CN106482826B - 一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法 - Google Patents

一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法，包括：在锅炉炉膛各位置的监测点安装加速度传感器采集锅炉炉膛的壁面振动信号；在锅炉炉膛各位置的监测点安装音频传感器和气体压力传感器采集锅炉炉膛内部的气体压力振动信号；分析壁面振动信号和气体压力振动信号，得到振动的频率和振幅；通过比较锅炉炉膛不同位置振动信号的振幅强弱和频率来确定锅炉炉膛燃烧振动发生的主要位置；通过比较加速度传感器、音频传感器以及气体压力传感器的信号幅值和频率判断油气锅炉炉膛的振动形式。

Description

一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法
技术领域
本发明涉及锅炉炉膛的振动检测，尤其是涉及一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法。
背景技术
随着燃油燃气锅炉设备和锅炉单机容量的不断增长，由于油气燃烧速度快，燃烧器-炉膛系统中容易发生燃烧不稳定引起的炉膛燃烧振动。
当油气锅炉炉膛发生燃烧振动后会对燃烧器和炉膛产生很大的破坏性，严重影响锅炉的安全运行及使用寿命。
但是对于燃烧不稳定引起的振动的机理研究尚不完全清楚，不同的锅炉结构和燃烧方式的安排都会对燃烧不稳定产生影响，因此需要通过在锅炉炉膛的不同位置安装传感器来获得锅炉炉膛振动的信号以监测和分析锅炉炉膛振动的主要原因。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法，通过在锅炉炉膛的不同位置安装传感器，并分析传感器得到的振动信号，来确定锅炉炉膛燃烧振动发生的主要位置以及振动的主要形式。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法，包括：
在锅炉炉膛各位置的监测点安装加速度传感器采集锅炉炉膛的壁面振动信号；
在锅炉炉膛各位置的监测点安装音频传感器和气体压力传感器采集锅炉炉膛内部的气体压力振动信号；
分析壁面振动信号和气体压力振动信号，得到振动的频率和振幅；
通过比较锅炉炉膛不同位置振动信号的振幅强弱和频率来确定锅炉炉膛燃烧振动发生的主要位置；
通过比较加速度传感器、音频传感器以及气体压力传感器的信号幅值和频率判断油气锅炉炉膛的振动形式。
本发明中通过设置在各监测点的加速度传感器、音频传感器和气体压力传感器采集振动信号。监测点传感器的安装需要考虑不同位置是否可以开孔、安装难度以及测量参数的要求。然后根据不同位置监测点的振幅强弱和频率来确定锅炉炉膛燃烧振动发生的主要位置，进一步的，可通过各振动信号的幅值和频率判断油气锅炉炉膛的振动形式。
本发明中，油气锅炉内安装气体压力传感器的监测点包括空气预热器旁路风道、炉膛不同位置观火孔、再循环风机入口烟道、重油管道和雾化蒸汽管道。
本发明中，油气锅炉内同时安装加速度传感器和气体压力传感器的监测点包括空气预热器出口风道、预热器冷风旁路和风箱混合处、再循环烟道挡板后、燃烧器端部面板、省煤器出口烟道、再循环风机出口烟道、高再出口位置侧墙水冷壁、高过出口位置侧墙水冷壁和燃尽风入口风道。
本发明中，油气锅炉内安装音频传感器的监测点包括燃烧器和燃尽风入口风道、炉膛不同位置观火孔，用于测量炉膛和燃烧器内的气体压力。
进一步的，对所述的壁面振动信号和气体压力振动信号通过傅里叶变换处理，得到振动的频率和振幅。
本发明中主要的振动形式包括振动形式和结构共振。通常锅炉振动为结构振动，在燃烧热释放率和燃烧室内的压力耦合时则发生热声振动。当发生热声振荡时，锅炉炉膛会产生剧烈振动，并伴随很大的压力波动。
