熱工測量及儀表

1、設(shè)計題目：火力發(fā)電廠鍋爐溫度測量系統(tǒng)設(shè)計年級專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：目錄序章3一、課程設(shè)計的目的3二、設(shè)計要求3三、設(shè)計內(nèi)容3第一章 概論4第二章 溫度測量系統(tǒng)總概述5第三章 溫度測量8一、水冷壁管溫度測量350-40081.1水冷壁管管壁工作原理81.2測量方法的選擇及依據(jù)91.3測量元件及配線91.4誤差分析及應(yīng)對措施10二、鍋爐爐膛尾部煙道煙氣溫度700-800112.1鍋爐爐膛工作原理112.2測量方法的選擇及依據(jù)112.3測量元件及配線122.4誤差分析及應(yīng)對措施12三、主蒸汽管的蒸汽溫度測量571123.1主蒸汽管工作原理123.2測量方法的選擇及依據(jù)133.3測量元件及

2、配線135.5誤差分析及應(yīng)對措施15第四章 總結(jié)15第五章 參考文獻17序章一、課程設(shè)計的目的熱工測量及儀表課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)完了熱工測量及儀表這門課后，進行的又一重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計，一方面使學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通，特別是對熱工測量及儀表在火力發(fā)電廠中的實際應(yīng)用及重要性有更深刻的了解和掌握。課程設(shè)計主要通過分別對600MW火力發(fā)電機組鍋爐HG-2072/25.4的水冷壁壁溫，爐膛尾部煙道煙氣溫度，主蒸汽管的蒸汽溫度。設(shè)計溫度測量系統(tǒng)。包括選擇測量方法，測量元件及配線，顯示儀表等。分析測量過程中可能引起誤差的因素及應(yīng)采取的措施。從而培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的力。二、設(shè)計要求1分析設(shè)計

3、說明書一份，（十五頁左右,有圖） 2按上課要求在教室進行設(shè)計。缺勤超1/2者，不予評定成績。 3說明書要求內(nèi)容正確、文字通順、分析合理、說明簡潔書寫工整。4按時獨立完成任務(wù)，不得抄襲他人成果。三、設(shè)計內(nèi)容（1）鍋爐水冷壁。壁溫350-400。（2）鍋爐爐膛尾部煙道煙氣溫度700-800。（3）主蒸汽管的蒸汽溫度571。 設(shè)計溫度測量系統(tǒng)。包括選擇測量方法，測量元件及配線，顯示儀表等。分析測量過程中可能引起誤差的因素及應(yīng)采取的措施第一章 概論大型火力發(fā)電廠燃煤鍋爐中，爐內(nèi)溫度場是反映燃燒狀況的一項重要參數(shù)，對煤粉的著火、燃盡以及鍋爐的安全性具有重要影響。燃燒不穩(wěn)定不僅會使鍋爐效率降低、噪聲和污染

4、物排放增加，甚至?xí)疱仩t爐膛滅火，如處理不當(dāng)會誘發(fā)爐膛爆燃，造成事故 。同時，準確的溫度場信息也是鍋爐燃燒、運行優(yōu)化以及故障診斷的重要依據(jù)。 本文介紹了當(dāng)前世界上較先進的幾種爐內(nèi)溫度場測量技術(shù)，并在開展廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，對各種技術(shù)的特性與應(yīng)用進行了分析與討論。闡述當(dāng)前世界上較為先進的幾種爐內(nèi)溫度場在線測量技術(shù)的實現(xiàn)原理，并在試驗研究和工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)特點和局限性進行了討論與分析，總結(jié)指出了有關(guān)技術(shù)在消化吸收過程中亟待解決的問題和發(fā)展方向。在本次的設(shè)計課程中我們重要測量的是課程設(shè)計主要通過分別對600MW火力發(fā)電機組鍋爐HG-2072/25.4的水冷壁壁溫，爐膛尾部煙道煙氣溫度，主蒸汽管

