鍋爐用紅外測(cè)溫儀保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

任建立

（山西德潤(rùn)翔電力科技有限公司，山西 晉中 030600）

引言

火電廠鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行十分關(guān)鍵，而表征爐膛燃燒和熱交換工況的重要參數(shù)是爐膛的火焰（煙氣）溫度分布，特別是爐膛出口煙氣溫度。目前一般使用鎧裝熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量，基本可以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛煙氣溫度彎化趨勢(shì)的檢測(cè)[1]。

鍋爐內(nèi)部燃燒工況復(fù)雜，由于煤粉細(xì)度、風(fēng)煤比、煤粉質(zhì)量等因素的影響，熱電偶鎧裝鋼管前端會(huì)有結(jié)焦，影響熱電偶的測(cè)量精度。其次，熱電偶長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境中，受熱風(fēng)剪切及自重影響，使其彎曲。當(dāng)需要更換時(shí)，無(wú)法直接從測(cè)溫孔中拔出。因此，許多火電廠引入非接觸紅外測(cè)溫儀來(lái)替代熱電偶，所以，必須設(shè)計(jì)好保護(hù)裝置，從而保護(hù)紅外測(cè)溫儀，以便其長(zhǎng)久使用[2]。

1 系統(tǒng)總體介紹

三維CAD技術(shù)的核心，是通過(guò)建模直觀地展示機(jī)械結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行性能分析。本機(jī)械結(jié)構(gòu)采用Autodesk Inventor Professional 2016進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件是一套全面的設(shè)計(jì)工具，簡(jiǎn)化了復(fù)雜三維模型的創(chuàng)建，可專注于設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)[3-5]。

鍋爐用紅外測(cè)溫儀，是一款高性能溫度測(cè)量?jī)x器，采用雙色測(cè)溫方法，即通過(guò)目標(biāo)物體輻射的兩個(gè)紅外波段的能量比值來(lái)確定被測(cè)物體的溫度，可克服傳輸介質(zhì)有灰塵、煙霧、水汽，視場(chǎng)局部遮擋和測(cè)量距離變化造成的輻射能量衰減而引起的測(cè)量誤差，特別適用于相對(duì)惡劣的測(cè)溫環(huán)境，但是紅外測(cè)溫儀的正常使用溫度小于60℃。

多個(gè)紅外測(cè)溫儀可以組成一個(gè)完整的測(cè)溫系統(tǒng)，測(cè)溫儀的數(shù)量根據(jù)鍋爐的大小以及電廠的要求，具體情況具體分析。然而，一個(gè)完整的測(cè)溫系統(tǒng)，必須有一套完整的冷卻系統(tǒng)，常規(guī)的冷卻方式有水冷卻和風(fēng)冷卻。

水冷卻是通過(guò)給測(cè)溫儀加裝保護(hù)裝置，并且在保護(hù)裝置上增加一定的水流動(dòng)的空間，從而達(dá)到冷卻降溫的目的。但是，由于電廠鍋爐旁邊空間狹窄，部分區(qū)域僅能通過(guò)一個(gè)人，而水冷卻需要增加水循環(huán)設(shè)備，占用一定的空間，在周圍溫度高的情況下，水冷卻效果就會(huì)降低，因此，水冷卻的方式在此項(xiàng)目上不適合。風(fēng)冷卻是通過(guò)壓縮氣體對(duì)需要冷卻的部分進(jìn)行吹風(fēng)，冷卻效果取決于風(fēng)壓和風(fēng)量。壓縮氣體可以直接取電廠的吹灰氣體或儀表用氣，只需要在出口端增加過(guò)濾減壓閥，就可以達(dá)到冷卻的目的[6-7]。

紅外測(cè)溫儀安裝的鍋爐的爐壁上，爐壁需要開(kāi)孔，確保紅外線能夠照射到爐內(nèi)火焰，由于爐壁內(nèi)外溫差較大，再加上爐內(nèi)煤粉的流動(dòng)，就導(dǎo)致開(kāi)孔處的鋼管上會(huì)結(jié)焦，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)堵塞測(cè)量孔，導(dǎo)致紅外測(cè)溫儀不能很好地測(cè)得溫度，嚴(yán)重的時(shí)候得不到測(cè)量溫度。但是，本裝置增加的風(fēng)冷卻系統(tǒng)，可以持續(xù)地往孔里吹風(fēng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種方法可以有效地解決該問(wèn)題。

當(dāng)鍋爐附近局部溫度達(dá)到60℃以上時(shí)，機(jī)械保護(hù)裝置不僅要保護(hù)紅外測(cè)溫儀，也必須采取有效措施降低溫度，因此，一般情況下采取風(fēng)冷措施。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)統(tǒng)由四大部分組成：水冷壁、密封盒、冷卻固定套和測(cè)溫儀保護(hù)裝置組成，詳見(jiàn)下頁(yè)表1，下頁(yè)圖1為系統(tǒng)總圖。

