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声波法炉膛温度(场)在线监测技术

2019-03-30 22:28作者:市场营销部

一、产学研技术背景简介

北京国成环境技术有限公司是一家专业从事环境污染防治和节能技术智能化建设的创新型高科技企业,公司已获得中关村高新技术企业、国家软件产品和国家高新技术企业认证。

  国成环境位于北京市昌平区华北电力大学国家大学科技园,可与华北电力大学共享二十余个国家和省部级重点实验室,拥有一流的电力与节能环保科研人才。国成环境按现代企业制度设立,公司治理制度和职能部门建设规范齐全。公司致力于炉膛燃烧温度场分布监测、大截面烟气流量监测、大截面烟气均匀取样、微量污染物浓度等高端监测技术和智能化控制技术的研发,为电厂提供超低浓度烟气在线监测系统和智慧燃烧解决方案,并提供“驻厂7×24小时120式”CEMS运维服务。公司产品和服务获得ISO9001质量管理体系、ISO14001环境管理体系和OHSAS18001职业健康安全管理体系认证。

20187月,国成环境保定生产基地建成投用。基地位于保定电谷科技中心,距雄安新区仅30公里,同属于保定国家高新区、中关村保定创新中心和华北电力大学保定校区国家大学科技园。保定素有“中国电谷”之称,与电力相关的产业配套齐全而成熟。

  工厂面积800平米,CEMS机柜出货能力1500台套/年以上,同时具备声波发生器、接收器、控制柜等声波测温、燃烧可视化设备的生产能力,检验检测设备齐全、管理规范。

  国成环境坚持科技创新的引领作用,充分发挥华北电力大学国家大学科技园的科研资源优势,积极开发智慧燃烧和智慧电厂建设技术,始终致力于为节约能源和改善环境提供更多更好的产品和服务,为节能环保事业贡献力量。

华北电力大学电站锅炉声学检测研究所隶属于国家火力发电工程技术研究中心,中心于200911月由国家科技部批准立项建设,主管部门是国家教育部,依托华北电力大学建设运行。中心重点开展适应清洁能源发展的火电蓄能和高效变工况运行技术、大型火力发电机组高效运行与过程节能技术、火力发电清洁运行与环保减排技术、火力发电测控与仿真技术等4个方向的工程化研究,针对火力发电过程的各个环节和关键设备,通过研究开发及技术转化,构筑面向火力发电过程的技术工程平台。

国家火力发电工程技术研究中心按照科技部的要求,发挥了“三个中心”的作用,即火力发电关键技术研究中心、火力发电技术成果推广应用中心和火力发电技术人才培训中心。在国家实施“能源可持续发展和节能减排”的战略实践中发挥了“电力国家队”的示范和带动作用,在促进企业技术进步和国家经济社会发展方面做出了重要贡献。

二、炉膛温度监测的重要性及其技术现状

炉膛温度是反应炉膛烧最直接、最及时、最重要的参数,是垃圾焚烧炉控制二噁英排放浓度最重要手段。

          炉膛温度测量技术现状

测量方式

测量原理

备注

接触式

热电偶、炉膛烟温探针

点测量,测量温度受限,易被结焦污染,测量误差大,维护量大

非接触式

红外式温度计、激光测温

线测量,对测量环境要求苛刻,测量误差较大

声波法温度测量

线或面测量,可实现温度场可视化/数字化

现有的焚烧炉膛温度测量,多采用热电偶式的接触式点测量技术。由于垃圾焚烧炉膛内处于高温、高烟尘、高湿度、湍流等复杂恶劣的测量环境,该技术在运行中存在测量值不能代表实际焚烧温度、传感器易结焦、更换频繁、维护工作量大等实际工程应用问题。

三、声波法炉膛温度(场)在线监测技术介绍

1、声波测温原理

声波法温度测量技术基于声速与介质温度的关系,介质中声波的传播速率与介质的温度呈某种函数关系,可通过测量声波的速率计算出该路径的介质温度。

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其中,C——声音在介质中的传播速

R   ——气体常数

k   ——气体的绝热指数

M   ——气体分子量

T   ——气体温度

由此,获得声波传播速度,即可计算出介质的温度。

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1、单路径温度监测

垃圾焚烧炉原安装热电偶的上、中、下三层的位置,改装三对声波收发装置,即可分别测得上、中、下三层各三条线的平均温度,其测量值比热电偶所测得的点温度值更能反应炉膛温度的实际情况。

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                        图2 单路径测温人机界         3 单路径温度测量值与机组负荷历史曲线对比图


2、多路径温度监测

在炉膛截面四周的炉墙上布置多组声波收发装置,即可测得多条路径的平均温度。多路径温度监测方式比单路径更能反应炉膛焚烧温度的分布情况。

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                       图4 几种多路径声波收发装置布置图  


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                                          图5 同截面多路径温度监测值历史曲线对比图 

3、截面温度(场)监测

在获取多条路径温度信息的基础上重建算法,建立这个平面的二维温度场,再通过声学CT技术显示各区块温度可实现截面温度的可视化和数字化,可直观看到炉膛区域实时的烧温度和强度,可判断火焰中心是否偏离以及炉膛燃烧充分程度,可任意调取任一个区块和等温线的历史温度曲线和画面。

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                 图6 温度场区块显示图                        图7 温度场等温线显示图

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              图8 温度场监测的人机界面图

四、系统技术参数

测量范围

02000℃以上

精确度

1%(路径温度),常温下测温分辨率为0.2℃,热态下测温分辨率为6

测量周期

30s以内

数据输出

路径、区块、数字或模拟

吹扫空气压力

0.6MPa

环境空气温度

-3060

声学单元

声波发声器-----精密铸造铝材

传声器-----镍基合金(耐腐蚀)

声波导管------精密铸造、烤漆

、技术特点

l 解决了热电偶等接触式温度测量的所有技术弊病

l 规避了光学技术光程路径被颗粒物遮挡和干扰的问题

l 免维护(节省更换热电偶人工约200个工日/台年)

l 免备件(节省更换热电偶费用约10万元/台年)

l 实现线或面测量,避免了点测量的误差

l 准确稳定的反应烧温度,避免二噁英排放环保法律责任

l 可调阅一年以上炉膛温度历史曲线和历史画面,有利于环境执法取证


七、相关专利证书

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