应用组合热电偶测量火焰温度的研究

　　1　引言

　　准确测量炉内火焰温度分布对锅炉燃烧和传热研究十分重要[1]。由于不同火焰的发光特性与黑度有较大差别,通常用隐丝式光学高温计、双色高温计[2]、红外辐射式高温计等方法测量火焰温度时均存在很大的测量误差。用热电偶测量高温烟气温度较直观简单。但是,由于高温的热电偶测量端会对周围温度较低的炉壁辐射放热,从而使热电偶的热接点温度低于火焰温度,引起较大的测量误差。例如锅炉炉膛出口烟气温度为1 035℃,而周围的水冷壁温度约为450℃,用普通热电偶测量的指示值仅为802℃,误差高达233℃,相对误差大于22%。应用抽气热电偶可以较准确地测量炉内高温烟气的真实温度,但测量时操作复杂,且需很大的抽气设备。本文采用组合热电偶测量炉内高温烟气温度,并采用数值计算方法,对热电偶测量值进行动态在线补偿,用于克服烟气温度脉动对测量的影响,使组合热电偶能够方便、准确地测量炉内高温烟气的真实温度。

　　2　火焰温度波动对3热电偶测温的影响

　　热电偶的测量端裸露在炉内火焰中,其热接点受到高温烟气气流的对流加热及烟气中的3原子气体和灰粒子的辐射加热,同时热接点也对温度较低的炉内水冷壁等受热面辐射放热。组成3热电偶的3个直径不同的热电偶具有不同的表面积,它们的辐射放热量不同,测量端的温度也不同,直径大的温度低,直径小的温度高。3热电偶在测量高温烟气温度时,其热平衡方程式为[3]

式中:d1、d2、d3———分别是3热电偶3个热接点的直径,m。

　　对于烟气横向流过热电偶的对流换热,指数n=0·5[3]。解式(1)、(2)、(3)组成的方程组,可计算烟气的真实温度

　　上述方法在火焰温度稳定时具有较高的正确性。但是,由于炉内烟气温度存在较大的波动,而热电偶具有热惯性,响应烟温的脉动有一定的滞后,因此有时会造成无法测量的困难。热电偶的直径越大,其热惯性越大,响应烟温波动的速度越慢。例如3个热电偶的直径为d1T2>T3,当烟温向下波动时,3个热电偶热接点的温度也降低,由于热惯性的原因,直径等于d3的热电偶降温慢,而直径等于d1的热电偶降温快,因此有可能产生T3>T2>T1或T2>T3>T1等情况,此时就无法应用式(4)计算真实烟气温度。有时,虽然是T1>T2>T3,但还没有达到稳态温度,也会给真实烟气温度Tg的计算造成很大的误差。炉膛内火焰温度总存在波动,热电偶的响应总是滞后于温度的波动,所以必须对3个热电偶的测量值进行补偿。采用信号动态补偿方法,将热电偶测得的温度值修正到热平衡稳态时的温度,可减少因烟温脉动而导致的误差,提高测量准确性。