由于冷卻固定套管徑為50 mm，而相鄰水冷壁之間間隙較小，難以放下，所以，必須讓管，即通過(guò)改變一根管子的路徑，實(shí)現(xiàn)更大的空間。密封盒和水冷壁進(jìn)行焊接，防卡灰塵從爐內(nèi)進(jìn)行爐外，達(dá)到密封效果。

表1 系統(tǒng)零部件明細(xì)表

圖1 系統(tǒng)總圖

測(cè)溫儀保護(hù)裝置詳見(jiàn)圖2。該裝置由防堵套、套管、調(diào)節(jié)裝置、法蘭盤和保護(hù)套五大部分組成。

圖2 測(cè)溫儀保護(hù)裝置

防堵套采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防止鍋爐內(nèi)部灰塵進(jìn)入套管及保護(hù)套中，從而保護(hù)紅外測(cè)溫儀。因?yàn)榉蓝绿自谇岸?，離鍋爐火焰較近，因此材質(zhì)采用0Cr25Ni20，該材質(zhì)具有良好的耐高溫性，溫度超過(guò)800℃時(shí)，開(kāi)始軟化，許用應(yīng)力開(kāi)始持續(xù)降低，最高使用溫度1 200℃。因鎳和鉻含量高，具有良好耐氧化、耐腐蝕、耐酸堿、耐高溫性能，在高溫下有高的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。其前端含有M45*2的螺紋，通過(guò)旋轉(zhuǎn)防堵套，可以調(diào)節(jié)總體長(zhǎng)度，更具有普通性，而且，防堵套在長(zhǎng)期高溫的環(huán)境中易損壞，因此，防堵套可拆卸便于更換，具有更好的替代性，節(jié)約成本[8]。

調(diào)節(jié)裝置的作用是調(diào)節(jié)紅外測(cè)溫儀光路，使紅外測(cè)溫儀能夠采集到足夠的輻射能量，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確。其方法是通過(guò)調(diào)節(jié)M5的螺栓，調(diào)整前后兩個(gè)法蘭間隙的大小，使其前后兩個(gè)導(dǎo)管同心，調(diào)整合適后，將螺母M5反向旋緊，防止松動(dòng)。

如圖3所示，套管和密封盒焊接，固定保護(hù)套，序2加冷卻風(fēng)，給序1降溫。

圖3 套管

保護(hù)套外形詳見(jiàn)圖4。將紅外測(cè)溫儀置于保護(hù)套內(nèi)，旋緊螺母，即可固定測(cè)溫儀，達(dá)到防止機(jī)械損傷的目的。序4接冷卻風(fēng)，可以達(dá)到兩個(gè)目的，一是給測(cè)溫儀降溫，二是使左側(cè)套管內(nèi)部有微弱的風(fēng)壓，到達(dá)防堵套時(shí)，風(fēng)形成一定的旋風(fēng)，從而更有效地防止灰塵進(jìn)入。

圖4 保護(hù)套

3 硬件電路設(shè)計(jì)

火電廠設(shè)備多，磨煤機(jī)等產(chǎn)生的噪聲很大，空氣中粉塵密度也比較大，因此，紅外測(cè)溫儀在這種環(huán)境下必須有一個(gè)穩(wěn)定可靠的硬件系統(tǒng)，硬件電路包括電源電路和通訊電路兩部分。紅外測(cè)溫系統(tǒng)的控制器選用SIEMENS200系列的PLC。

3.1 電源電路

需要為紅外測(cè)溫儀提供24 V的工作電壓。

3.2 通訊電路

通訊系統(tǒng)是完成信息傳輸?shù)倪^(guò)程，是紅外測(cè)溫系統(tǒng)的重要組成部分。電廠鍋爐附近，環(huán)境糙雜，空氣中含有很大的煤粉、煤灰以及其他物質(zhì)，因此，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能要求就很高，包括通訊系統(tǒng)。通訊系統(tǒng)由RS232轉(zhuǎn)光纖和單片機(jī)等組成，單片機(jī)的作用是采取每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，最后把數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳給PLC。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)紅外測(cè)溫儀保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)，解決了在實(shí)際中紅外測(cè)溫儀易損壞的特點(diǎn)，采用該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增加冷卻風(fēng)吹掃，可以更好地保護(hù)紅外測(cè)溫儀，延長(zhǎng)其使用壽命，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量。該機(jī)械保護(hù)裝置的使用壽命可以達(dá)到30年，從而更好地為電廠節(jié)約資源[9-10]。