ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА НА ВЫХОДЕ ИЗ ТОПКИ (FEGT)

Рисунок 1. Пламя горелки на угольной электростанции.

Рисунок 2. Шлак на трубах.

Рисунок 3. Термическая модель котла.

Рисунок 4: Спектр выбросов CO2

Мониторинг работы котельного агрегата может стать непростой задачей.

Одним из основных параметров мониторинга работы котельного агрегата является температуры газа на выходе из топки (FEGT). Данное измерение позволяет определить непосредственный уровень теплообмена на топочном экране котла при конкретной нагрузке и рассчитать возможные сценарии процессов при сильном нагреве и повторном нагреве.

Если температура газа на выходе из топки слишком высокая, остатки частиц золы, взвешенные в воздухе, оплавятся на навесных деталях и трубах, образуя, таким образом, шлак (рисунок 2), что снизит эффективность теплообмена с экраном. Это может привести к увеличению числа операций очистки отложений шлака или золы, коррозии труб, снижению устойчивости к нагрузкам и возник-новению опасной ситуации.

Низкая температура газа на выходе из топки может указывать на избыточные радиационные потери на топочном экране или незавер-шенность процесса сгорания, проводящую к снижению производительности. Качество топлива, избыток воздуха, выбор горелки и наклон горелки, низкий показатель NOx и проблемы с теплообменом - все это влияет на температуру газа на выходе. Мониторинг температуры газа на выходе позволяет операторам регулировать и оптимизировать процесс горения и бережно эксплуатировать топку котла.

Для получения данных о температуре газа на выходе применяются различные технологии, в том числе акустические датчики, термопары и термические модели.

• Монтаж системы обнаружения акустических сигналов стоит дорого, на точность данной системы может влиять шум от работы по очистке отложений шлака или золы.
• Контактные термопары необходимо располагать около верхней части топки, где колебания паров газа могут стать причиной механического напряжения и уменьшения срока службы. Кроме того, радиус действия термопары ограничен и измеряется лишь малый участок. Следовательно, термопары чувствительны к местным изменениям.
• Теоретические термические модели (рисунок 3), как правило, основаны на экстраполяции температуры газообразных продуктов горения на выходе топки, трубы, температуры воды и пара, а также температуры горелок в нижней топке. Данная технология не обеспечивает прямого измерения температуры газа на выходе из топки, и для нее характерно наложение ошибок друг на друга в ходе процесса экстраполяции.

Прямое инфракрасное измерение температуры газа на выходе - это возможность бесконтактного изме-рения FEGT, что позволяет избежать множества сложностей, характерных для других технологий.

Наше решение

LumaSense Technologies применила 50-летний опыт в сфере инфракрасного оборудования промышленного измерения температуры и газа для создания нового системного решения, специально предназначенного для более эффективного мониторинга температуры газа на выходе из топки котла.

В этой системе LumaSense применяется наш пирометр IPE 140/45 с узкополосным фильтром, изготовленным по особому заказу (около 4,5 мкм), необходимый для мониторинга линии спектра излучения CO2 от горячих топочных газов (рисунок 4).

Продукты сгорания стандартного ископаемого топлива содержат при-мерно 10% CO2. Излучение данных молекул можно точно измерить для получения данных о температуре горячего газа, при этом состояние экрана топки или трубы на показа-тели влиять не будет.

Посредством регулировки глубины фокуса пирометра можно получить рабочий профиль приблизительно одной второй общей ширины топки и среднюю температуру зоны выхода газа из топки.

Система LumaSense FEGT (рисунок 5) спроектирована для работы в тяжелых промышленных условиях и включает следующие компоненты:

• Инфракрасный датчик температуры IPE 140/45 с оригинальным фильтром CO2 и оптикой с регулируемой точностью. Включает цифровой, аварийный и аналоговый выводы.
• Герметичный защитный кожух в сборе. Корпус из нержавеющей стали с устройством вихревого воздушного охлаждения и воздушным фильтром, пригоден для непрерывной эксплуатации.
• Устройство продувки воздухом в сборе с гофрированной трубой и съемным смотровым окном CaF2 для минимизации загрязнения объектива пирометра.
• Монтажный фланец (сферический) для простоты монтажа и выравнивания. Позволяет пользователям сканировать топку для создания температурных профилей.

