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[摘 要]本专题报告首先阐述了目前国内炉膛测温的水平及存在的问题，论述了声波测温系统的必要性，对声波测温系统的原理、特点及系统组成进行了介绍并最终给出了结论。
中图分类号：U203 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0024-02
1 工程概况
国网能源准东电厂 2×660MW超超临界机组工程地处新疆维吾尔自治区奇台县境内。厂址位于奇台县北侧180km处，在准东煤电煤化工产业带中部规划工业区内，东南距将军庙调节水池约30km，西南距五彩湾调节水池约36.2km；厂址南侧2.2km为产业带公路，产业带公路南侧为规划的矿区铁路，东北方向约7km为贮灰渣场。
厂址西侧约1.2km为国网能源准东煤田大井矿区二号矿井，西北方向为二号矿井副井工业场地，距离约为3km。厂址自然地形高程602.0～613.0m（1956年黄海高程系，下同）之间，比矿井工业场地高约40m。
厂址地貌成因类型均为戈壁滩平原，地貌类型为微倾斜平地，地形平坦、开阔，厂址区域可供利用的土地面积可满足电厂本期工程建设用地需要，并有扩建条件。
国网能源准东电厂 2×660MW超超临界机组工程，规划容量2×660MW +2×1000MW，本期新建2×660MW等级超超临界、燃煤、间接空冷机组，同步建设烟气脱硫脱硝装置，并留有扩建条件。
本期工程2X660MW机组已于2013年8月26日开工建设，截止目前主厂房，烟囱，电除尘，间接空冷塔等基础已出零米。工程计划于2016年9月第一台机组投产，12月第二台机组投产。
2 目前炉膛温度监测水平及存在的问题
炉膛温度测量对锅炉的运行非常重要，长期来人们进行了大量研究，开发出了各种不同原理的测量装置，但由于其固有的缺点，应用情况一直不佳，甚至大部分锅炉上至今仍是一个空白，使锅炉燃烧监控失去了一个重要依据。
传统炉膛温度测量装置主要是接触式（伸缩式温度计）这些技术存在的缺点是：
目前300MW及以上机组的锅炉均配供有价格昂贵的测量炉膛出口烟气温度的伸缩式温度计，但由于探针深入炉膛很长，笨重、易变形卡涩，故障率高，因此，许多电厂实际上已停用。探针受耐温限制，一般仅在锅炉启动时伸入炉膛测量出口烟气温度，当烟温达到一定值时，必须马上退出炉膛，因此，其允许使用温度范围和作用也有限。此外，由于受炉墙、焦渣和飞灰等辐射影響，误差大。
3 声波测温系统的必要性
火电厂锅炉燃烧优化是火电厂安全、节能和减排的关键所在。长期来没有一种可靠和准确的测量炉膛温度（场）的手段，使优化燃烧失去直接监控和判别的依据。炉膛温度（场）测量的重要性表现为：
3.1 监控炉膛出口温度
1）防止出口温度过高导致过热器结焦和管壁超温，例如， 2007年7月21日邹县电厂1000MW锅炉就因炉膛出口屏过结焦掉落导致事故放渣门撑开，炉底水封失去，严重影响安全运行（此类故障并不少见）。
2）防止启动时出口温度升高太快和烧坏处于无蒸汽流过的再热器管（干烧）
3）监控出口温度判别水冷壁吸热情况优化吹灰控制
4）控制不同负荷下的合理炉膛出口温度，合理分配辐射热和对流热的比例，减少过热器和再热器的喷水量，提高回热效率（例如：对于300MW机组，再热器喷水每减少10t/h，煤耗降低约1.91g/kwh）。
3.2 矫正燃烧不均衡
1）及时发现和矫正两侧烟温、汽温的偏差
2）防止烟气偏向一侧导致该侧水冷壁磨损、结焦
3）防止燃烧偏斜导致汽包水位两侧严重偏差，发生重大事故（据调查，燃烧偏斜有时可导致汽包水位左右侧实际偏差达100-200mm）
4）防止局部过热而流渣
3.3 提高燃烧效率
