在DCS中實現(xiàn)爐內(nèi)三維溫度場可視化技術(shù)

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

摘要：在DCS中實現(xiàn)爐內(nèi)三維溫度場可視化技術(shù)資訊由優(yōu)秀的流量計、流量儀生產(chǎn)報價廠家為您提供。作為火電廠DCS重要子系統(tǒng)的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS），目前只能判斷燃燒器單個噴嘴火焰的有無，而在線獲取的爐膛燃燒信息很少。爐內(nèi)火焰溫度分布是煤粉在經(jīng)過高溫化學(xué)反應(yīng)、流。更多的流量計廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是在DCS中實現(xiàn)爐內(nèi)三維溫度場可視化技術(shù)文章詳情。

作為火電廠DCS重要子系統(tǒng)的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS），目前只能判斷燃燒器單個噴嘴火焰的有無，而在線獲取的爐膛燃燒信息很少。爐內(nèi)火焰溫度分布是煤粉在經(jīng)過高溫化學(xué)反應(yīng)、流動以及傳熱傳質(zhì)等復(fù)雜的物理化學(xué)過程后的綜合體現(xiàn)，其三維溫度分布特征是揭示爐內(nèi)燃燒規(guī)律的關(guān)鍵。

一、基本原理

將CCD火焰探頭作為二維輻射能量傳感器接收三維爐膛內(nèi)的高溫輻射能量信號，利用輻射能量圖像與爐內(nèi)燃燒溫度分布的關(guān)聯(lián)模型，采用Tikhonov正則化算法計算得到爐內(nèi)三維溫度分布，其計算刷新率不超過5s，且有效性和準(zhǔn)確性己得到驗證。

針對1臺亞臨界壓力、一次中間再熱、雙爐膛、Ⅱ型布置、四角切圓燃燒的直流鍋爐，設(shè)定爐內(nèi)燃燒溫度分布的計算區(qū)域為冷灰斗以上至折煙角以下標(biāo)高為（12~27.6）m之間，整個爐膛橫截面為17m×8.475m（約144m2），單個爐膛橫截面積8.5m×8.475m（約72m2）。單個爐膛沿i（爐寬）、H（爐深）、k（爐高）方向?qū)囟葓鲇嬎銋^(qū)間劃分為lO×lO×16的網(wǎng)格，即單個爐膛沿高度方向分為16層斷面，每層斷面又分為100（10×10）個網(wǎng)格，這樣每一個立體網(wǎng)格單元的尺寸為1×0.85×0.847（約0.72）m3，這就是爐內(nèi)三維溫度分布的zui小分辨單元。使用工業(yè)控制機(jī)（工控機(jī)）計算得到爐內(nèi)三維溫度場后，通過通訊送到DCS，在DCS中進(jìn)行可視化顯示。

二、實現(xiàn)方法

爐內(nèi)三維溫度分布的特征量為:（1）全爐膛火焰中心溫度值Tj及其所在位置坐標(biāo)（Xj,Yj，Zj）;（2）反應(yīng)爐內(nèi)某一斷面燃燒強度的平均溫度Ti;（3）反應(yīng)該層斷面火焰中心偏斜的程度，即該層斷面zui高溫度點所在位置（Xi，Yi）。

雙爐膛某一層斷面溫度場在DCS中的顯示情況如圖1所示，右側(cè)甲爐膛斷面溫度場在實際坐標(biāo)平面xO1y下，zui高溫度點所在位置坐標(biāo)為（X1，y1）。為了立體顯示，實際坐標(biāo)平面在DCS組態(tài)畫面上x軸與y軸的夾角設(shè)置為θ因為目前DCS尚無三維坐標(biāo)系，只有平面直角坐標(biāo)系，因此zui高溫度點在DCS中進(jìn)行顯示時以繪圖坐標(biāo)平面x'O1y'為參照，實際坐標(biāo)（X1,y1）需要轉(zhuǎn)換為繪圖坐標(biāo)（X1、y1）。由圖1知，實際坐標(biāo)（X1，y1）與繪圖坐標(biāo)（X1'，y1'）的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:x1'=X1+Y1cosθ，Y1'=Y1sinθ。同理，左側(cè)乙爐膛斷面溫度場zui高溫度點在實際坐標(biāo)平面xO2y下的實際坐標(biāo)（X2，y2）與在繪圖坐標(biāo)平面x'O2y'下的繪圖坐標(biāo)（X2'，y2'）之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:x'2=X2+Y2cosθ,Y2'=Y2sinθ。因此，工控機(jī)只需要將實際坐標(biāo)值送入DCS，在DCS中就可以轉(zhuǎn)換為繪圖坐標(biāo)在組態(tài)畫面上進(jìn)行直觀顯示。此外，為了清晰顯示該層斷面甲、乙爐膛燃燒強度，左右兩側(cè)的柱狀長度分別表示該層斷面甲、乙爐膛平均溫度T1、T2。如果需要顯示的斷面溫度場較多，則θ角設(shè)置較小，否則θ角設(shè)置較大。工控機(jī)計算得到16層斷面溫度場，在DCS申顯示由下到上的第1、4、8、12、16層共5層斷面溫度場，因為該5層溫度場分布在燃燒器區(qū)域、爐膛中部和折煙焰角下部區(qū)域，具有代表意義。本例中設(shè)置θ=45。

