热工测量及仪表

1、设计题目：火力发电厂锅炉温度测量系统设计年级专业：学生姓名：学 号：指导教师：目录序章3一、课程设计的目的3二、设计要求3三、设计内容3第一章 概论4第二章 温度测量系统总概述5第三章 温度测量8一、水冷壁管温度测量350°-400°81.1水冷壁管管壁工作原理81.2测量方法的选择及依据91.3测量元件及配线91.4误差分析及应对措施10二、锅炉炉膛尾部烟道烟气温度700°-800°112.1锅炉炉膛工作原理112.2测量方法的选择及依据112.3测量元件及配线122.4误差分析及应对措施12三、主蒸汽管的蒸汽温度测量571°123.1主蒸汽

2、管工作原理123.2测量方法的选择及依据133.3测量元件及配线135.5误差分析及应对措施15第四章 总结15第五章 参考文献17序章一、课程设计的目的热工测量及仪表课程设计是在学生学完了热工测量及仪表这门课后，进行的又一重要教学环节。通过课程设计，一方面使学生将所学知识融会贯通，特别是对热工测量及仪表在火力发电厂中的实际应用及重要性有更深刻的了解和掌握。课程设计主要通过分别对600MW火力发电机组锅炉HG-2072/25.4的水冷壁壁温，炉膛尾部烟道烟气温度，主蒸汽管的蒸汽温度。设计温度测量系统。包括选择测量方法，测量元件及配线，显示仪表等。分析测量过程中可能引起误差的因素及应采取的措施。

3、从而培养了学生分析问题、解决问题的力。二、设计要求1分析设计说明书一份，（十五页左右,有图） 2按上课要求在教室进行设计。缺勤超1/2者，不予评定成绩。 3说明书要求内容正确、文字通顺、分析合理、说明简洁书写工整。4按时独立完成任务，不得抄袭他人成果。三、设计内容（1）锅炉水冷壁。壁温350-400。（2）锅炉炉膛尾部烟道烟气温度700-800。（3）主蒸汽管的蒸汽温度571。 设计温度测量系统。包括选择测量方法，测量元件及配线，显示仪表等。分析测量过程中可能引起误差的因素及应采取的措施第一章 概论大型火力发电厂燃煤锅炉中，炉内温度场是反映燃烧状况的一项重要参数，对煤粉的着火、燃尽以及锅炉的安

4、全性具有重要影响。燃烧不稳定不仅会使锅炉效率降低、噪声和污染物排放增加，甚至会引起锅炉炉膛灭火，如处理不当会诱发炉膛爆燃，造成事故 。同时，准确的温度场信息也是锅炉燃烧、运行优化以及故障诊断的重要依据。 本文介绍了当前世界上较先进的几种炉内温度场测量技术，并在开展广泛调研的基础上，对各种技术的特性与应用进行了分析与讨论。阐述当前世界上较为先进的几种炉内温度场在线测量技术的实现原理，并在试验研究和工程应用的基础上对系统特点和局限性进行了讨论与分析，总结指出了有关技术在消化吸收过程中亟待解决的问题和发展方向。在本次的设计课程中我们重要测量的是课程设计主要通过分别对600MW火力发电机组锅炉HG-2

5、072/25.4的水冷壁壁温，炉膛尾部烟道烟气温度，主蒸汽管的蒸汽温度。这些问题都是设计课程的组成部分，在以后的工作、学习中都会运用到的一些专业知识。第二章 温度测量系统总概述温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上讲，是物体分子热运动的剧烈程度。物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程均是在一定的温度范围内进行的。生产过程和科学实验中，人们经常会遇到温度和温度测量问题。温度只能通过物体随着温度变化的某些特性来间接的测量，而用来度量物体温度的数值的标尺叫温标标尺，简称温标。温度是测量物体冷热程度的物理物体温度的高低反映了物体内部分子运动平均动能的大小，其宏观概念是建立在热平衡基础上