1）优化风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内
2）均衡各侧（角）燃烧器的风量分配
3）控制火焰中心高度，使煤粉在炉膛内充分燃尽，又确保合理的热量分配
4）为优化燃烧控制系统提供更直接判据，使优化系统更具可操作性
3.4降低污染物排放
1）防止出现局部火焰过热，降低NOX生成（当局部火焰温度达到1482℃时，NOX生成将成指数级增加）
2）对于配置有脱硫装置的锅炉，由于烟气中NOX含量降低，可大大降低脱硝装置运行费用
4 声波测温系统的简介
4.1 基本原理
早在上世纪八十年代末，美国和日本专家就声波测量炉膛烟气温度进行了研究。声波测量的原理是基于声音的传播速度直接随介质温度而变化。
4.2 声波测温系统的特点
1）测量精度较高
声波测温系统不受辐射等不确定因素的影响，其通道烟气温度测量精度可以达到±1%。
2）测量范围广，在锅炉全负荷内均可使用，指导运行操作，不像温度探针仅仅在启动阶段短时使用。
3）测量空间不受限，不仅可以测量平均温度，还可以确定炉膛温度场的分布，可以更透彻的掌握燃烧工况。
4）在国内已经实践证明，还可以取代笨重不可靠的温度探针
5）还可同时作为炉管泄漏检测的手段。每个声波接收器可监听10米范围内炉管泄漏噪声，并发出报警画面通告给运行人员。
综上所述，声波测温系统具有一系列十分突出的优点，不仅为我们提供了一个完善燃烧优化的监控手段，而且可以取消昂贵而又故障率高的炉膛出口温度探针，并进一步取代或部分取代价格昂贵的专用炉管泄漏检测系统，从而简化整个锅炉监控系统和降低工程费用。 此外，在炉膛温度场可测量的基础上也为开发闭环燃烧优化控制系统提供了直接判据，使优化控制系统设计更加简单和实用。
4.3 声波测温系统的组成及功能（图1）
1）高强度、前沿刚劲的声波发生器（ASG）
Enertechnix公司开发的气动声波发生器能发出高强度 （>170dB）的声波，测量距离达30米，声波前沿刚劲陡峭（<50us）， 温度测量范围广（-18～1926℃），路经测量准确度达到±1%。
2）精密小型接收器（ASR）
接收器只需在水冷壁管间的鳍片上开￠12.7mm小孔就可以监听发生器发来的声波，安装方便。
3）多接收器处理技术
一个声波发生器发出的声波可以有多个接收器同时监听，一个控制平台可采用多达16个发生器和接受器，比起一个发生器对一个接受器的系统来说，不仅简化了系统，更重要的是大大减少了锅炉上安装发生器必须在水冷壁弯管开孔带来的麻烦。
4）通过特殊算法计算炉膛温度场
图2为典型的2个ASG，8个ASR，锅炉炉膛温度测量系统配置图。
通过测量得到12个通道上烟气的平均温度，再经计算机特殊算法处理得到炉膛16个区域温度分布，并在DCS显示器上呈现出来，指导运行人员操作。此外，还可以实现2D温度场显示。
5）高灵敏度检测泄漏
接收器接收炉膛内部各种声波，通过声波强度与持续时间的对比筛选，可以方便地将炉管泄漏声音和别的噪音（例如吹灰）区别出来，及时发出炉管泄漏报警，使该系统同时还具有检测炉管泄漏的功能。
4.4 声波测温系统的外部接口
1）声波测温系统与DCS的接口
声波测温系统与DCS的接口采用4—20mA硬接线，声波测温系统信号处理计炉膛2D彩色温度场分布图。
算机可输出16个4—20mA信号（温度测量信号）到DCS，并在其显示器显示。
2）声波测温系统就地电源与气源配置要求
电源：220V交流电源。
气源5.5—5.9bar无油无水电厂仪用气源，最低压力不低于5bar。耗气量不到0.15m3/min（6bar），对锅炉燃烧和空压系统影响很小。
5 结论
声波测温系统可以相对准确地测量炉膛温度，为锅炉优化燃燒调整和温度控制提供直接的、有力的依据。对超（超）临界机组而言，可以更好地控制锅炉热偏差，提高温度控制品质，防止受热面管壁金属超温，有利于氧化皮的防治工作。对机组的安全、可靠及经济运行有着重要的现实意义。