工控機(jī)向DCS伎翰甲乙兩側(cè)爐造各5層共10層爐膛斷面溫度場信息，包括各層斷面平均溫度及各層斷面zui高溫度點所在位置（Xi,yi，Ti，i=l~10），以及甲、乙爐膛火焰中心大小及強度（Xi，Yi，Zj，Tj,j=1~2）等共計38個數(shù)據(jù)量，如果這些數(shù)據(jù)全部采用硬接線方式傳輸，則將大大地增加硬件成本，因此采用基于Modbus通訊協(xié)議[4]，的串行通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通訊設(shè)置DCS為主站，工控機(jī)為從站，DCS定時向工控機(jī)發(fā)送命令，要求工控機(jī)向DCS傳送溫度場信息數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)傳輸定時周期為4s。在DCS串行通訊控制器中設(shè)置Modbus通信模塊的通信參數(shù)，其參數(shù)包括從站地址、通信速率、通信端口、奇偶校驗位、停止位等，這些參數(shù)必須與工控機(jī)中串口通信模塊的設(shè)置值一致，方可保證雙方通訊正確無誤[5]。串行通訊控制器下載、安裝和記錄各溫度參數(shù)點詳細(xì)格式的Modbus通訊配置文件，通過RS-485總線向工控機(jī)發(fā)送命令，實現(xiàn)DCS與工控機(jī)之間的交互通訊。

三、系統(tǒng)運行

圖2為在DCS上實現(xiàn)的爐內(nèi)三維組態(tài)畫面，其直觀顯示了甲、乙爐膛5層爐內(nèi)斷面溫度場信息，下2層標(biāo)高為12.5m、15.4m，位于燃燒器區(qū)域;中間2層標(biāo)高為19.3m、23.2m，位于爐膛中部區(qū)域;上1層標(biāo)高為27.1m，位于折煙焰角以下區(qū)域。DCS組態(tài)畫面給出了各層平均溫度值及各層zui高溫度點所在位置。對全爐膛而言，甲爐膛火焰中心在標(biāo)高為19.31m處，截面位置坐標(biāo)為（4.67m，4.66m），乙爐膛火焰中心在標(biāo)高17.36m處，截面位置坐標(biāo)為（3.82m，4.66m）。由于燃燒器布置在（12~18）m之間，因此甲、乙爐膛火焰中心均位于頂層燃燒器附近，且甲爐膛火焰中心高于乙爐膛火焰中心。下3層爐膛斷面zui高溫度點分布位置均靠近爐膛區(qū)域幾何中心，而高度為27.1m的爐膛斷面zui高溫度點靠近前墻，其原因在于該層斷面位于折煙焰角稍偏下位置，旋轉(zhuǎn)上升的煙氣受到折煙焰角的影響對前墻形成強烈的沖刷作用。乙爐膛23.2m處斷面zui高溫度點偏向前墻和左墻，需要進(jìn)行燃燒調(diào)整，將該層zui高溫度點拉回到爐膛的幾何中心處，否則該處水冷壁容易超溫爆管。

四、結(jié)語

（1）首次在DCS中實現(xiàn)了大型鍋爐爐內(nèi)三維溫度場可視化技術(shù)，并應(yīng)用于實際鍋爐，畫面數(shù)據(jù)實時刷新時間不超過5s。實際運行結(jié)果表明，通過DCS畫面可直觀地了解爐膛燃燒工祝（如火焰中心位置、溫度高低及火焰中心偏斜等情況）。

（2）DCS與工控機(jī)基于Modbus協(xié)議進(jìn)行通訊的方法硬件投資小，準(zhǔn)確度和效率高，對DCS與第3方設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊是切實可行的，尤其適用于大數(shù)據(jù)量通信。

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在DCS中實現(xiàn)爐內(nèi)三維溫度場可視化技術(shù)