[发明专利]一种炉内高温烟气温度与成分协同测量装置

说明书

本发明公开了一种炉内高温烟气温度与成分协同测量装置，包括：主烟气全压管；速度/压力测定系统：包括静压管、1/4圆导向管和静压帽；烟气采集系统：包括取样管、取样嘴和隔膜泵；高温温度测量系统：包括多根设置在静压管内的热电偶；冷却系统：包括套设在主烟气全压管与静压管之间的双向水冷内螺纹管式换热器；分析系统：包括与静压管上的静压接口和烟气出口上的全压接口连通的压差表、与热电偶连接的温度计、与隔膜泵依次连接的烟气分析仪、累计流量计和转子流量计。本发明能够实现炉内高温环境下温度、压力、成分的协同测量，且实时在线测量炉内温度与成分的精度高。

技术领域

本发明涉及炉内高温烟气测量技术领域，更具体的说是涉及炉内高温环境下温度、压力、成分的协同测量，是一种实时在线测量炉内温度与成分的高保真高精度的测量装置。

背景技术

炉内温度直接关系到锅炉的燃烧安全和燃烧效率，影响着污染物的生产和排放，精确测量炉内温度和成分对判断、预测和诊断锅炉燃烧状态具有重要意义。目前，炉内温度和烟气成分测量一般采用光学方法和声学法，虽然可以实现高温烟气温度或成分的二维、三维的可视化画面，但由于我国煤种的复杂性，煤燃烧产生的炭黑、灰粒等的存在，有时还会有较多水分存在，这都直接影响了光学法及声学法的准确性。所以直接接触式温度测量和抽气式高温烟气成分测量是解决炉内1600～1800℃测量的最佳手段。

经过对现有技术的检索发现分析，目前关于炉内高温烟气温度测量的专利技术有直接法和间接法两种。直接法是采取各种绝热手段以及采取耐高温材料实现高温下直接测温的目的，这种方法主要问题依然是高温连续测量问题以及测量精度不高的问题，目前有采取耐高温填充材料解决高温连续测量问题，或者采取水冷套管和采取抽气式双层遮热罩降低热电偶热接点因热量传递引起的测量误差。间接法是对炉内高温烟气固定点定量取样后进行换热器定量换热计算，根据已有的烟气物性参数计算方法反推高温烟气温度，这种反推的方法往往使测量误差被成倍放大。另外，目前对于炉内高温烟气的取样均采取非等速抽气方法，这不仅使得取样在很大程度上不具有代表性即非目标测点烟气，还使得烟气在热接点表面有能量转化使测量值偏离实际值。最后，目前炉内高温烟气测量参数较为单一，只停留在温度参数上，而炉内高温烟气的目标点压力、速度、甚至烟气成分和炭灰(飞灰)颗粒同样对锅炉燃烧稳定与效率、污染控制具有重要意义。具体如下：

中国发明专利CN104142192A公开了一种高温烟气温度实时测量装置，该装置借助可深入炉膛内部的具有双层套管结构的双层隔热陶瓷取样管实现对目标区域的移动采样，并利用发明人自主研发的具有三层夹空层绝热保温的水冷套管换热器进行换热计算，根据已经测得的换热器进出口水的流量、温度、压力及换热器烟气出口的温度、压力、流量，采用计算机反推目标区域取样点的温度。该装置有以下原因造成炉内高温烟气的测量误差较大：取样烟气不具有代表性，取样管与烟气流速方向接近垂直，并且烟气流速大小与抽气速度大小不同，造成附近其他非目标点气体进入，造成测量温度并非目标温度值；在一般工业锅炉情况下由于烟气流速较小不考虑滞止速度带来的影响，但该装置在尾部测温虽采用隔热双层遮热罩可以减少辐射损失但是抽气速度较大使得烟气在热电偶接点的处发生动能转化热能，使热接点温度升高，而这种误差采用反推高温烟气温度时会被成倍放大；炭灰(飞灰)颗粒内含有多种无机盐成分并且是判断燃烧状况的重要依据，该设备在取样后直接将烟气中的炭灰(飞灰)颗粒分离并未进行定量分析，直接影响了烟气分析的准确性甚至失去烟气分析目的。

中国发明专利CN102252780A公开了一种电站锅炉炉膛烟气温度的测量装置及其测量方法，该装置借助水冷套管换热器，利用高温陶瓷取样管对炉内固定目标点进行少量烟气采集，并与冷却水换热，利用测得换热器进、出口水温、流量、压力及烟气抽气出口烟气的温度、压力、流量，进而反推炉膛内高温烟气取样点的温度。该装置有以下原因造成炉内高温烟气的测量误差较大：装置的水冷换热器的绝热性能较差，使得烟气交换给水的热量散失到环境中造成出口温度偏低，测量误差偏大；烟气出口采用裸漏热电偶进行测温值偏低，造成温度测量误差较大；取样管耐火性能差，只能在900～1000℃环境下使用，无法实现更高温连续在线测量。