概要

火电厂锅炉燃烧调整对锅炉的安全、经济运行十分关键，而表征炉膛燃烧和热交换工况的重要参数是炉膛的火焰（烟气）温度分布。特别是炉膛出口烟气温度。目前一般使用铠装热电偶进行温度测量，基本可以实现对炉膛烟气温度变化趋势的检测。

锅炉内部燃烧工况复杂，由于煤粉细度，风煤比，煤粉质量等因素的影响，热电偶铠装钢管前端会有结焦，影响热电偶的测量精度。其次，热电偶长期工作在高温环境中，受热风剪切及自重影响，使其弯曲。当需要维护（更换）时，无法直接从测温孔中拔出。一般都要将其截断，弯曲部分直接捣入到炉膛内。操作极其麻烦，而现场环境又十分恶劣（高噪音，高温，空间狭窄，操作不便）。因此，引入非接触比色测温技术红来替代热电偶。现场实验表明，红外测温安装简单，维护少，操作简便，使用寿命长。

具体目标

1、用比色测温设备替代正在使用的热电偶；

2、实现燃煤锅炉炉膛烟气温度连续测量；

3、相较热电偶测温减少维护量；

4、自动除焦及灰尘吹扫，消除结焦对温度测量的影响，基本实现无人值守；

5、降低温度测量成本（该系统在冷却系统正常的情况下，可连续工作四年以上）。

解决方案

针对现场情况提出以下两种温度测量解决方案：

方案一：

系统组成：比色测温设备、涡旋制冷器、风冷及镜头吹扫器、安装支架、电控系统、电缆。

系统组成各单元功能简介：比色测设备用于温度测量；涡旋制冷器用于产生低温制冷用空气；风冷及镜头吹扫器用于保护比色测温仪工作在安全的环境温度内，保证仪器长时间使用。光学镜头不积灰；安装支架用于系统安装；电控系统用于控制比色测温设备是否工作，当其工作环境温度超过45℃，切断比色测温系统电源，确保其在安全温度下工作，使其长期稳定可靠运行；电缆用于测量温度数字传输到控制室。

安装：将测温系统直接安装在热电偶测温孔前，通过比色测温仪测量炉内温度。

优点：系统结构简单，成本相对较低

缺点：当测温孔有结焦或者灰尘堆积时，由于测温仪的视场受到阻挡而无法准确测温。结焦严重或者测温孔积灰严重时，会造成无法测量温度。

方案二：

系统组成：比色测温设备、涡旋制冷器、风冷及镜头吹扫器、安装支架、除焦系统、电控系统、电缆。                     

系统组成各单元功能简介：比色测设备用于温度测量；涡旋制冷器用于产生低温制冷用空气；风冷及镜头吹扫器用于保护比色测温仪工作在安全的环境温度内，且保证一起长时间使用。光学镜头不积灰；安装支架用于系统安装；除焦系统用于清除测温孔内壁结焦或灰尘堆积（可根据实际情况自由设置其除焦时间）；电控系统：1、控制比色测温设备是否工作，当其工作环境温度超过45℃，切断比色测温系统电源，确保其在安全温度下工作，使其长期稳定可靠运行。2、设定除焦周期及执行除焦动作；电缆用于测量温度数字传输到控制室。

安装：将测温系统直接安装在热电偶测温孔前，通过比色测温仪测量炉内温度。

优点：自动除焦，基本实现无人值守。大大降低了工人炉前维护时间及次数。

方案优势及关键设备概述

方案优势：

非接触测量及人工智能辅助除焦的使用，极大的降低了温度测量环节的维护量。降低了工人劳动强度，提高了设备的使用效率。比色测温设备的极高响应速度，可以及时真实地测量出炉膛温度变化。实际测试结果比较表明，在一段时间内，热电偶测量得到的炉内温度变化在25℃以内，而比色测温设备测量的温度变化范围在70℃以内。就目视观察，炉膛内亮度明显变化，而热电偶的测温值并无变化，因为热电偶测量的是其所在的位置的平均温度，对于瞬间温度变化没有反应。

基尔霍夫定律告诉我们，目标物体温度的极小变化可以引起红外辐射量的极大变化，这说明，红外测温仪可以极其敏锐地测量到物体温度的变化，这也是红外测温仪高速响应的理论基础。因此，比色测温系统可以真实的反应炉膛温度变化过程。

关键设备概述

1、比色测温仪

1.1比色测温仪概述

比色温度计采用双色测温方法，即通过目标物体辐射的两个红外波段的能量的比值来确定被测定物体的温度。因测量结果取决于两个波段辐射功率之比，所以，辐射能量的部分损失对测量结果没有影响。可克服传输介质有灰尘，烟雾，水汽；视场局部遮挡，或测量距离改变产生的辐射量衰减而引起的测量误差。特别适合用于相对恶劣的测温现场。

比色温度计配备目视瞄准系统和测量值显示及参数设置系统。目视瞄准方便用户安装仪器，也可以通过目视系统，直观了解加热体的实时工况；测量值显示及参数设置系统可以实时显示当前测量值，显示窗口配合按键可以自由设置用户参数。还可以通过用户参数，定义测温仪的工作模式，即双色测量和单色测量可切换。该仪器操作简单，使用方便。

红外测温仪使用过程中，一般会遇到以下几种原因引起的测量误差：1、材料氧化表面状态发生改变，或者氧化物和母体材料开裂，引起较大的测量误差；2、由于材料本身发射率较低，引起的测量误差；3、由于测量环境恶劣引起的测量误差。双色测温方法可以很好的解决这些测量问题。

