三维温度场技术交流PPT课件.pptx

ApplicationoftheMonitoringTechnologyofVisualizationof3 DTemperatureinCombustionFurnaces炉内燃烧三维温度场可视化在线监测技术及应用 报告人 万大阳 洛阳瑞昌石油化工设备有限公司 清华大学 2020 1 4 1 目录第一部分三维温度场可视化在线监测技术简介第二部分三维温度场可视化在线监测技术原理第三部分茂名乙烯裂解炉三维温度场监控系统 工业炉优化运行的瓶颈 在实际运行中 工业炉运行的安全性 经济性及自动化水平的进一步提高仍受到一些关键技术问题的制约 缺乏炉内三维燃烧工况实时在线检测技术 这是一项世界性的难题 现有的燃烧检测技术 如热电偶 红外高温计及热像仪 基于激光的燃烧诊断技术等 均不能实现炉内燃烧温度场的在线测量 目前世界上已投入商业应用的基于声波法的炉内断面 二维 温度场在线监测技术 对剧烈变化的瞬态燃烧工况检测能力不足 也不能实现炉内三维温度场的在线检测 同时对物体表面 例如炉管和炉壁 温度的测量也无能为力 常用燃烧火焰温度测量方法 在管式工业炉中 目前大多采用声学法和图像法进行火焰温度测量 总体技术思路 本项目采用火焰辐射图像处理技术作为主要手段 充分挖掘火焰辐射图像中携带的炉内高温燃烧辐射能量分布及其传递信息 从而建立燃烧温度场在线检测技术 并进一步提炼用于炉内燃烧优化控制的燃烧火焰辐射能概念 1 炉内火焰温度场如何影响辐射成像 需要建立定量模型 2 如何从火焰图像中重建出炉内三维温度场 3 如何将火焰图像处理信息反馈到加热炉燃烧及运行优化控制 炉内燃烧 本项技术应用多学科知识的交叉融合 提出了独特的火焰温度图像检测方法 建立了炉内火焰辐射能量和温度成像模型 提出了改进的正则化方法重建三维温度场的算法 从而创立了炉膛燃烧三维温度场实时可视化监测技术 总体技术思路 对三维温度场可视化技术鉴定评价 中国工程院院士 哈尔滨工业大学秦裕琨教授等鉴定认为 在用辐射图象处理检测实际锅炉炉内三维温度分布方面达到国际领先水平 8 主要研究论文及专著 出版专著2005年 本研究成果在国家自然科学基金委员会资助下 在科学出版社出版 炉内火焰可视化检测原理与技术 这是国内外唯一的一部电站锅炉 工业炉窑燃烧三维温度场可视化检测技术方面的专著 发表论文及专题特邀报告2003 2007年 周怀春教授应邀在亚太国际燃烧会议等国际学术会议上作燃烧可视化监控研究专题特邀报告3次 10thEuropeanConferenceonIndustrialFurnacesandBoilers InternationaljournalofThermalSciences SCI 第二部分三维温度场可视化在线监测技术原理 炉内三维温度场实时监测 火焰二维温度图像 炉内三维温度分布 2020 1 4 11 温度场可视化处理过程 1 采集图像 从图像中计算二维温度图像Tm2 矩阵B与向量Tm相乘 得到三维温度场T刷新时间 2 5秒之内 炉内三维温度场实时监测 2020 1 4 12 燃烧火焰温度和黑度检测 实际检测前必须经过黑体炉严格标定 得到单色辐射IR和IG同图像的R和G值之间的关系 以及温度 K 与其黑体图像的红色R0之间的关系 计算 标定 2020 1 4 13 2020 1 4 14 1173K1273K 1373K1473K 2020 1 4 15 火焰原始图像火焰二维温度图像 炉内三维温度分布 2020 1 4 16 基于辐射能最大的炉内风量和氧量优化控制策略 控制原理工业炉燃烧优化控制的直接目标是调节最佳风量与燃料量相适应 使炉内热效率达到最佳 氧量和炉内热效率实时准确监测的困难是炉内效率实时优化的困难所在使辐射能信号达到最佳的风量能够使相同的燃料在炉内释放出最多的热量 本项技术构造了根据辐射能变化趋势在线调节风量 使炉内效率达到最佳的搜索策略在达到相当的较高炉内热效率的条件下 A B区域 进一步将风量控制在风量较少的区域 A C区域 能够同时达到抑制氮氧化物排放的目的 第三部分茂名乙烯裂解炉三维温度场监控系统 USC 80U型裂解炉采用美国斯通 韦伯斯公司专利技术 炉管设计为U型 主要裂解原料为石脑油 USC 80U型裂解炉的整体布置为2个辐射段共用1个对流段 每个辐射室底部有16台燃烧器 分两列布置 每台炉的48根USC U 型炉管沿沪膛中心线安装成一排 对每个辐射段 物料基本走向为 上进上出 在第一管程内 气态物料从横跨管出来自辐射室的顶部进入辐射段 接着向下 经过U型弯管从而进入第二管程 在第二管程内 物料以自下向上的方向流动 对流段处于2个辐射段的正上方 目的是回收来自辐射段的烟道气中的热量 2020 1 4 21 光谱仪温度和黑度检测系统 光谱仪温度和黑度检测系统 最大温差 2 燃烧器调整实验 a 调整前 b 左边风门开大 c 左边风门复原 右边风门开大 调整前左边温度高于右边 最高温度1007 左边风门开大 温度升高到1015 右边风门开大 高温区右移 最高温度1026 通过三维温度场系统测得的辐射能变化与COT变化趋势的对比 可以看到开大左侧风门 100 125时 辐射能先上升 紧接着COT也开始上升 COT上升略有延迟 这与裂解气的停留时间以及烟气导热时间差有关 恢复左侧风门开大右侧风门 125 200时 辐射能先降后升 COT也随之先下降后上升 200以后风门恢复原状 COT也下降恢复到调整前温度 通过燃烧调整期间辐射能变化与燃料量变化趋势的对比 可以看到辐射能的变化基本符合燃料量的变化趋势 值得注意的是在开大左风门和开大右风门期间 有一个阶段辐射能处于同样的水平 但是燃料量却不一致 说明燃料量的调整有富余 这也告诉我们以后裂解炉的调整应该主要调风 从这段燃烧调整数据可以看到 2108 2kg h的燃料量与2090 3kg h的燃料量产生的辐射能一样 那也就是说如果要维持一样的辐射能我们可以节约燃料气17 9kg h 基于三维温度场的产物收率分布 炉管表面热流分布 总换热系数 物料换热系数 压降方程 基于三维温度场的产物收率分布 基于三维温度场的产物收率分布 最大误差 4 三维温度场系统的预期功能和后续展望 裂解炉三维温度场可视化监测系统可实现的功能 看火