综上所述，锅炉炉膛烟气温度（场）采用声波测温系统技术上是可行的。
中图分类号：U203 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0024-02
1 工程概况
国网能源准东电厂 2×660MW超超临界机组工程地处新疆维吾尔自治区奇台县境内。厂址位于奇台县北侧180km处，在准东煤电煤化工产业带中部规划工业区内，东南距将军庙调节水池约30km，西南距五彩湾调节水池约36.2km；厂址南侧2.2km为产业带公路，产业带公路南侧为规划的矿区铁路，东北方向约7km为贮灰渣场。
厂址西侧约1.2km为国网能源准东煤田大井矿区二号矿井，西北方向为二号矿井副井工业场地，距离约为3km。厂址自然地形高程602.0～613.0m（1956年黄海高程系，下同）之间，比矿井工业场地高约40m。
厂址地貌成因类型均为戈壁滩平原，地貌类型为微倾斜平地，地形平坦、开阔，厂址区域可供利用的土地面积可满足电厂本期工程建设用地需要，并有扩建条件。
国网能源准东电厂 2×660MW超超临界机组工程，规划容量2×660MW +2×1000MW，本期新建2×660MW等级超超临界、燃煤、间接空冷机组，同步建设烟气脱硫脱硝装置，并留有扩建条件。
本期工程2X660MW机组已于2013年8月26日开工建设，截止目前主厂房，烟囱，电除尘，间接空冷塔等基础已出零米。工程计划于2016年9月第一台机组投产，12月第二台机组投产。
2 目前炉膛温度监测水平及存在的问题
炉膛温度测量对锅炉的运行非常重要，长期来人们进行了大量研究，开发出了各种不同原理的测量装置，但由于其固有的缺点，应用情况一直不佳，甚至大部分锅炉上至今仍是一个空白，使锅炉燃烧监控失去了一个重要依据。
传统炉膛温度测量装置主要是接触式（伸缩式温度计）这些技术存在的缺点是：
目前300MW及以上机组的锅炉均配供有价格昂贵的测量炉膛出口烟气温度的伸缩式温度计，但由于探针深入炉膛很长，笨重、易变形卡涩，故障率高，因此，许多电厂实际上已停用。探针受耐温限制，一般仅在锅炉启动时伸入炉膛测量出口烟气温度，当烟温达到一定值时，必须马上退出炉膛，因此，其允许使用温度范围和作用也有限。此外，由于受炉墙、焦渣和飞灰等辐射影響，误差大。
3 声波测温系统的必要性
火电厂锅炉燃烧优化是火电厂安全、节能和减排的关键所在。长期来没有一种可靠和准确的测量炉膛温度（场）的手段，使优化燃烧失去直接监控和判别的依据。炉膛温度（场）测量的重要性表现为：
3.1 监控炉膛出口温度
1）防止出口温度过高导致过热器结焦和管壁超温，例如， 2007年7月21日邹县电厂1000MW锅炉就因炉膛出口屏过结焦掉落导致事故放渣门撑开，炉底水封失去，严重影响安全运行（此类故障并不少见）。
2）防止启动时出口温度升高太快和烧坏处于无蒸汽流过的再热器管（干烧）
3）监控出口温度判别水冷壁吸热情况优化吹灰控制
4）控制不同负荷下的合理炉膛出口温度，合理分配辐射热和对流热的比例，减少过热器和再热器的喷水量，提高回热效率（例如：对于300MW机组，再热器喷水每减少10t/h，煤耗降低约1.91g/kwh）。
3.2 矫正燃烧不均衡
1）及时发现和矫正两侧烟温、汽温的偏差
2）防止烟气偏向一侧导致该侧水冷壁磨损、结焦
3）防止燃烧偏斜导致汽包水位两侧严重偏差，发生重大事故（据调查，燃烧偏斜有时可导致汽包水位左右侧实际偏差达100-200mm）
4）防止局部过热而流渣
3.3 提高燃烧效率
1）优化风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内
2）均衡各侧（角）燃烧器的风量分配
3）控制火焰中心高度，使煤粉在炉膛内充分燃尽，又确保合理的热量分配