1.2比色测温仪主要技术参：

1.2.1、测量范围：600～1400℃

1.2.2、基本误差：0.5（±0.5%FS）

1.2.3、重复精度：0.2%

1.2.4、距离系数：280：1

1.2.5、测量距离：0.56m～∞

1.2.6、可测最小目标：φ2mm（560mm）

1.2.7、响应时间：< 10ms

1.2.8、斜率补偿：0.850～1.150

1.2.9、发射率：0.10～1.00

1.2.10、响应波长范围：

双色：0.8～1.1 µm & 0.4-1.1 µm

单色：0.4-1.1 µm

1.2.11、温度分辨率：0.5℃

1.2.12、测头尺寸：Ø58×183mm

1.2.13、模拟量输出：4-20mA

1.2.14、通讯接口：RS485

1.2.15、工作电源：24VDC

1.2.16、功率：＜1.2W

1.2.17、工作环境：0～60℃，相对湿度10-95% ( 无冷凝25～45℃ )

1.2.18、使用标准：比色温度计行业标准 JB/T 9240-1999

1.3、比色测温仪结构

1.4、比色测温仪面板说明

①  测量值显示及参数设置窗口。

②  小数点移位键，每按该键一次，小数点移动一位，小数点所在位可编辑。

③  目视瞄准窗口，可配合物镜调整法兰，清晰瞄准和观察被测目标。

④  参数设置按键，按住该键5s，进入参数设置状态。

⑤  数字加键，按下该键一次，小数点所在位数字加1 。

1.5、接线定义及连接方式

屏蔽线与传感器机壳连通，可与用户设备地连接。当无法连接时，可与电源地连在一起。

1.6、输出选择

模拟信号输出：0-20mA、4～20mA 及0～5VDC，用户可根据显示控制系统的输入规格自由设置。

RS485，有两种通讯协议可选，当选用DKBUS485时，可配套本公司数据采集软件，实现测量数据实时采集。

本串口为单工发送方式，选用DKBUS485协议，通讯速率为9600bit，选用MODEBUS协议，通讯速率可以设置。

过程控制或远程通讯时，需配套RS485◇RS232转换器与计算机连接。

1.7、瞄准和距离系数

距离系数示意图

①  红外测温仪视场小于被测目标有效直径，所测温度为目标准确温度。建议无特殊安装要求的情况下采用该测温方案。

②  被测目标充满红外测温仪视场，所测温度为目标的准确温度，但对安装提出较高要求，尤其是瞄准方面。

③  被测目标没充满红外测温仪视场，所测温度低于实际温度。

④  红外测温仪的有效视场。

1.7.1距离系数

距离系数：即光学分辨率，从物镜到被测目标的距离L与可测目标的有效直径D之比，即L：D。比色温度计的距离系数为L：D＝300：1，可测最小目标直径2mm，探头到可测最小目标距离为600mm。双色测量模式时，测量距离变化及不能充满视场测量对精度影响不大，以下描述主要针对单色测量模式

1.7.2瞄准

比色测温仪采用目视瞄准方式。瞄准系统中，分划板呈“¤”状，当目标物体处于该标识中心的时候，测温仪就瞄准了被测物体。

1.8、参数设置

1.8.1斜率补偿设置

双色测量模式下，由于测量环境过于恶劣，例如，浓度非常高的粉尘，严重污染的玻璃窗口，测温仪物镜结露等都会造成测量误差。此时，可以通过斜率补偿，来实现测量误差矫正。

1.8.2 发射率设置

单色测量模式下，测量误差矫正可通过发射率参数来实现。

1.8.3 参数功能说明

2、风冷及除焦系统

2.1涡旋制冷管

涡旋管原理：压缩空气喷射进涡旋管的涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向涡旋管的热气端出口，一部分气流通过控制阀流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向涡旋管的冷气端。在此过程中，两股气流发生热交换，内环气流变得很冷，从涡旋管的冷气端流出，外环气流则变得很热，从涡旋管的热气端流出。

涡旋管可以高效的产生出低温气体，用作冷却降温用途，冷气流的温度及流量大小可通过调节涡旋管热气端的阀门控制。涡旋管热气端的出气比例越高，则涡旋管冷气端气流的温度就越低，流量也相应减少。涡旋管最高可使原始压缩空气温降低70℃。

2.2风冷及镜头吹送系统

2.3除焦及粉尘系统

除焦及粉尘系统确保系统长期无人值守运行。

2.4电控系统

系统控制箱用于控制比色测温设备是否工作，当其工作环境温度超过45℃，切断比色测温系统电源，确保其在安全温度下工作，以保证其长期稳定可靠运行

项目大纲

1、测温孔（使用当前热电偶的测温孔，孔径25mm）

2、安装固定位置（在测温孔前设计独立于炉壁的安装支架。优势：安装支架及仪表安装位置的温度为环境温度；在炉壁将安装支架固定在炉壁上。优势：不占用周边位置。劣势：安装支架的温度高于环境温度。

3、除焦装置（测温孔结焦或者被灰尘堆积堵塞后，比色测温仪无法准确测量温度，若系统自带除焦装置，系统可自行除去测温孔结焦及灰尘堆积。极大的降低了认为维护的次数。

4、风冷系统（由于环境温度高达50摄氏度以上，为了确保系统长期稳定工作，比色测温仪必须加风冷装置，冷风由涡旋降温管提供。系统提供冷却系统超温报警及自动切断比色温度计电源的功能。当制冷效果无法达到设计参数是，报警并切断比色温度计电源。）