CN102102870A - 基于声学测温的炉膛灰污分区段的在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃烧在线监测技术领域，特别涉及一种在线监测锅炉炉膛分区段灰污程度的在线监测装置。安装在炉膛四壁的声源收发传感器与信号调理器相连，数据采集卡采集信号调理器输出信号，信号输入到电子计算机，内置于电子计算机中炉膛分区段在线监测模块接收电厂DAS系统传输的相关数据，炉膛分区段在线监测模块将计算结果存入数据库中，数据库将相关数据传输到电厂DCS控制系统，供电厂运行人员参考。本发明有基于Delphi的软件系统和基于Matlab程序的计算模块，通过计算模块的计算和软件系统对结果的数据处理，将灰污系数传输到电厂DCS控制系统，将各区段的灰污程度量化，使各区段的灰污程度可视化。

Description

基于声学测温的炉膛灰污分区段的在线监测装置

技术领域

本发明属于燃烧在线监测技术领域，特别涉及一种基于声学测温的炉膛灰污分区段的在线监测装置。

背景技术

火力发电机组锅炉在正常运行，当燃料为固体燃料(如煤)或者含灰份的液体燃料，由高温烟气夹带的熔化或部分熔化的粘性颗粒碰撞在炉墙或受热面则造成结渣，而温度低于灰熔点的灰粒在受热面上沉积则造成积灰，一旦锅炉受热面形成积灰或者结渣，受热面的传热能力降低，工质吸热量减少，烟气侧温度升高，易形成高温腐蚀，影响锅炉的经济性，降低发电厂效率，严重则导致意外停炉，直接危及锅炉的运行安全。

为了能够有效地清除锅炉受热面的灰污，提高锅炉效率和降低排烟损失，各火力发电机组都配有吹灰器。但是，目前电厂大多采用定时定量的吹灰方式，此种方法常常使受热面吹灰过于频繁或者吹灰力度不够。吹灰过于频繁，不仅浪费吹灰所使用的工质，而且致使受热面机械疲劳和热疲劳加剧，受热面的寿命降低；吹灰力度不够，不仅会造成受热面灰污状况加剧，而且容易致使受热面形成难以清除掉渣层。虽然目前开发出一些在线监测受热面灰污状况的装置，但都是基于整体灰污状况的监测，例如炉膛内辐射受热面的灰污监测装置，倘若需要监测具体区段的灰污状况(如炉膛内主燃区)，则目前还缺少此项监测装置。

发明内容

本发明的目的在于解决炉膛分区段灰污状况的在线监测，进而提供一种能够实时在线监测炉膛分区段灰污状况的在线监测装置。

本发明采用的技术方案为：

安装在炉膛四壁的声源收发传感器与信号调理器相连，信号经放大与滤波输出至数据采集卡，数据采集卡与电子计算机通过USB接口连接，电厂DAS系统与炉膛分区段灰污在线监测模块连接；电子计算机与炉膛分区段灰污在线监测模块连接，且电子计算机的输出端与电厂DCS控制系统连接。

所述声源收发传感器为偶数个，对称安装在炉膛的同一个横截面上；各个声源收发传感器均向同一横截面内发送声波信号，同时接收来自同一横截面的各个声源收发传感器发出的声波信号。

所述炉膛分区段灰污在线监测模块通过电子计算机上由Matlab软件编辑的计算程序和由Delphi软件编辑的可视化软件进行数据的调用，对数据进行处理，将结果传输到电厂DCS控制系统。

电子计算机计算得到烟气侧温度传输到数据库，数据库提供给炉膛分区段灰污在线监测模块。电厂DAS系统的数据由数据传输线传输到炉膛分区段灰污在线监测模块，炉膛分区段灰污在线监测模块把监测结果传输到电厂DCS控制系统。

本发明的有益效果为：本发明炉膛分区段灰污在线监测模块是基于声学测温技术的在线监测模块，通过安装在锅炉炉膛二维平面声源收发传感器测量炉膛二维平面的温度场分布，利用热平衡的数学模型，将各区段的灰污程度量化，使各区段的灰污程度可视化。