5、的蒸汽溫度。這些問題都是設(shè)計課程的組成部分，在以后的工作、學(xué)習(xí)中都會運用到的一些專業(yè)知識。第二章 溫度測量系統(tǒng)總概述溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上講，是物體分子熱運動的劇烈程度。物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過程均是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的。生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗中，人們經(jīng)常會遇到溫度和溫度測量問題。溫度只能通過物體隨著溫度變化的某些特性來間接的測量，而用來度量物體溫度的數(shù)值的標尺叫溫標標尺，簡稱溫標。溫度是測量物體冷熱程度的物理物體溫度的高低反映了物體內(nèi)部分子運動平均動能的大小，其宏觀概念是建立在熱平衡基礎(chǔ)上的。作為一個可使用的參數(shù)，還裙要解決測最方法和標度的問題，即

6、建立溫標。溫標就是溫度的數(shù)值表示法，或者說，是表示溫度的標尺。目前國際上用得較多的溫標有熱力學(xué)溫標和國際實用溫標兩種設(shè)熱力學(xué)系統(tǒng)A和B，各自處于熱平衡狀態(tài)，把它們組成新系統(tǒng)(A、B)，A，B之間可以沒有宏觀功的作用而發(fā)生能量交換，使(A，B)達到新的熱平衡狀態(tài)。熱能表這時系統(tǒng)A和B有共同的宏觀性質(zhì)，稱為溫度，兩個熱接觸的系統(tǒng)之間是否發(fā)生熱量轉(zhuǎn)移，決定于二者的溫度是否相同，處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，其內(nèi)部之間必定也處于熱平衡，也就是說，系統(tǒng)內(nèi)部每一部分都具有相同的溫度。由此也可以得出，溫度是一個強度參數(shù)。當(dāng)兩個系統(tǒng)具有不同的溫度而通過透熱璧相接觸時，便有熱作用產(chǎn)生，因此，溫度差是發(fā)生熱量傳遞的根源。

7、由熱力學(xué)第零定律得知，處于相互熱平衡狀態(tài)的物體必定擁有某一個共同的物理性質(zhì)，即溫度。在本次設(shè)計中我們會使用到的是熱電偶測溫原理。熱電偶溫度計由熱電偶、電測儀表和連接導(dǎo)線組成。它被廣泛用來測量100-1600范圍內(nèi)的溫度，用特殊材料制成的熱電偶還可以測量更高或者更低的溫度。熱電偶測量溫度有較高的準確性。由于熱電偶能把溫度信號轉(zhuǎn)變成電信號，便于信號的遠傳和實現(xiàn)多點切換測量，因此，它在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中被廣泛用于測量。由兩種不同的導(dǎo)體（或者半導(dǎo)體）A、B組成的閉合回路中，如果使兩個接點1、2處于不同的溫度t及t0，且有tt0，回路就會出現(xiàn)電動勢，稱為熱電動勢。測量熱電動勢的大小，就可求得溫度t

8、的值，這就是用熱電偶測量溫度的工作原理。熱電偶測溫計由熱電偶、電測儀器和連接導(dǎo)線組成。它被廣泛用來測量1001600范圍內(nèi)的溫度，熱電偶測溫基本原理是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路。由于兩種不同金屬所攜帶的電子數(shù)不同，當(dāng)兩個導(dǎo)體的二個執(zhí)著點之間存在溫差時，就會發(fā)生高電位向低電位放電現(xiàn)象，因而在回路中形成電流,溫度差越大，電流越大，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，也叫塞貝克效應(yīng)。進一步的研究指出熱電動勢是由溫差電勢和接觸電勢組成的。它的優(yōu)點如下：1.測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。2.測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶

9、最低可測到-271-+2800如金鐵鎳鉻和鎢-錸。3.構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。熱電偶在測量時也有許多產(chǎn)生誤差的地方。我們在此說明的而是表面熱電偶的焊接方式。(a)為點接觸，即熱電偶的熱端直接與被測表面想接觸；（b）為免接觸，即先將熱電偶的熱端與導(dǎo)熱性能良好的金屬片焊在一起然后使金屬片與被測表面緊密接觸；（c）為等溫線接觸，熱電偶的熱端與被測表面直接接觸，熱電極從熱端引出時沿表面等溫敷設(shè)一段距離（約50倍熱電極直徑）后引出，熱電極與表面之間用絕緣材料隔開（被測表面若是非導(dǎo)體除外）；（d）為分立接觸，兩熱電極分

