CN101403643A - 一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置 - Google Patents

一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于高温烟气温度测量技术领域，特别涉及一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置。在锅炉炉膛两侧炉墙对称位置上各安装一套由声波导管、电动扬声器和增强型传声器组成的声波收发器；电动扬声器发出声信号，同时被同侧和对侧的增强型传声器接收并将其转变成电压信号，通过信号调理器后用电缆输入双通道数据采集卡转换为数字信号，再通过互相关分析得出声波飞渡时间，最后经计算机和软件计算出烟气温度。所述装置不受炉内高温、多尘、腐蚀、湍流等复杂恶劣环境限制，具有非插入式、准确、实时、便携测量的特点，可以取代传统的炉膛高温探针，并能够及时判断锅炉的燃烧情况，加以调节和控制。

Description

一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置
技术领域
本发明属于高温烟气温度测量技术领域，特别涉及一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置。
背景技术
在大型燃煤、燃油锅炉中，例如火力发电厂锅炉、炼钢高炉、水泥回转窑、炼焦器等高温设备，炉内烟气温度的测量，直接关系到燃烧的稳定与优化，对于设备的安全、经济运行具有重要意义。以住，由于炉内高温、多尘、腐蚀、湍流等复杂恶劣环境限制，针对锅炉烟气温度，大都采用基于热平衡的热力计算获得。这种通过计算的间接方法，需要采集炉膛尾部烟气侧和蒸汽侧的大量温度和压力信息，而且锅炉本体庞大，计算结果滞后，无法实时反应炉膛烟气温度信息。另一种方法，使用抽气式高温烟气探针，其实质是热电偶测量原理。需要复杂的冷却装置，而且只能用于锅炉点火时，防止管道超温做短时间测量，超过540℃，探针自动退出，无法实现锅炉运行时的实时测量。对于红外测温这种便携式测温设备，工程界普遍认为其测量结果不稳定，误差太大，难以应用于高温烟气测量。最近，有基于CCD图像反演温度的技术出现，但是由于存在摄像头易于因炉内飞灰而结垢的问题，无法长期准确测量。因此，目前国内尚未有一种能够实现炉膛烟气温度长期稳定、准确、实时在线监测的技术和装置。
发明内容
本发明针对国内尚未有能够实现炉膛烟气温度长期稳定、准确、实时在线监测设备的问题，提供了一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置。其特征在于，在炉膛9的两侧炉墙对称位置分别安装左声波导管61和右声波导管62；左声波导管61的末端连接左电动扬声器5 1，左声波导管61的上端连接左增强型传声器71；右声波导管62的末端连接右电动扬声器52，右声波导管62的上端连接右增强型传声器72；左电动扬声器51和右电动扬声器52均连接到功率放大器4，功率放大器4与接线盒3的输出端连接；左增强型传声器71和右增强型传声器72均连接到信号调理器8，信号调理器8与接线盒3的输入端连接；接线盒3通过与双通道数据采集卡2连接，双通道数据采集卡2通过USB线连接到电脑1。
所述左声波导管61、左电动扬声器51和左增强型传声器71之间，以及右声波导管62、右电动扬声器52和右增强型传声器72之间均通过螺纹连接，形成一体的声波收发器，便于组装、拆卸和更换。
所述左声波导管6 1和右声波导管62采用锥形喇叭，声阻在截止频率附近变化均匀，指向性强，便于声波的直线传播。
所述左增强型传声器71和右增强型传声器72封装在不锈钢套管中，防止炉膛9内飞灰由于自身重力而产生沉积，影响传声效果。
所述信号调理器8既具有对声信号滤波和放大的功能，还具有向传声器供电的功能。
所述双通道数据采集卡2具有两路输出和两路输入，分别对应左电动扬声器5 1和右电动扬声器52发生声波，左增强型传声器71和右增强型传声器72接收声波，并能够同时工作。
所述电脑1采用笔记本电脑，用USB线与双通道数据采集卡连接，形成一套便携式测量系统。
本发明的有益效果为：利用声波在炉膛内烟气中的传播速度测量烟气温度，不受炉内高温、多尘、腐蚀、湍流等复杂恶劣环境限制，具有非插入式、准确、实时、便携测量的特点，可以取代传统的炉膛高温探针，能够及时判断锅炉的燃烧情况，并加以调节和控制。
附图说明
图1为本发明所述烟气温度测量装置的结构示意图。
图中标号：
1-电脑；2-数据采集卡；3-接线盒；4-功率放大器；51-左电动扬声器；
52-右电动扬声器；61-左声波导管；62-右声波导管；71-左增强型传声器；
72-右增强型传声器；8-信号调理器；9-炉膛。
具体实施方式
本发明提供了一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为本发明所述烟气温度测量装置的结构示意图。在炉膛9的炉墙侧壁中部以上对称位置分别安装左声波导管61和右声波导管62，左声波导管61和右声波导管62采用锥形喇叭，声阻在截止频率附近变化均匀，指向性强，便于声波的直线传播；左声波导管61的末端连接左电动扬声器51，左增强型传声器71安装在左声波导管61的上端，右声波导管62的末端连接右电动扬声器52，右增强型传声器72安装在右声波导管62的上端；左增强型传声器71和右增强型传声器72均封装在不锈钢套管中，可以有效防止炉膛9内飞灰由于自身重力而产生沉积，影响传声效果；左声波导管61、左电动扬声器51和左增强型传声器71之间，以及右声波导管62、右电动扬声器52和右增强型传声器72之间均通过螺纹连接，形成一体的声波收发器，便于组装、拆卸和更换；左电动扬声器51和右电动扬声器52均连接到功率放大器4，功率放大器4与接线盒3的输出端连接；左增强型传声器71和右增强型传声器72均连接到信号调理器8，信号调理器8与接线盒3的输入端连接，信号调理器8既具有对声信号滤波和放大的功能，还具有向传声器供电的功能；接线盒3通过与双通道数据采集卡2连接，双通道数据采集卡2具有两路输出和两路输入，分别对应左电动扬声器51和右电动扬声器52发生声波，左增强型传声器71和右增强型传声器72接收声波，并能够同时工作；双通道数据采集卡2通过USB线连接到采用笔记本电脑的电脑1，形成一套便携式测量系统。
声学测量烟气温度原理为：根据热力学原理和声波波动方程可以推到出声波在介质中的传播速度与介质的温度存在以下关系：
v＝f(γ，R，m，T)
其中，v表示声波在气体中的传播速度，γ表示气体的绝热指数，R表示气体的普适常数，m表示气体的分子量，T表示气体温度。因此，当知道了气体的绝热指数、普适常数和分子量，可以通过测量声波的速度计算气体温度。
所述装置的工作时，左电动扬声器51产生声信号，通过左声波导管61，一部分声信号被同侧的左增强型传声器71检测到，另一部分声信号通过炉腔9被对侧的右增强型传声器72检测到；右电动扬声器52产生声信号，通过右声波导管62，一部分声信号被同侧的右增强型传声器72检测到，另一部分声信号通过炉腔9被对侧的左增强型传声器71检测到；左增强型传声器71和右增强型传声器72将声信号转换为电压信号，并通过信号调理器8滤波和放大，经过接线盒3的输入端被双通道数据采集卡2得到；笔记本电脑1中的软件将两个通道的信号进行互相关分析，得出两个传声器之间的声波传播时间，由于两个传声器之间的距离固定并已知，进而计算出声波在两个传声器之间的传播速度，进而通过关系式v＝f(γ，R，m，T)，得到炉膛的烟气温度，在笔记本电脑的软件显示窗口给出温度值。