6、的。作为一个可使用的参数，还裙要解决测最方法和标度的问题，即建立温标。温标就是温度的数值表示法，或者说，是表示温度的标尺。目前国际上用得较多的温标有热力学温标和国际实用温标两种设热力学系统A和B，各自处于热平衡状态，把它们组成新系统(A、B)，A，B之间可以没有宏观功的作用而发生能量交换，使(A，B)达到新的热平衡状态。热能表这时系统A和B有共同的宏观性质，称为温度，两个热接触的系统之间是否发生热量转移，决定于二者的温度是否相同，处于热平衡状态的系统，其内部之间必定也处于热平衡，也就是说，系统内部每一部分都具有相同的温度。由此也可以得出，温度是一个强度参数。当两个系统具有不同的温度而通过透热璧

7、相接触时，便有热作用产生，因此，温度差是发生热量传递的根源。由热力学第零定律得知，处于相互热平衡状态的物体必定拥有某一个共同的物理性质，即温度。在本次设计中我们会使用到的是热电偶测温原理。热电偶温度计由热电偶、电测仪表和连接导线组成。它被广泛用来测量100-1600范围内的温度，用特殊材料制成的热电偶还可以测量更高或者更低的温度。热电偶测量温度有较高的准确性。由于热电偶能把温度信号转变成电信号，便于信号的远传和实现多点切换测量，因此，它在工业生产和科学研究领域中被广泛用于测量。由两种不同的导体（或者半导体）A、B组成的闭合回路中，如果使两个接点1、2处于不同的温度t及t0，且有tt0，回路就会

8、出现电动势，称为热电动势。测量热电动势的大小，就可求得温度t的值，这就是用热电偶测量温度的工作原理。热电偶测温计由热电偶、电测仪器和连接导线组成。它被广泛用来测量1001600范围内的温度，热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流,温度差越大，电流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。进一步的研究指出热电动势是由温差电势和接触电势组成的。它的优点如下：1.测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。2.测量范围广

9、。常用的热电偶从-50+1600均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-271-+2800如金铁镍铬和钨-铼。3.构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶在测量时也有许多产生误差的地方。我们在此说明的而是表面热电偶的焊接方式。(a)为点接触，即热电偶的热端直接与被测表面想接触；（b）为免接触，即先将热电偶的热端与导热性能良好的金属片焊在一起然后使金属片与被测表面紧密接触；（c）为等温线接触，热电偶的热端与被测表面直接接触，热电极从热端引出时沿表面等温敷设一段距离（约50倍热电极直径）后引出，热电极与表面之间用绝缘材料

10、隔开（被测表面若是非导体除外）；（d）为分立接触，两热电极分别与被测表面接触，通过被测表面（仅对导体而言）构成回路。对于上述四种形式来说，在相同外界条件下，（a）的导热误差最大，（d）次之，（b）较小，（c）的两热电极的散热量虽然也集中在一个较小的区域，但由于热电极已与被测表面等温敷设一段距离后才引出，散热量主要是由等温敷设段供给的，热端的温度梯度比另三种形式的要小得多，（c）的热端的散热量最小，测量准确度最高。 热电偶的安装注意事项：1.根据测量的范围和对象，选择适当的热电偶、保护管、冷端补偿器、补偿导线、二次仪表，其分度号必须一致。2.热电偶安装地点应避免靠近有强磁场的地方，热电偶的接线盒

11、不可与被测介质容器壁相接触，热电偶冷端温度一般不应该超过100.禁止将热电偶引线与动力电缆装在同一根管道内。3.热电偶插入的深度一般要求工作端超过管道中心线510mm，工作端与被测流体要成正交或逆向45°。接线盒的出线孔应该向下，以防因密封不良而使水、汽、灰尘和脏物进入接线盒。4.热电偶插入深度应不小于本身保护直径的810倍。5.热电偶安装在有压容器上时，必须严格保证其密封性能。带瓷保护器的热电偶须避免骤冷骤热，以防瓷管爆裂。安装地点应不妨碍其他设备的拆装。6.测管道表面温度时，应使表面清洁、干净，一定要使热端与表面接触好并保温。补偿导线、导线要加以屏蔽，接线是要注意极性。7.热电偶

12、要定期进行检定，合格后继续使用。第三章 温度测量一、水冷壁管温度测量350°-400°1.1水冷壁管管壁工作原理水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度,保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有4050甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。依靠炉膛的高温火焰和烟气对水冷壁的辐射传热，使水（未饱和水或饱和水）加热蒸

