任建立

（山西德潤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)整對鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運行十分關(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)行溫度測量，基本可以實現(xiàn)對爐膛煙氣溫度彎化趨勢的檢測[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有結(jié)焦，影響熱電偶的測量精度。其次，熱電偶長期工作在高溫環(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，無法直接從測溫孔中拔出。因此，許多火電廠引入非接觸紅外測溫儀來替代熱電偶，所以，必須設(shè)計好保護(hù)裝置，從而保護(hù)紅外測溫儀，以便其長久使用[2]。

1 系統(tǒng)總體介紹

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

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

多個紅外測溫儀可以組成一個完整的測溫系統(tǒng)，測溫儀的數(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，一個完整的測溫系統(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。

水冷卻是通過給測溫儀加裝保護(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)域僅能通過一個人，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，水冷卻效果就會降低，因此，水冷卻的方式在此項目上不適合。風(fēng)冷卻是通過壓縮氣體對需要冷卻的部分進(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濾減壓閥，就可以達(dá)到冷卻的目的[6-7]。

紅外測溫儀安裝的鍋爐的爐壁上，爐壁需要開孔，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，就導(dǎo)致開孔處的鋼管上會結(jié)焦，時間長了就會堵塞測量孔，導(dǎo)致紅外測溫儀不能很好地測得溫度，嚴(yán)重的時候得不到測量溫度。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)，通過實驗，發(fā)現(xiàn)這種方法可以有效地解決該問題。

當(dāng)鍋爐附近局部溫度達(dá)到60℃以上時，機械保護(hù)裝置不僅要保護(hù)紅外測溫儀，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

整個統(tǒng)由四大部分組成：水冷壁、密封盒、冷卻固定套和測溫儀保護(hù)裝置組成，詳見下頁表1，下頁圖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，即通過改變一根管子的路徑，實現(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

測溫儀保護(hù)裝置詳見圖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 測溫儀保護(hù)裝置

防堵套采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，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)紅外測溫儀。因為防堵套在前端，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800℃時，開始軟化，許用應(yīng)力開始持續(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，在高溫下有高的強度和蠕變強度。其前端含有M45*2的螺紋，通過旋轉(zhuǎn)防堵套，可以調(diào)節(jié)總體長度，更具有普通性，而且，防堵套在長期高溫的環(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)紅外測溫儀光路，使紅外測溫儀能夠采集到足夠的輻射能量，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確。其方法是通過調(diào)節(jié)M5的螺栓，調(diào)整前后兩個法蘭間隙的大小，使其前后兩個導(dǎo)管同心，調(diào)整合適后，將螺母M5反向旋緊，防止松動。

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)套外形詳見圖4。將紅外測溫儀置于保護(hù)套內(nèi)，旋緊螺母，即可固定測溫儀，達(dá)到防止機械損傷的目的。序4接冷卻風(fēng)，可以達(dá)到兩個目的，一是給測溫儀降溫，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，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

火電廠設(shè)備多，磨煤機等產(chǎn)生的噪聲很大，空氣中粉塵密度也比較大，因此，紅外測溫儀在這種環(huán)境下必須有一個穩(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^程，是紅外測溫系統(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，對整個系統(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)光纖和單片機等組成，單片機的作用是采取每個測量數(shù)據(jù)，最后把數(shù)據(jù)通過光纖傳給PLC。

4 結(jié)語

本文通過對紅外測溫儀保護(hù)裝置的設(shè)計，解決了在實際中紅外測溫儀易損壞的特點，采用該設(shè)計結(jié)構(gòu)，增加冷卻風(fēng)吹掃，可以更好地保護(hù)紅外測溫儀，延長其使用壽命，減少現(xiàn)場維護(hù)量。該機械保護(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]。