力全面改进测量系统。
式中:PV——被测对象的变差, 主要考察被测对象的波动及测量引起的波动;AV——再现性, 主要考虑操作者在测量技术上的变差;EV——重复性, 主要考察测量仪器引起测量结果的波动性。
5本炉炉膛测温过程的测量系统分析
按照测量系统分析的要求, 选定3名测量人员, 在保证炉子温场均匀性的前提下, 将炉温升到8 20℃后保温, 在重复性条件下, 3名记录人员对十个测量点分别记录, 每半个小时记录一次, 共记录三次, 将测量值记录在《量具重复性和再现性数据收集表》中, 见《测量系统分析》参考手册、第三版、第101 (图12) 。按表内公式进行计算, 最后结果如下:
将表中数据带入公式进行计算, 得到结果如下:
从得出的数据来看, 大连高合金线材公司台车式热处理炉炉膛温控系统是可接受的, 因此, 该测量过程的有效性进一步得到确认。
参考文献
[1]GB/T19022—2003/ISO10012:2003, 测量管理体系.测量过程和测量设备的要求[S].中国标准化协会, 2003.
炉膛温度 篇3
随着全球环境污染问题的日益加重, NOx的排放控制已引起世界各国普遍关注。
在各种降低NOx排放技术中, 燃料分级再燃技术是最行之有效的办法之一。它的优点在于在再燃区中既可降低其火焰平均温度, 减小热力型NOx的形成;也可减小局部氧气浓度, 抑制燃料型NOx的形成;还可将主燃区所产生的部分NOx还原成N2。因此分级燃烧被广泛地应用于实际锅炉的设计中。但是在许多情况下分级燃烧中各层温度不能稳定地控制或者调节时间过长。如果不对各层温度进行控制, 很难使锅炉的NOx的形成量达到最小。
1、分级燃烧技术简介
电厂锅炉分级燃烧再燃系统如图1所示, 三次风首先进入一个细粉分离器, 收集的细粉并不是直接送入炉膛燃烧, 而是进入一个小粉仓, 引用烟气携带粉仓内的细粉进入炉膛。细粉分离器出来的不含或仅含少量的细粉的三次风作为燃尽风送入炉膛。由于烟气氧量含量少, 故此方案采用烟气作为携带煤粉气体, 更有利于创造出再燃区的低氧低温的还原性条件, 达到降低NOx的最佳效果。
2、模型的假设及对象动态特性
2.1 模型的假设
由上述说明可知, 一次风携带主燃料进入主燃区, 二次风助燃;再循环烟气携带再燃燃料进入再燃区;燃尽风通过燃尽风口进入燃尽区以燃烧主、再燃烧区未燃尽燃料。对此, 做出如下假设:
(1) 所有燃料的供给只在主燃区和再燃区, 燃尽区只燃烧前两者的未燃产物。
(2) 燃料总量由锅炉负荷决定。当负荷一定时, 通入主燃区和再燃区燃料之和一定。
(3) 三个区各区区内温度基本一致, 区间温度互不干扰。
(4) 由图1可知, π型锅炉炉膛内风烟走向由下往上。则上一层通风量对下一层层内温度不产生影响。
2.2 对象的动态特性
为了控制各层的温度, 取主燃区、再燃区和燃尽区三个温度测点作为被控量, 一二次风风量之和、再循环烟气量和燃尽风量作为控制量, 燃煤量在锅炉负荷一定时基本不变, 它作为扰动量。炉膛温度分布的动态特性可由如下三输入三输出系统描述:
其中:T1、T2、T3分别为主燃区、再燃区、燃尽区温度;B为给煤量 (k1+k2=1) 。V1、V2、V3分别为一二次风风量之和、再循环烟气量、燃尽风量。Pi j (s) 为控制通道的传递函数, Dij (s) 为扰动通道的传递函数。
根据某电厂阶跃响应实验数据得:
由假设 (4) 得:P12 (s) =P13 (s) =P23 (s) =D12 (s) =0。
2.3 模型的降阶处理