13、发成饱和蒸汽，由于炉墙内表面被水冷壁管遮盖，所以炉墙温度大为降低，使炉墙不致被烧坏。而且又能防止结渣和熔渣对炉墙的侵蚀；筒化了炉墙的结构，减轻炉墙重量。1.2测量方法的选择及依据壁面温度测量问题在工业上用到的比较多，目前多采用热电偶来测量固体的表面温度，这是由于热电偶有较宽的测温范围，较小的测量端，能测量点的温度，而且测量的准确度也较高。1.3测量元件及配线锅炉炉壁热电偶来测量采用铠式热电偶做感温元件。我们应该使用的是镍铬-康铜热电偶，正极为镍铬合金，负极为康铜，测温范围是-200900之间。在补偿导线耳朵选择型号上我们选择的而是EX,正极镍铬10，负极铜镍45。在我们测量中应该使用的是点接触

14、，即热电偶的热端直接与被测表面相接触。其中有四种方法，而不同的被测表面材质决定我们使用怎么样的点接触方法。我们应该使用的是等温线接触，因为这样热电偶的两热电极的散热量虽然也集中在一个较小的区域，但由于热电极已与被测表面等温敷设一段距离后才引出，散热量主要是由等温敷设段供给的，热端的温度梯度比其他形式的要小的多，所以这样测量的散热量最小，准确度最高。1.4误差分析及应对措施在使用热电偶测量时点接触的不同方式都有一定的误差，这就产生了测量误差，在测量中测量误差还与被测表面的的导热能力有着一定的关系。在我们测量的时候不同的被测表面导热能力会影响我们的测量结果。在测量中热电极的直径，则散失的热量多，热

15、端温度改变就大。热电极的直径细，向外散失的热量少，热端温度改变就小，在使用热电偶测量温度的时候我们还要注意冷端温度补偿方式法，而在之中我们就会用到的是补偿电桥法，这样我们才能较少误差，以求得所测量的真实数据。二、锅炉炉膛尾部烟道烟气温度700°-800°2.1锅炉炉膛工作原理送风机将空气送入空气预热器中吸收烟气的热量并送进热风道，然后分成两股：一股送给制粉系统作为一次风携带煤粉送入喷煤器，另一股作为二次风直接送往喷煤器。煤粉与一、二次风经喷燃器喷入炉膛集箱燃烧放热，并将热量以辐射方式传给炉膛四周的水冷壁等辐射受热面，燃烧产生的高温烟气则沿烟道流经过热器，省煤器和空气预热器等

16、设备，将热量主要以对流方式传给它们，在传热过程中，烟气温度不断降低，最后由吸风机送入烟囱排入大气。 炉膛：炉膛是由一个炉墙包围起来的，供燃料燃烧好传热的主体空间，其四周布满水冷壁。炉膛底部是排灰渣口，固态排渣炉的炉底是由前后水冷壁管弯曲而形成的倾斜的冷灰斗，液态排渣炉的炉底是水平的熔渣池。炉膛上部是悬挂有屏式过热器，炉膛后上方烟气流出炉膛的通道叫炉膛出口。2.2测量方法的选择及依据采用双热电偶测温，可用计算方法消除辐射热辐射误差。测量后可利用双对热电偶示值通过计算修正指示温度，从而获得较为准确的气流温度。双热电偶的测温原理：设两对热电偶的热电极直径分别为d1、d2，相应的显示值和放热系数分别为

17、T、T和1、2，气流温度为Tg，冷壁温度为T1，两热电偶材料相同，它们和水冷壁之间的辐射换热系数C1相同。将两对热电偶垂直于气流安装，并且去较长的插入长度（L1d>20），是导热误差降低到可以忽略的程度。2.3测量元件及配线在此测试中我们装设隔离罩，我们使用的是镍铬-镍硅热电偶，正极为镍铬合金，负极为镍硅合金，它的测温上限长期使用可达1200，它的补偿导线为KX正极为镍铬10，负极为镍硅3。为了避免热辐射引起的误差，可以使用气动温度计，气动温度计又称文丘里高温度计，它可以测量工业锅炉烟气的温度。2.4误差分析及应对措施在测量锅炉烟道中的烟气的温度时，往往在测温管附近有温度较低的受热面，因