进一步的，所述的振动形式为热声振动时：炉膛不同位置观火孔得到的气体压力振动信号经过傅里叶变换分析后出现某一主频峰值，其幅值大于锅炉正常运行时的炉膛压力，如图6。而位于空气预热器出口风道、预热器冷风旁路和风箱混合处、再循环烟道挡板后、燃烧器端部面板、省煤器出口烟道、再循环风机出口烟道、高再出口位置侧墙水冷壁、高过出口位置侧墙水冷壁和燃尽风入口风道的气体压力没有明显振动主频，振动幅值和该位置平均压力接近，同时壁面也无振动主频。
进一步的，所述的振动形式为结构共振时：炉膛不同位置观火孔得到的气体压力振动信号无明显主峰，且幅值处于正常范围，如图7；而位于空气预热器出口风道、预热器冷风旁路和风箱混合处、再循环烟道挡板后、燃烧器端部面板、省煤器出口烟道、再循环风机出口烟道、高再出口位置侧墙水冷壁、高过出口位置侧墙水冷壁和燃尽风入口风道的壁面振动则出现振动主频，且幅值较大，可达平均值的2-3倍。
本发明中，监测固体壁面振动的加速度传感器采用粘结或焊接在钢结构上，安装有音频传感器的位置点处设置有波导管，安装有气体压力传感器的位置点处设置有压力引出管，减少反射波干扰。
本发明通过在锅炉炉膛不同位置的安装加速度传感器、音频传感器以及气体压力传感器，并分析传感器得到的振动信号，来确定锅炉炉膛燃烧振动发生的主要位置以及振动的主要形式。
附图说明
图1是本发明实施例的油气锅炉振动的测点布置示意图。
图2是本发明实施例的油气锅炉振动的测量方法的流程图。
图3是图2中加速度传感器的安装简图，图中：31为锅炉壁面、32为加速度传感器、33为第一数据连接线。
图4是图2中音频传感器的安装简图，图中：31为锅炉壁面、34为音频传感器、35为波导管、36为第二数据连接线。
图5是图2中气体压力传感器的安装简图，图中：31为锅炉壁面、37为气体压力传感器、38为压力引出管、39为第三数据连接线。
图6是油气锅炉发生振动时利用本发明测试方法测量所得到的压力信号结果。
图7是经过改造后油气锅炉振动消除时利用本发明测试方法测量所得到的压力信号结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的多信号融合测量诊断方法作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中油气锅炉炉膛内的监测点布置包括：燃油雾化系统测点4，燃烧器入口测点2，燃烧器之间的测点3，炉膛测点1，省煤器烟道测点5，再循环烟气系统测点7和预热器测点6。
如图2所示，本实施例中在油气锅炉炉膛不同位置设置加速度传感器、音频传感器和气体压力传感器，其中加速度传感器用于得到锅炉的壁面振动信号，音频传感器和气体压力传感器用于得到锅炉内部的气体压力振动信号。
本实例中，同时安装加速度传感器和气体压力传感器的监测点有空气预热器出口风道、预热器冷风旁路和风箱混合处、再循环烟道挡板后、燃烧器端部面板、省煤器出口烟道、再循环风机出口烟道、高再出口位置侧墙水冷壁、高过出口位置侧墙水冷壁和燃尽风入口风道。
如图3所示，加速器传感器32粘结或焊接在钢结构(锅炉壁面31)上，所测得的壁面振动信号通过第一数据连接线33连接到电脑。加速度传感器量程：+10g，线性误差：1.5％，供电：12VDC，输出：1～5V，灵敏度：4.200±50mV/g，响应频率：0～2500HZ，使用温度：-10～80℃，防护等级：IP67。
如图4所示，音频传感器34需要安装波导管35，所测得的音频信号通过第二数据连接线36连接到电脑。音频传感器供电电压：±12V，量程：20Hz-18KHz，检测范围：8-12米半球空间，输出电压：±5VAC，麦克风灵敏度：-42±3dB，防护等级：IP56，工作温度：-40-85℃，工作相对湿度：10-95％RH。
另外，仅安装音频传感器的监测点有燃烧器和燃尽风入口风道、炉膛不同位置观火孔。仅安装气体压力传感器的监测点有空气预热器旁路风道、炉膛不同位置观火孔、再循环风机入口烟道、重油管道和雾化蒸汽管道。
如图5所示，气体压力传感器37需要安装压力引出管38，管长大于1m。所测得的气体压力信号通过第三数据连接线39连接到电脑。气体压力传感器量程：-1KPa-10Kpa，分辨率：3Pa，频率响应：0-1KHz，输出：1V～5V，工作电压：DC24V，工作温度：-20-80℃，介质温度：-40-110℃，防护等级：IP67。