为便于基于模型的内模控制器进行设计, 需对上述对象的高阶模型进行降阶处理。从上述对象的动态特性可以看出, 各输入输出变量之间均为有自平衡过程。对这样的过程, 可采用工业过程中常用的一阶惯性加纯滞后形式的模型结构来近似, 模型参数的辨识采用基于阶跃响应的最小二乘辨识方法。降阶处理后的模型如下:
3、多变量内模控制器的设计
3.1 控制系统的结构
图2是内模控制系统的结构框图, 其中:P (s) 是具有自平衡能力的实际对象;P* (s) 是对象的降阶模型;D (s) 为扰动通道的传递函数;Q (s) 是内模解耦控制器;V是控制器的输出;B为扰动量;T0和T分别是系统的给定值与输出。
3.2解耦控制器的设计
由图2可知, 系统闭环传递函数矩阵H为H=PQ[I+ (P-P*) Q]-1
当P=P*时, 经完全解耦得到的其对角化形式为
下面, 通过构造期望的闭环响应特性H (s) , 来得到稳定有理的解耦控制器Q (s) 。
由上式得:
要解出解耦控制器矩阵, 首先必须确定闭环传递函数矩阵H。H的选择应满足以下2个条件:
(1) 选择的H (s) , 应保证qij (s) 的物理可实现性, 即控制器的输出不能超前于输入。可见满足该条件, 则控制器中就引入了低通滤波器, 滤波器的阶次与Q矩阵中各元素的分子与分母阶次之差有关。
(2) 选择的H, 应保证qij (s) 的稳定性, 否则会导致控制系统的不稳定。
综上所述, 得:
4、仿真研究
情况1初始时, 系统工作在稳态工况, 主燃区温度T1=1500℃, 再燃区温度温度T2=1200℃, 燃尽区温度T3=1600℃。在t=100s时, T1的设定值阶跃变化为1600℃, 在整个响应过程中给煤量始终保持不变。
情况2初始时, 系统工作在稳态工况, 主燃区温度T1=1500℃, 再燃区温度温度T2=1200℃, 燃尽区温度T3=1600℃。在t=100 s时, T2的设定值阶跃变化为1300℃,
在整个响应过程中给煤量始终保持不变。
情况3初始时, 系统工作在稳态工况, 主燃区温度T1=1500℃, 再燃区温度温度T2=1200℃, 燃尽区温度T3=1600℃。在t=100s时, T3的设定值阶跃变化为1700℃, 在整个响应过程中给煤量始终保持不变。
情况4初始时, 系统工作在稳态工况, 主燃区温度T1=1500℃, 再燃区温度温度T2=1200℃, 燃尽区温度T3=1600℃。在t=100s时, 给煤量发生20%的负荷阶跃扰动。
情况1、情况2和情况3主要反映了系统的解耦性能。在各层温度的阶跃响应过程中, 另两层温度仅发生微小波动并能迅速回到稳态值。输出量发生波动是由于模型与对象不匹配所致, 由于波动幅值小, 时间短, 因此可认为系统实现了完全解耦。
情况4主要反映了系统的抗干扰情况。系统对给煤量的扰动是能够克服的, 而且炉膛温度波动控制在2℃以内。因此可认为系统有着很强的抗干扰能力。
5、结语
分级配风燃烧系统是一强耦合系统, 在建立燃烧过程模型的基础上, 采用多变量内模控制理论对各级系统进行解耦, 以达到控制目的。仿真结果表明, 通过调节适当的风量, 系统可以很好的控制炉膛各层温度, 这一结果对于降低锅炉的NOx排放量以实现整体燃烧优化具有一定的参考价值。
参考文献
[1]赵文杰, 丁艳军, 吴占松.垃圾焚烧炉炉膛温度的多变量内模控制[J].清华大学学报 (自然科学版) .2007, 47 (S2) :1818-1821.
[2]王庆, 丁艳军, 吴占松, 薛景岩.循环流化床垃圾焚烧炉炉膛温度控制[J].技术交流.2004, 04:34-37.