18、此测温管表面有辐射散热，造成测量误差。所以在计算时要考虑热辐射误差公式为：T1-Tb=-C11（T14-T24) C1=T。把测温管和冷的管壁隔离开来，使测温管不直接对冷管进行辐射。为了减少热辐射误差，必须减少辐射换热系数1，它的大小由测温管材料决定。为了减少热辐射的误差的影响，必须增加气流和测温管之间的对流放热系数，必要时可采用抽气热电偶。三、主蒸汽管的蒸汽温度测量571°3.1主蒸汽管工作原理蒸汽管道的特点是长度较长和形状复杂，管子法兰盘和阀门各零部件和厚度差别很大，因而对管道的加热也需较长时间，锅炉末级过热器出口的蒸汽流量值（kg/h），如果没有流量计量装置，可以根据汽水系统的

19、具体布置方式由进入锅炉省煤器的给水流量、过热器减温水流量、锅炉排污流量及锅炉自用抽汽流量等进行计算确定。3.2测量方法的选择及依据我们用的是接触测量，通常认为管道中心的温度最高，而且偏离管道中心后温度会较快地降低。因此在安装保护套管时，要求保护套管的端部要略微超过管道中心以保证热电偶的热点能位于温度最高点。这样做使得保护套管插入管道内的长度较大。由于高温高压汽流的冲刷，伸至管道中心处的热电偶容易发生震动断裂事故。 所以在此测试中我们应该使用的是高压焊接固定锥形电热偶。3.3测量元件及配线热套式热电偶采用热套保护管与热电偶可分离的结构，并用于大容量的火电厂的主蒸汽温度测量，使用时可将热套焊机或者

20、机械固定在设备上，它的感温元件为铠式热电偶，而测量中我们应该使用镍铬-镍硅热电偶，它的正极是镍铬合金，负极是镍硅合金，其使用温度范围为-2001300。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性、惰性气氛中，但是它不能直接在高温下用于硫、还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。级镍铬-镍硅热电偶，以温度表示的允许误差，分别为±0.75%t(t为热电偶工作端温度)。当主蒸汽温度为571时，其允许误差分别为±4。当选用量程为0600的显示仪表显示仪表（0-600）及允许引用相对误差（%）XCZ-101指示仪表

21、±1.0电位差计记录仪表±0.5热电偶及允许引用相对误差（%）KEU-2±0.669±0.669补偿导线及允许以用相对误差±0.883±0.803WBC-57及允许以用相对误差±0.494平方合2.3361.342合（%）±1.528±1.158测量系统的合成允许误差（）±9.2±7.0仪表显示571时，实际可能温度范围（）561.8580.25665795.5误差分析及应对措施主蒸汽温度允许波动范围小于1%，而且对不同温度下的工况控制极为严格，管道设计工作温度，对选择管道材质、确定管

22、道几何尺寸，都有极大影响。综上所述，严格控制蒸汽温度，减少超温对保持管道寿命、节约投资、保证安全生产，都有重要意义。尤其中高压蒸汽管的设计工作温度，没有考虑超温偏差，蒸汽温度的监视和控制就显得更为重要。所以保证主蒸汽温度仪表的准确好用，发电厂中主蒸汽温度的测量，其一次元件均采用分度号为K型的镍铬-镍硅，或分度号为的镍铬-康铜热电偶；显示仪表采用XGZ-101型指示仪表或自动电子电位差计记录仪表。气流温度测量的一个困难问题，就是在一般流速下的气流和测量管之间的换热系数比液体的小得多，这就是使得气流和测量管之间换热困难，误差增加。测量管附近有温度较低的受热面，因此测量管表面有辐射散热，造成误差。把感受件的主要动作部分(如热电偶的热端，电阻温度计中热电阻体的一半长度处)放在管道中心轴线上外，可以解决气流和测量管之间换热系数小的困难。在测量管装设部位外壁敷较厚的绝热层可以减小测量管的散热以此来减小误差。第四章 总结在本次设计中我们会使用到的是热电偶测温原理