Claims (7)

1.一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，其特征在于，在炉膛(9)的两侧炉墙对称位置分别安装左声波导管(61)和右声波导管(62)；左声波导管(61)的末端连接左电动扬声器(51)，左声波导管(61)的上端连接左增强型传声器(71)；右声波导管(62)的末端连接右电动扬声器(52)，右声波导管(62)的上端连接右增强型传声器(72)；左电动扬声器(51)和右电动扬声器(52)均连接到功率放大器(4)，功率放大器(4)与接线盒(3)的输出端连接；左增强型传声器(71)和右增强型传声器(72)均连接到信号调理器(8)，信号调理器(8)与接线盒(3)的输入端连接；接线盒(3)通过与双通道数据采集卡(2)连接，双通道数据采集卡(2)通过USB线连接到电脑(1)。
2.根据权利要求1所述的一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，其特征在于，所述左声波导管(61)、左电动扬声器(51)和左增强型传声器(71)之间，以及右声波导管(62)、右电动扬声器(52)和右增强型传声器(72)之间均通过螺纹连接，形成一体的声波收发器，便于组装、拆卸和更换。
3.根据权利要求1所述的一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，其特征在于，所述左声波导管(61)和右声波导管(62)采用锥形喇叭，声阻在截止频率附近变化均匀，指向性强，便于声波的直线传播。
4.根据权利要求1所述的一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，其特征在于，所述左增强型传声器(71)和右增强型传声器(72)封装在不锈钢套管中，防止炉膛(9)内飞灰由于自身重力而产生沉积，影响传声效果。
5.根据权利要求1所述的一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，其特征在于，所述信号调理器(8)既具有对声信号滤波和放大的功能，还具有向传声器供电的功能。
6.根据权利要求1所述的一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，其特征在于，所述双通道数据采集卡(2)具有两路输出和两路输入，分别对应左电动扬声器(51)和右电动扬声器(52)发生声波，左增强型传声器(71)和右增强型传声器(72)接收声波，并能够同时工作。
7.根据权利要求1所述的一种利用声学测量炉膛烟气温度的装置，其特征在于，所述电脑(1)采用笔记本电脑，用USB线与双通道数据采集卡连接，形成一套便携式测量系统。
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