4）为优化燃烧控制系统提供更直接判据，使优化系统更具可操作性
3.4降低污染物排放
1）防止出现局部火焰过热，降低NOX生成（当局部火焰温度达到1482℃时，NOX生成将成指数级增加）
2）对于配置有脱硫装置的锅炉，由于烟气中NOX含量降低，可大大降低脱硝装置运行费用
4 声波测温系统的简介
4.1 基本原理
早在上世纪八十年代末，美国和日本专家就声波测量炉膛烟气温度进行了研究。声波测量的原理是基于声音的传播速度直接随介质温度而变化。
4.2 声波测温系统的特点
1）测量精度较高
声波测温系统不受辐射等不确定因素的影响，其通道烟气温度测量精度可以达到±1%。
2）测量范围广，在锅炉全负荷内均可使用，指导运行操作，不像温度探针仅仅在启动阶段短时使用。
3）测量空间不受限，不仅可以测量平均温度，还可以确定炉膛温度场的分布，可以更透彻的掌握燃烧工况。
4）在国内已经实践证明，还可以取代笨重不可靠的温度探针
5）还可同时作为炉管泄漏检测的手段。每个声波接收器可监听10米范围内炉管泄漏噪声，并发出报警画面通告给运行人员。
综上所述，声波测温系统具有一系列十分突出的优点，不仅为我们提供了一个完善燃烧优化的监控手段，而且可以取消昂贵而又故障率高的炉膛出口温度探针，并进一步取代或部分取代价格昂贵的专用炉管泄漏检测系统，从而简化整个锅炉监控系统和降低工程费用。 此外，在炉膛温度场可测量的基础上也为开发闭环燃烧优化控制系统提供了直接判据，使优化控制系统设计更加简单和实用。
4.3 声波测温系统的组成及功能（图1）
1）高强度、前沿刚劲的声波发生器（ASG）
Enertechnix公司开发的气动声波发生器能发出高强度 （>170dB）的声波，测量距离达30米，声波前沿刚劲陡峭（<50us）， 温度测量范围广（-18～1926℃），路经测量准确度达到±1%。
2）精密小型接收器（ASR）
接收器只需在水冷壁管间的鳍片上开￠12.7mm小孔就可以监听发生器发来的声波，安装方便。
3）多接收器处理技术
一个声波发生器发出的声波可以有多个接收器同时监听，一个控制平台可采用多达16个发生器和接受器，比起一个发生器对一个接受器的系统来说，不仅简化了系统，更重要的是大大减少了锅炉上安装发生器必须在水冷壁弯管开孔带来的麻烦。
4）通过特殊算法计算炉膛温度场
图2为典型的2个ASG，8个ASR，锅炉炉膛温度测量系统配置图。
通过测量得到12个通道上烟气的平均温度，再经计算机特殊算法处理得到炉膛16个区域温度分布，并在DCS显示器上呈现出来，指导运行人员操作。此外，还可以实现2D温度场显示。
5）高灵敏度检测泄漏
接收器接收炉膛内部各种声波，通过声波强度与持续时间的对比筛选，可以方便地将炉管泄漏声音和别的噪音（例如吹灰）区别出来，及时发出炉管泄漏报警，使该系统同时还具有检测炉管泄漏的功能。
4.4 声波测温系统的外部接口
1）声波测温系统与DCS的接口
声波测温系统与DCS的接口采用4—20mA硬接线，声波测温系统信号处理计炉膛2D彩色温度场分布图。
算机可输出16个4—20mA信号（温度测量信号）到DCS，并在其显示器显示。
2）声波测温系统就地电源与气源配置要求
电源：220V交流电源。
气源5.5—5.9bar无油无水电厂仪用气源，最低压力不低于5bar。耗气量不到0.15m3/min（6bar），对锅炉燃烧和空压系统影响很小。
5 结论
声波测温系统可以相对准确地测量炉膛温度，为锅炉优化燃燒调整和温度控制提供直接的、有力的依据。对超（超）临界机组而言，可以更好地控制锅炉热偏差，提高温度控制品质，防止受热面管壁金属超温，有利于氧化皮的防治工作。对机组的安全、可靠及经济运行有着重要的现实意义。
综上所述，锅炉炉膛烟气温度（场）采用声波测温系统技术上是可行的。