CN102830245A - 一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统及监测方法 - Google Patents

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CN102830245A CN2012102915646A CN201210291564A CN102830245A CN 102830245 A CN102830245 A CN 102830245A CN 2012102915646 A CN2012102915646 A CN 2012102915646A CN 201210291564 A CN201210291564 A CN 201210291564A CN 102830245 A CN102830245 A CN 102830245A
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沈国清
安连锁
王博
许伟龙
张世平
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North China Electric Power University
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Abstract

本发明属于电站锅炉烟气监测领域，具体涉及一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统及监测方法。在烟气流动的炉膛一侧内壁上，每隔4-6米均匀设置一个测点，并在每个测点处安装一套监测装置；监测装置的结构为：由声波导管、声波发生装置和驻极体式传声器组成的声波收发器布置在测点处；声波发生装置连接到功率放大器，功率放大器与接线盒输出端连接；驻极体式传声器连接到信号调理器，信号调理器与接线盒的输入端连接；接线盒与双通道数据采集卡连接，双通道数据采集卡连接到工控机。采用多点采样，可以克服烟道气流不稳定，流速在烟道中分布不均使得烟气测量不准确的问题。不受炉内高温、腐蚀、多尘等恶劣环境的限制，真实反映炉内烟气流速，响应快，测量范围广。

Description

一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于电站锅炉烟气监测领域，具体涉及一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统及监测方法。 
背景技术
烟气作为一种比较特殊的介质，一般的温度范围在100~1300℃，特别情况下可能达到更高的温度。另外，烟气中一般会存在粉尘和酸性气体等，如何克服高温、高粉尘和酸性物质而保证烟气流速的在线监测，是一个十分困难的问题。 
目前大多数电站的CEMS系统中，对于烟气流速的检测方法主要有：皮托管差压法、热扩散/热导法和超声波法。 
皮托管差压法的工作原理为：通过测量压力来测量流速，操作时将测速管放置在烟道内中心位置，使管口与烟气流速方向垂直，测得该位置上的动压与静压之差，从而根据公式
Figure BDA0000201719351
  （ΔP为总压和静压之差，ρ为被测流体的密度） 计算出该点的流速。存在问题：为实现流速的测量，仪表需配备差压变送器，尤其是在小流速（10m/s）的测量，由于皮托管产生的压力很小，故对于低流速的测量，皮托管气体流量计有其自身的弊端：精度差，不能测低速烟气，经常堵塞。 
热扩散/热导法的工作原理为：2个RTD（电阻温度探测器）置于烟道中，一个被加热，一个感应过程温度，之间的温差与过程流速及过程介质的性质有关；温差在无流量状态下最大；随着流量的增加，被加热的RTD冷却，温差减小，从而根据温差大小计算出流速大小。存在问题：在高湿、高粉尘、高腐蚀的烟气容易对热丝造成损坏，烟道内滴落腐蚀性液体和泥浆也会影响身背的正常工作。 
超声波法的工作原理为：当超声波束在介质中传播时，介质的流动将传播时 间产生微小的变化，其传播时间的变化正比于介质的流速。存在问题：超声波衰减严重，无法在电站锅炉炉膛环境中应用。 
发明内容
为了克服现有的锅炉炉膛烟气流速在线监测装置精度不高，不能适应高温、腐蚀、多尘等恶劣环境的不足，本发明提供了一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统及监测方法。 
本发明所述监测系统采用的技术方案为： 
在烟气流动的炉膛一侧内壁上，每隔4-6米均匀设置一个测点，并在每个测点处安装一套监测装置； 
监测装置的结构为：由声波导管、声波发生装置和驻极体式传声器组成的声波收发器布置在测点处；声波发生装置连接到功率放大器，功率放大器与接线盒输出端连接；驻极体式传声器连接到信号调理器，信号调理器与接线盒的输入端连接；接线盒与双通道数据采集卡连接，双通道数据采集卡连接到工控机。 
本发明提供的基于上述监测系统的监测方法为：炉膛烟气通过在两个相邻声波收发器之间产生的声音信号，转换为电压信号，并通过信号调理器滤波和放大，经过接线盒的输入端被双通道数据采集卡得到；工控机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，可以得到：V1=α+v，V2=α-v，式中，V1、V2为烟气流过相邻两测点间声音传播的速度；α为声音传播的速度，m/s；v为两测点间烟气的流速； 
即可得到
Figure BDA0000201719352
 ，并在电脑的软件显示窗口给出。 
本发明的有益效果为：利用声波在炉膛烟气中传播速度的变化，来计算炉膛烟气流速。本发明采用多点采样，可以克服烟道气流不稳定，流速在烟道中 分布不均使得烟气测量不准确的问题。不受炉内高温、腐蚀、多尘等恶劣环境的限制，真实反映炉内烟气流速，响应快，测量范围广 
附图说明
图1为炉膛烟气流速监测系统示意图。 
图2为炉膛烟气流速在线监测系统布置图。 
图中标号： 
10-声波收发器；11-工控机；12-数据采集卡；13-接线盒；14-功率放大器； 15-声波发生装置；16-声波导管；17-特制驻极体式传声器；18-信号调理器；19-锅炉炉膛。 
具体实施方式
本发明提供了一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统及监测方法，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为炉膛烟气流速监测系统示意图。在烟气流动的炉膛19一侧内壁上，每隔4-6米均匀设置一个测点，并在每个测点处安装一套监测装置；监测装置的结构为：由声波导管16、声波发生装置15和驻极体式传声器17组成的声波收发器10布置在测点处；声波发生装置15连接到功率放大器14，功率放大器14与接线盒13输出端连接；驻极体式传声器17连接到信号调理器18，信号调理器18与接线盒13的输入端连接；接线盒13与双通道数据采集卡12连接，双通道数据采集卡12连接到工控机11。 
系统工作时，炉膛烟气通过在两个相邻声波收发器10之间产生的声音信号，转换为电压信号，并通过信号调理器18滤波和放大，经过接线盒13的输入端被双通道数据采集卡12得到；工控机11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，可以得到：V1=α+v，V2=α-v，式中，V1、V2为烟气流过相邻两测点间声音传播的速度；α为声音传播的速度，m/s；v为两测点间烟气的流速； 
即可得到
Figure BDA0000201719353
 ，并在电脑的软件显示窗口给出。 

Claims (2)

1.一种基于声学的锅炉炉膛烟气流速监测系统，其特征在于，在烟气流动的炉膛（19）一侧内壁上，每隔4-6米均匀设置一个测点，并在每个测点处安装一套监测装置；
监测装置的结构为：由声波导管（16）、声波发生装置（15）和驻极体式传声器（17）组成的声波收发器（10）布置在测点处；声波发生装置（15）连接到功率放大器（14），功率放大器（14）与接线盒（13）输出端连接；驻极体式传声器（17）连接到信号调理器（18），信号调理器（18）与接线盒（13）的输入端连接；接线盒（13）与双通道数据采集卡（12）连接，双通道数据采集卡（12）连接到工控机（11）。
2.一种基于权利要求1所述锅炉炉膛烟气流速监测系统的监测方法，其特征在于，炉膛烟气通过在两个相邻声波收发器（10）之间产生的声音信号，转换为电压信号，并通过信号调理器（18）滤波和放大，经过接线盒（13）的输入端被双通道数据采集卡（12）得到；工控机（11）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，可以得到：V1=α+v，V2=α-v，式中，V1、V2为烟气流过相邻两测点间声音传播的速度；α为声音传播的速度，m/s；v为两测点间烟气的流速；
即可得到
Figure FDA0000201719341
，并在电脑的软件显示窗口给出。
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