基于红外辐射的电厂锅炉温度检测与温度场重建

摘要

目前，我国的发电方式主要有水力发电、火力发电和风力发电等，火电厂的能源来源于煤，煤资源是不可再生资源，所以提高煤的利用率是必要的。自2013年以来，我国大范围出现雾霾天气，尤其是北方工业发达地区的雾霾天气更为严重，燃煤电厂是环境污染的主要原因之一。为了减少对环境的污染，需要在锅炉尾部对尾气进行脱硝处理。目前主要有两种脱硝方法：选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)脱硝技术，选择性非催化还原脱硝技术要求脱硝区域的温度在 900℃左右，因此该区域的温度检测就显得尤为重要。 本文通过对红外辐射测温原理和锅炉燃烧原理的分析，提出利用红外测温技术检测电厂锅炉温度和重建锅炉横截面的温度场，研究并推导了锅炉温度场重建算法，设计开发了一套基于红外辐射测温的电厂锅炉温度检测和温度场重建系统。首先将锅炉横截平面平均分成若干个像素区域，假设像素区域的平均温度等于其中心点的温度，然后根据红外测温仪测得的数据计算出像素区域的平均温度，借助工程数学软件 MATLAB 采用样条插值法构建锅炉的二维温度场。将红外测温系统的红外测温仪和通讯系统安装于锅炉水平橫截面上，PLC接收红外测温仪的测量结果并将其传送到计算机，计算机完成锅炉横截面温度场的重建并将结果回传到PLC控制器。将本课题设计的红外测温系统应用于格盟国际瑞光电厂2#锅炉，建立了满负荷情况下的二维温度场，计算测量得到的温度场数据和理论温度场之间的平均绝对误差为31℃、最大相对误差为6.4%、最小相对误差为0.07%、以及平均相对误差为2.2%。当锅炉处于80%满负荷时，红外测温系统测得的温度数据和重建的温度场同样符合“中心温度最高，逐渐向四周降低”的锅炉温度场分布特点。在锅炉温度检测过程中偶尔出现双峰值温度场，分析了双峰值温度场的特点及出现的原因。通过对测量结果的分析和误差评价，验证了红外辐射测温技术应用于锅炉温度检测和二维温度场重建的正确性和可行性，为以后的深入研究提供了参考。

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