附图说明

图1为本发明所述炉膛分区段灰污在线监测装置结构示意图。

图2本软件系统流程图。

图中标号：

1-炉膛；2-声源收发传感器；3-信号调理器；4-数据采集卡；5-电子计算机；6-炉膛分区段灰污在线监测模块；7-电厂DAS系统；8-电厂DCS控制系统。

具体实施方式

本发明提供了一种基于声学测温的炉膛灰污分区段的在线监测装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明所述的炉膛分区段灰污在线监测装置结构示意图，炉膛1四个壁面对称安装声源收发传感器2，信号由信号调理器3的放大和滤波，同时信号调理器3向声源收发传感器供电的功能，数据采集卡4采集信号调理器输出的信号，数据采集卡4通过USB接口连接到电子计算机5中。电厂DAS系统7中的相关数据通过数据线传输到炉膛分区段在线监测模块6，炉膛分区段在线监测模块6的结果存入数据库中，数据库时时将结果传输到电厂DCS控制系统8，因此形成炉膛分区段灰污在线监测模型。

声学测温原理为：根据热力学原理和声波波动方程可以推导出声波在介质中的传播速度与介质的温度存在以下关系：

c＝f(γ，R，m，T)

其中，c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。所以当气体绝热指数、普适常数和分子量为定值，则可以通过测量声波的速度计算气体温度。

声源收发传感器2按次序开启和关闭，采集到的声信号由传感器转换为电压信号，并有信号调理器3放大和滤波，数据采集卡4采集信号传输到电子计算机5中的软件，对声波间进行互相关分析，得出两个声源收发传感器之间的传播速度，而两个声源收发传感器的距离固定且为定值，通过关系式c＝f(γ，R，m，T)，得到炉膛的烟气温度场。

炉膛分区段在线监测模块基于热平衡原理，采用半经验公式，利用烟气侧温度倒推炉膛各个区段的热有效系数

由于

其中x为角系数，ζ为污染系数，而锅炉结构确定时，角系数为定值，则热有效系数能够表征炉膛的灰污状况。

本发明定义重新定义灰污系数为

η为灰污系数。由上式得出，当炉膛受热面清洁时，热有效系数

为1，灰污系数η为0；当炉膛受热面灰污时，热有效系数

小于1，灰污系数大于0，炉膛受热面灰污程度严重时，灰污系数越接近于1。

本发明软件系统程序流程如图2所示。数据采集系统包括信号采集及A/D转换，数据处理，数据显示，数据存储；每个采样周期开始计时器发出采集命令，采集声波信号转换电压信号，数据传输到电子计算机计算烟气温度，DAS相关数据、烟气温度传输到炉膛分区段灰污在线监测模块，计算各个区段的灰污系数，存入数据库，传输到电厂DCS控制系统，供电厂运行人员参考。

Claims (3)

1.一种基于声学测温的炉膛灰污分区段的在线监测装置，其特征在于，安装在炉膛(1)四壁的声源收发传感器(2)与信号调理器(3)相连，信号经放大与滤波输出至数据采集卡(4)，数据采集卡(4)与电子计算机(5)通过USB接口连接，电厂DAS系统(7)与炉膛分区段灰污在线监测模块(6)连接；电子计算机(5)与炉膛分区段灰污在线监测模块(6)连接，且电子计算机(5)的输出端与电厂DCS控制系统(8)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于声学测温的炉膛灰污分区段的在线监测装置，其特征在于，所述声源收发传感器(2)为偶数个，对称安装在炉膛(1)的同一个横截面上；各个声源收发传感器(2)均向同一横截面内发送声波信号，同时接收来自同一横截面的各个声源收发传感器(2)发出的声波信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于声学测温的炉膛灰污分区段的在线监测装置，其特征在于，所述炉膛分区段灰污在线监测模块通过电子计算机上由Matlab软件编辑的计算程序和由Delphi软件编辑的可视化软件进行数据的调用，对数据进行处理，将结果传输到电厂DCS控制系统。

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