10、別與被測表面接觸，通過被測表面（僅對導(dǎo)體而言）構(gòu)成回路。對于上述四種形式來說，在相同外界條件下，（a）的導(dǎo)熱誤差最大，（d）次之，（b）較小，（c）的兩熱電極的散熱量雖然也集中在一個較小的區(qū)域，但由于熱電極已與被測表面等溫敷設(shè)一段距離后才引出，散熱量主要是由等溫敷設(shè)段供給的，熱端的溫度梯度比另三種形式的要小得多，（c）的熱端的散熱量最小，測量準確度最高。 熱電偶的安裝注意事項：1.根據(jù)測量的范圍和對象，選擇適當(dāng)?shù)臒犭娕?、保護管、冷端補償器、補償導(dǎo)線、二次儀表，其分度號必須一致。2.熱電偶安裝地點應(yīng)避免靠近有強磁場的地方，熱電偶的接線盒不可與被測介質(zhì)容器壁相接觸，熱電偶冷端溫度一般不應(yīng)該超過10

11、0.禁止將熱電偶引線與動力電纜裝在同一根管道內(nèi)。3.熱電偶插入的深度一般要求工作端超過管道中心線510mm，工作端與被測流體要成正交或逆向45。接線盒的出線孔應(yīng)該向下，以防因密封不良而使水、汽、灰塵和臟物進入接線盒。4.熱電偶插入深度應(yīng)不小于本身保護直徑的810倍。5.熱電偶安裝在有壓容器上時，必須嚴格保證其密封性能。帶瓷保護器的熱電偶須避免驟冷驟熱，以防瓷管爆裂。安裝地點應(yīng)不妨礙其他設(shè)備的拆裝。6.測管道表面溫度時，應(yīng)使表面清潔、干凈，一定要使熱端與表面接觸好并保溫。補償導(dǎo)線、導(dǎo)線要加以屏蔽，接線是要注意極性。7.熱電偶要定期進行檢定，合格后繼續(xù)使用。第三章 溫度測量一、水冷壁管溫度測量35

12、0-4001.1水冷壁管管壁工作原理水冷壁是鍋爐的主要受熱部分，它由數(shù)排鋼管組成，分布于鍋爐爐膛的四周。它的內(nèi)部為流動的水或蒸汽，外界接受鍋爐爐膛的火焰的熱量。水冷壁的作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量,在管內(nèi)產(chǎn)生蒸汽或熱水，并降低爐墻溫度,保護爐墻。在大容量鍋爐中，爐內(nèi)火焰溫度很高，熱輻射的強度很大。鍋爐中有4050甚至更多的熱量由水冷壁所吸收。除少數(shù)小容量鍋爐外，現(xiàn)代的水管鍋爐均以水冷壁作為鍋爐中最主要的蒸發(fā)受熱面。依靠爐膛的高溫火焰和煙氣對水冷壁的輻射傳熱，使水（未飽和水或飽和水）加熱蒸發(fā)成飽和蒸汽，由于爐墻內(nèi)表面被水冷壁管遮蓋，所以爐墻溫度大為降低，使爐墻不致被燒壞。而且又能防止

13、結(jié)渣和熔渣對爐墻的侵蝕；筒化了爐墻的結(jié)構(gòu)，減輕爐墻重量。1.2測量方法的選擇及依據(jù)壁面溫度測量問題在工業(yè)上用到的比較多，目前多采用熱電偶來測量固體的表面溫度，這是由于熱電偶有較寬的測溫范圍，較小的測量端，能測量點的溫度，而且測量的準確度也較高。1.3測量元件及配線鍋爐爐壁熱電偶來測量采用鎧式熱電偶做感溫元件。我們應(yīng)該使用的是鎳鉻-康銅熱電偶，正極為鎳鉻合金，負極為康銅，測溫范圍是-200900之間。在補償導(dǎo)線耳朵選擇型號上我們選擇的而是EX,正極鎳鉻10，負極銅鎳45。在我們測量中應(yīng)該使用的是點接觸，即熱電偶的熱端直接與被測表面相接觸。其中有四種方法，而不同的被測表面材質(zhì)決定我們使用怎么樣的點

