【摘要】：建設智能化電廠需要進一步提高電站鍋爐性能監(jiān)控水平,從而保障鍋爐在全負荷范圍內安全、高效運行。通過采用計算機圖像處理和輻射逆問題求解方法,耦合爐側燃燒診斷和鍋側蒸發(fā)系統(tǒng)建模,實現(xiàn)了鍋爐燃燒過程的數(shù)字化檢測,并在一臺超臨界W型火焰鍋爐上開展了試驗研究。以爐側燃燒診斷給出的水冷壁表面熱流密度分布作為邊界條件,按照大比熱區(qū)的焓值范圍劃分3個焓值區(qū)間分別求解工質側換熱系數(shù),實現(xiàn)了超臨界壓力下水冷壁溫度分布的檢測。試驗結果表明,爐側溫度檢測誤差小于50K,鍋側水冷壁檢測誤差小于1.06%。鍋爐燃燒數(shù)字化檢測技術將為控制爐內燃燒工況的優(yōu)化分布提供重要參考。
【圖文】：

上爐膛尺寸為12.5m×26.7m，下爐膛尺寸為23.6m×26.7m，爐拱所在高度為34m。在前、后拱上共布置有24組狹縫式燃燒器，6臺雙進雙出磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)。F層二次風箱內加裝導流板，使F層二次風下傾進入爐膛。W型火焰鍋爐能夠促進低揮發(fā)分煤粉的穩(wěn)燃及燃燼，但也存在結焦嚴重、受熱面超溫、爐內溫度分布不均勻等一系列問題[10]。通過在爐膛各燃燒區(qū)域布置火焰探測器，結合火焰輻射圖像處理技術診斷爐內燃燒工況，將提高W型鍋爐燃燒檢測及控制水平。根據(jù)W型鍋爐結構特點，將20支探測器分4層布置在爐膛四周，如圖1所示。第1層探測器布置在拱下靠近冷灰斗區(qū)域，高度為27.7m，能夠接收燃燒器區(qū)域火焰的輻射信息，從而確定火焰的下沖深度；第2層探測器布置在高度為32.1m，能夠監(jiān)視燃燒器的著火特性以及火焰中心位置；第3層圖1數(shù)字化鍋爐燃燒檢測系統(tǒng)Fig.1Digitaldetectionsystemofboilercombustion探測器布置在拱上接近喉口位置，高度為39.1m，傾斜向下布置，監(jiān)測煤粉在下爐膛的燃燒以及沿高度方向上的溫度變化；第4層探測器布置在接近折焰角區(qū)域，高度為45.7m，監(jiān)測爐膛出口煙溫是否偏高。20幅火焰圖像經(jīng)視頻分割器合成為1幅圖像送入工控機進行處理。爐側燃燒診斷是利用輻射圖像處理的方法從彩色火焰圖像中反演爐內源項分布。根據(jù)維恩輻射定律，攝像機接收到的單色輻射強度與爐內溫度分布的關系如式(1)：()λλλI=AET(1)式中：Iλ為攝像機接收的單色輻射強度，W/(m3Sr)；Aλ為單色輻射成像矩陣，由式(2)確定。dd(),1,2,,(,)4(),1,2,,jjjjRjiSjmAijRjiVjmmmnλεσκσ→Δ==→Δ=+++(2)式中：Rd為被介質散射或者被壁面反射的能量份額分布(distributionsofrat

0.8321.4641.0200.127>27000.0950.9370.8842.2341.6000.106焓值Hf/(kJ/kg)η7η8η9η10η11—<17500.4700.01450.1510.6370.842—[1750,2700]0.9680.00000.1200.2870.233—>27000.7650.07500.0890.3800.294—式中：ρ*=317.763kg/m3；T*=647.226K；λ*=0.4945W/(mK)。3結果與討論拍攝爐內火焰圖像后，將提取圖像中包含的爐膛邊界單色輻射強度信息，然后根據(jù)式(4)重建得到爐膛三維溫度分布，并將溫度數(shù)值轉化為偽彩色云圖，以3個剖面的方式給出3個方向上的溫度分布，如圖5所示�？梢钥闯�，爐內溫度分布呈現(xiàn)W型趨勢，火焰未發(fā)生短路，高溫區(qū)集中在上升氣流交匯處。下爐膛溫度分布較對稱，上爐膛略偏向前墻�；鹧嬷行奈挥跇烁�29m處，最高溫度接近1900K�？傮w上來看，該爐膛W型火焰組織情況良好，火焰下沖行程較長，到達冷灰斗區(qū)域，未出現(xiàn)明顯的前后墻偏燒情況。圖5爐內燃燒溫度分布Fig.5Combustiontemperaturedistribution利用紅外高溫計在煙溫測點處測量火焰溫度，并與燃燒檢測系統(tǒng)測量的結果進行對比，如圖6所示。紅外高溫計型號為PT300B，測溫范圍為773~3200K，測量精度為讀數(shù)值的±1%，溫度分辨率為1K，紅外高溫計輻射率設為0.4�？梢钥闯�，兩種方式的測溫結果基本一致，偏差小于50K。測點1和2處的溫度要高于測點3和4，這表明F層二次風下傾后，火焰下沖深度明顯增加，，冷灰斗區(qū)域溫度偏高。測點度溫K/1500160017001800123456圖6溫度檢測結果比較Fig.6Comparisonoftemperaturemeasurementresults前墻水冷壁熱流密度分布如圖7所示，數(shù)值區(qū)間為70~320kW/m2。熱流密度峰值出現(xiàn)在冷灰斗區(qū)域，這主要是由于火焰下沖深度增加，貼近冷灰斗區(qū)域水冷壁管，對應
【作者單位】： 西安熱工研究院有限公司電站鍋爐煤清潔燃燒國家工程研究中心;
【基金】：國家自然科學基金項目(51301130,51406166)~~
【分類號】：TM621.2

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7 ;哈鍋電站鍋爐的發(fā)展與展望[A];中國動力工程學會成立四十周年文集[C];2002年

8 陳寶

本文編號：2533906