Рисунок 5: система LumaSense FEGT.

Система FEGT проста в установке и обслуживании. Вы-ключать работающий котел не требуется. Операторы могут на постоянной основе установить систему вне топки в порт, установленный на стандартной смотровой дверце, тогда система будет расположена посередине потока газа на выходе. После установки системы принцип эксплуатации дверцы не меняется, при необходимости дверцу можно открывать для проведения визуальных осмотров. Место установки, как правило, находится около горловины котла на границе между нижней зоной излучения и верхней конвекционной зоной, как показано на схеме системы на странице 4. Операторы могут установить две системы FEGT для покрытия всей площади топки.

Пирометр может непрерывно измерять температуру от 400 до 2000 °C с погрешностью менее 1% от значения температуры. Кроме того, аналоговый вывод является линейным от 0 до 20 мА (или от 4 до 20 мА) и может быть приведен к требуемому масштабу.

Операторы задают и регулируют настройки срабатывания аварийных сигналов для предупреждения об изменениях на FEGT, например, отклонениях от заданной настройки на ~50 °C ниже температуры плавления золы, при которой образуются шлаки и откладывается сажа. При данной температуре также максимально увеличивается производительность котла. Настройки срабатывания аварийных сигналов регулируются в цифровой форме в зависимости от условий работы и топлива.

Аварийные сигналы также могут применяться при первом запуске для предупреждения о необходимости перемещения щупов топки назад. Данные щупы, как правило, применяются для мониторинга увеличения температуры газа на выходе. Они позволяют убедиться в том, что трубы котла не перегрелись. Во избежание перегорания их следует переместить назад при ~550 °C.

Пользователи могут внедрить выходные сигналы FEGT в систему управления установкой для запуска / контроля операций удаления отложений шлака или золы и монито-ринга в ходе отладки процессов горения.

Система FEGT от LumaSense помогает увеличить производительность установки посредством непрерывного представления данных о температуре газа на выходе; это позволяет операторам оптимизировать процесс горения в котле, работающем на каменном угле, и минимизировать вероятность отложения шлаков. Данная система также подходит для печей сжигания отходов, где мониторинг системой FEGT позволит гарантировать поддержание температуры выше уровня, необходимого для разрушения токсичных материалов.

Ваши преимущества

• Минимизация нежелательного шлакообразования и отложений сажи благодаря поддержанию температуры ниже точки плавления золы с помощью FEGT.
• Оптимизация и регулировка теплообмена посредством мониторинга системы FEGT при изменяющихся рабочих условиях. Измерение скорости нагрева, определение количества выбросов NOx и SO2 и проведение сравнительного анализа.
• Задание настроек срабатывания аварийного сигнала для своевременного принятия мер по устранению неисправностей и проведения операций по очистке отложений шлака или золы. Максимальное сокращение числа операций по очистке отложений шлака или золы для увеличения срока службы навесных деталей.
• Максимизация производительности котла бла-годаря работе в условиях оптимальной нагрузки.
• Контроль температуры топки с установкой на предотвращение нежелательного развития ситуации Максимальное сокращение незапланированных простоев и экономия энергии.
• Простая установка и легкость технического обслуживания при работающем котле.

Конфигурация системы FEGT & BoilerSpection

Система FEGT встраивается непосредственно в систему управления установкой или монтируется как часть комплексного решения, как показано здесь.

Получите максимум преимуществ, создав встраиваемое решение по индивидуальному заказу.

Для получения подробной информации свяжитесь с представителем компании LumaSense, занимающимся разработкой инженерных решений для конкретных задач.