14、接觸方法。我們應(yīng)該使用的是等溫線接觸，因為這樣熱電偶的兩熱電極的散熱量雖然也集中在一個較小的區(qū)域，但由于熱電極已與被測表面等溫敷設(shè)一段距離后才引出，散熱量主要是由等溫敷設(shè)段供給的，熱端的溫度梯度比其他形式的要小的多，所以這樣測量的散熱量最小，準確度最高。1.4誤差分析及應(yīng)對措施在使用熱電偶測量時點接觸的不同方式都有一定的誤差，這就產(chǎn)生了測量誤差，在測量中測量誤差還與被測表面的的導(dǎo)熱能力有著一定的關(guān)系。在我們測量的時候不同的被測表面導(dǎo)熱能力會影響我們的測量結(jié)果。在測量中熱電極的直徑，則散失的熱量多，熱端溫度改變就大。熱電極的直徑細，向外散失的熱量少，熱端溫度改變就小，在使用熱電偶測量溫度的時候我

15、們還要注意冷端溫度補償方式法，而在之中我們就會用到的是補償電橋法，這樣我們才能較少誤差，以求得所測量的真實數(shù)據(jù)。二、鍋爐爐膛尾部煙道煙氣溫度700-8002.1鍋爐爐膛工作原理送風(fēng)機將空氣送入空氣預(yù)熱器中吸收煙氣的熱量并送進熱風(fēng)道，然后分成兩股：一股送給制粉系統(tǒng)作為一次風(fēng)攜帶煤粉送入噴煤器，另一股作為二次風(fēng)直接送往噴煤器。煤粉與一、二次風(fēng)經(jīng)噴燃器噴入爐膛集箱燃燒放熱，并將熱量以輻射方式傳給爐膛四周的水冷壁等輻射受熱面，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈩t沿?zé)煹懒鹘?jīng)過熱器，省煤器和空氣預(yù)熱器等設(shè)備，將熱量主要以對流方式傳給它們，在傳熱過程中，煙氣溫度不斷降低，最后由吸風(fēng)機送入煙囪排入大氣。 爐膛：爐膛是由一個爐

16、墻包圍起來的，供燃料燃燒好傳熱的主體空間，其四周布滿水冷壁。爐膛底部是排灰渣口，固態(tài)排渣爐的爐底是由前后水冷壁管彎曲而形成的傾斜的冷灰斗，液態(tài)排渣爐的爐底是水平的熔渣池。爐膛上部是懸掛有屏式過熱器，爐膛后上方煙氣流出爐膛的通道叫爐膛出口。2.2測量方法的選擇及依據(jù)采用雙熱電偶測溫，可用計算方法消除輻射熱輻射誤差。測量后可利用雙對熱電偶示值通過計算修正指示溫度，從而獲得較為準確的氣流溫度。雙熱電偶的測溫原理：設(shè)兩對熱電偶的熱電極直徑分別為d1、d2，相應(yīng)的顯示值和放熱系數(shù)分別為T、T和1、2，氣流溫度為Tg，冷壁溫度為T1，兩熱電偶材料相同，它們和水冷壁之間的輻射換熱系數(shù)C1相同。將兩對熱電偶垂

17、直于氣流安裝，并且去較長的插入長度（L1d20），是導(dǎo)熱誤差降低到可以忽略的程度。2.3測量元件及配線在此測試中我們裝設(shè)隔離罩，我們使用的是鎳鉻-鎳硅熱電偶，正極為鎳鉻合金，負極為鎳硅合金，它的測溫上限長期使用可達1200，它的補償導(dǎo)線為KX正極為鎳鉻10，負極為鎳硅3。為了避免熱輻射引起的誤差，可以使用氣動溫度計，氣動溫度計又稱文丘里高溫度計，它可以測量工業(yè)鍋爐煙氣的溫度。2.4誤差分析及應(yīng)對措施在測量鍋爐煙道中的煙氣的溫度時，往往在測溫管附近有溫度較低的受熱面，因此測溫管表面有輻射散熱，造成測量誤差。所以在計算時要考慮熱輻射誤差公式為：T1-Tb=-C11（T14-T24) C1=T。把測