利用布置在不同位置监测点的传感器在线实时采集得到的振动信号，包括壁面振动信号和气体压力振动信号，经傅里叶分析得到振动的频率和振幅，通过比较不同位置振动信号的振幅强弱和频率来确定锅炉振动发生的主要位置，进一步的，通过比较信号的幅值和频率判断油气锅炉炉膛的振动形式。
如图6所示为锅炉炉膛发生热声振动时，利用本发明测试方法测量所得到的压力信号，其结果有明显的压力主频和峰值。压力幅值可达2500-3000Pa，主频在40Hz左右。而经过改造后的炉膛气体压力幅值减小为1000Pa左右，消除了剧烈的热声振动，如图7所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于油气锅炉燃烧振动的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，包括：
在锅炉炉膛各位置的监测点安装加速度传感器采集锅炉炉膛的壁面振动信号；
在锅炉炉膛各位置的监测点安装音频传感器和气体压力传感器采集锅炉炉膛内部的气体压力振动信号；
分析壁面振动信号和气体压力振动信号，得到振动的频率和振幅；
通过比较锅炉炉膛不同位置振动信号的振幅强弱和频率来确定锅炉炉膛燃烧振动发生的主要位置；
通过比较加速度传感器、音频传感器以及气体压力传感器的信号幅值和频率判断油气锅炉炉膛的振动形式。
2.如权利要求1所述的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，油气锅炉内安装气体压力传感器的监测点包括空气预热器旁路风道、炉膛不同位置观火孔、再循环风机入口烟道、重油管道和雾化蒸汽管道。
3.如权利要求2所述的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，油气锅炉内同时安装加速度传感器和气体压力传感器的监测点包括空气预热器出口风道、预热器冷风旁路和风箱混合处、再循环烟道挡板后、燃烧器端部面板、省煤器出口烟道、再循环风机出口烟道、高再出口位置侧墙水冷壁、高过出口位置侧墙水冷壁和燃尽风入口风道。
4.如权利要求3所述的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，油气锅炉内安装音频传感器的监测点包括燃烧器和燃尽风入口风道、炉膛不同位置观火孔。
5.如权利要求1～4任一项所述的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，对所述的壁面振动信号和气体压力振动信号通过傅里叶变换处理，得到振动的频率和振幅。
6.如权利要求5所述的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，所述的振动形式为热声振动时：炉膛不同位置观火孔得到的气体压力振动信号经过傅里叶变换分析后出现某一主频峰值其幅值大于锅炉正常运行时的炉膛压力；而位于空气预热器出口风道、预热器冷风旁路和风箱混合处、再循环烟道挡板后、燃烧器端部面板、省煤器出口烟道、再循环风机出口烟道、高再出口位置侧墙水冷壁、高过出口位置侧墙水冷壁和燃尽风入口风道的气体压力没有明显振动主频，振动幅值和该位置平均压力接近，同时壁面也无振动主频。
7.如权利要求5所述的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，所述的振动形式为结构共振时：炉膛不同位置观火孔得到的气体压力振动信号无明显主峰，且幅值处于正常范围；而位于空气预热器出口风道、预热器冷风旁路和风箱混合处、再循环烟道挡板后、燃烧器端部面板、省煤器出口烟道、再循环风机出口烟道、高再出口位置侧墙水冷壁、高过出口位置侧墙水冷壁和燃尽风入口风道的壁面振动则出现振动主频，且幅值较大。
8.如权利要求1所述的多信号融合测量诊断方法，其特征在于，安装有音频传感器的位置点处设置有波导管，安装有气体压力传感器的位置点处设置有压力引出管。
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