【摘要】：建設(shè)智能化電廠需要進(jìn)一步提高電站鍋爐性能監(jiān)控水平,從而保障鍋爐在全負(fù)荷范圍內(nèi)安全、高效運(yùn)行。通過采用計(jì)算機(jī)圖像處理和輻射逆問題求解方法,耦合爐側(cè)燃燒診斷和鍋側(cè)蒸發(fā)系統(tǒng)建模,實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒過程的數(shù)字化檢測(cè),并在一臺(tái)超臨界W型火焰鍋爐上開展了試驗(yàn)研究。以爐側(cè)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(gè)焓值區(qū)間分別求解工質(zhì)側(cè)換熱系數(shù),實(shí)現(xiàn)了超臨界壓力下水冷壁溫度分布的檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明,爐側(cè)溫度檢測(cè)誤差小于50K,鍋側(cè)水冷壁檢測(cè)誤差小于1.06%。鍋爐燃燒數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)將為控制爐內(nèi)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(tái)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。F層二次風(fēng)箱內(nèi)加裝導(dǎo)流板，使F層二次風(fēng)下傾進(jìn)入爐膛。W型火焰鍋爐能夠促進(jìn)低揮發(fā)分煤粉的穩(wěn)燃及燃燼，但也存在結(jié)焦嚴(yán)重、受熱面超溫、爐內(nèi)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(cè)器，結(jié)合火焰輻射圖像處理技術(shù)診斷爐內(nèi)燃燒工況，將提高W型鍋爐燃燒檢測(cè)及控制水平。根據(jù)W型鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將20支探測(cè)器分4層布置在爐膛四周，如圖1所示。第1層探測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)Fig.1Digitaldetectionsystemofboilercombustion探測(cè)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(cè)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(cè)器布置在接近折焰角區(qū)域，高度為45.7m，監(jiān)測(cè)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(jī)進(jìn)行處理。爐側(cè)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(nèi)源項(xiàng)分布。根據(jù)維恩輻射定律，攝像機(jī)接收到的單色輻射強(qiáng)度與爐內(nèi)溫度分布的關(guān)系如式(1)：()λλλI=AET(1)式中：Iλ為攝像機(jī)接收的單色輻射強(qiáng)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(zhì)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(jié)果與討論拍攝爐內(nèi)火焰圖像后，將提取圖像中包含的爐膛邊界單色輻射強(qiáng)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(zhuǎn)化為偽彩色云圖，以3個(gè)剖面的方式給出3個(gè)方向上的溫度分布，如圖5所示�？梢钥闯�，爐內(nèi)溫度分布呈現(xiàn)W型趨勢(shì)，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(duì)稱，上爐膛略偏向前墻�；鹧嬷行奈挥跇�(biāo)高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(dá)冷灰斗區(qū)域，未出現(xiàn)明顯的前后墻偏燒情況。圖5爐內(nèi)燃燒溫度分布Fig.5Combustiontemperaturedistribution利用紅外高溫計(jì)在煙溫測(cè)點(diǎn)處測(cè)量火焰溫度，并與燃燒檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。紅外高溫計(jì)型號(hào)為PT300B，測(cè)溫范圍為773~3200K，測(cè)量精度為讀數(shù)值的±1%，溫度分辨率為1K，紅外高溫計(jì)輻射率設(shè)為0.4�？梢钥闯�，兩種方式的測(cè)溫結(jié)果基本一致，偏差小于50K。測(cè)點(diǎn)1和2處的溫度要高于測(cè)點(diǎn)3和4，這表明F層二次風(fēng)下傾后，火焰下沖深度明顯增加，，冷灰斗區(qū)域溫度偏高。測(cè)點(diǎn)度溫K/1500160017001800123456圖6溫度檢測(cè)結(jié)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(duì)應(yīng)
【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(xué)基金項(xiàng)目(51301130,51406166)~~
【分類號(hào)】：TM621.2

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8 陳寶

本文編號(hào)：2533906