18、溫管和冷的管壁隔離開來，使測溫管不直接對冷管進行輻射。為了減少熱輻射誤差，必須減少輻射換熱系數(shù)1，它的大小由測溫管材料決定。為了減少熱輻射的誤差的影響，必須增加氣流和測溫管之間的對流放熱系數(shù)，必要時可采用抽氣熱電偶。三、主蒸汽管的蒸汽溫度測量5713.1主蒸汽管工作原理蒸汽管道的特點是長度較長和形狀復(fù)雜，管子法蘭盤和閥門各零部件和厚度差別很大，因而對管道的加熱也需較長時間，鍋爐末級過熱器出口的蒸汽流量值（kg/h），如果沒有流量計量裝置，可以根據(jù)汽水系統(tǒng)的具體布置方式由進入鍋爐省煤器的給水流量、過熱器減溫水流量、鍋爐排污流量及鍋爐自用抽汽流量等進行計算確定。3.2測量方法的選擇及依據(jù)我們用的是

19、接觸測量，通常認為管道中心的溫度最高，而且偏離管道中心后溫度會較快地降低。因此在安裝保護套管時，要求保護套管的端部要略微超過管道中心以保證熱電偶的熱點能位于溫度最高點。這樣做使得保護套管插入管道內(nèi)的長度較大。由于高溫高壓汽流的沖刷，伸至管道中心處的熱電偶容易發(fā)生震動斷裂事故。 所以在此測試中我們應(yīng)該使用的是高壓焊接固定錐形電熱偶。3.3測量元件及配線熱套式熱電偶采用熱套保護管與熱電偶可分離的結(jié)構(gòu)，并用于大容量的火電廠的主蒸汽溫度測量，使用時可將熱套焊機或者機械固定在設(shè)備上，它的感溫元件為鎧式熱電偶，而測量中我們應(yīng)該使用鎳鉻-鎳硅熱電偶，它的正極是鎳鉻合金，負極是鎳硅合金，其使用溫度范圍為-20

20、01300。K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性、惰性氣氛中，但是它不能直接在高溫下用于硫、還原性或還原、氧化交替的氣氛中和真空中。級鎳鉻-鎳硅熱電偶，以溫度表示的允許誤差，分別為0.75%t(t為熱電偶工作端溫度)。當(dāng)主蒸汽溫度為571時，其允許誤差分別為4。當(dāng)選用量程為0600的顯示儀表顯示儀表（0-600）及允許引用相對誤差（%）XCZ-101指示儀表1.0電位差計記錄儀表0.5熱電偶及允許引用相對誤差（%）KEU-20.6690.669補償導(dǎo)線及允許以用相對誤差0.8830.803WBC-57及允許以用相對誤差

21、0.494平方合2.3361.342合（%）1.5281.158測量系統(tǒng)的合成允許誤差（）9.27.0儀表顯示571時，實際可能溫度范圍（）561.8580.25665795.5誤差分析及應(yīng)對措施主蒸汽溫度允許波動范圍小于1%，而且對不同溫度下的工況控制極為嚴格，管道設(shè)計工作溫度，對選擇管道材質(zhì)、確定管道幾何尺寸，都有極大影響。綜上所述，嚴格控制蒸汽溫度，減少超溫對保持管道壽命、節(jié)約投資、保證安全生產(chǎn)，都有重要意義。尤其中高壓蒸汽管的設(shè)計工作溫度，沒有考慮超溫偏差，蒸汽溫度的監(jiān)視和控制就顯得更為重要。所以保證主蒸汽溫度儀表的準確好用，發(fā)電廠中主蒸汽溫度的測量，其一次元件均采用分度號為K型的鎳鉻-鎳硅，或分度號為的鎳鉻-康銅熱電偶；顯示儀表采用XGZ-101型指示儀表或自動電子電位差計記錄儀表。氣流溫度測量的一個困難問題，就是在一般流速下的氣流和測量管之間的換熱系數(shù)比液體的小得多，這就是使得氣流和測量管之間換熱困難，誤差增加。測量管附近有溫度較低的受熱面，因此測量管表面有輻射散熱，造成誤差。把感受件的主要動作部分(如熱電偶的熱端，電阻溫度計中熱電阻體的一半長度處)放在管道中心軸線上外，可以解決氣流和測量管之間換熱系數(shù)小的困難。在測量管裝設(shè)部位外壁敷較厚的絕熱層可以減小測量管的散熱以此來減小誤差。第四章 總結(jié)在本次設(shè)計中我們會使用到的是熱電偶測溫原理。熱電偶溫度計由熱電偶、電測儀