CN110006344A - 一种激光发射接收装置、炉内掉焦监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光发射接收装置，设置于锅炉底部，包括两层平行设置且间隔一定垂直距离的上层激光发射接收单元和下层激光发射接收单元，所述上层激光发射接收单元与下层激光发射接收单元分别包括若干只均匀设置的激光器，设置于相对墙壁的两只激光器分别测量激光器到锅炉内掉落焦块的水平距离。还公开了一种炉内掉焦监测系统和方法，可得到炉内掉落焦块的高度和水平位置，从而得知炉内结焦严重或是结大焦的位置，从而开展针对性的运行调整措施。可得到炉内整体的结焦掉焦状况，根据焦量的数量大小，反馈煤质情况，并根据焦量监测结果对排渣设备进行针对性的调整。

Description

一种激光发射接收装置、炉内掉焦监测系统和方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，尤其是一种激光发射接收装置、炉内掉焦监测系统和方法。

背景技术

随着我国电力工业和国民经济可持续发展的需要，风电、太阳能、核电等清洁能源大规模接入，火电装机容量严重过剩，越来越多的电厂不得不通过燃用经济煤种来降低发电成本，导致锅炉结焦问题日渐突出，严重影响机组的安全经济运行，加重了电厂运行及检修人员的工作负担。同时，随着近年来信息技术的发展，建设智慧电厂的意愿更加强烈，智慧电厂的基础是末端监测系统的完善，而结焦问题由于其发生在炉内高温环境中，对于炉内结焦的监测十分困难，目前技术人员只是通过火检信号与经验判断锅炉内部掉焦，判断掉落焦块偏向哪一面墙，目前并没有可靠的技术手段能够在热态运行过程中准确判断结焦的位置。因此，实现对炉内结焦的监测有助于提高机组运行的安全性和经济性，同时符合火电厂智能化的发展趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光发射接收装置、炉内掉焦监测系统和方法，可实现对掉焦位置、高度，以及掉焦大小和数量的全面监测。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种激光发射接收装置，设置于锅炉底部，包括两层平行设置且间隔一定垂直距离的上层激光发射接收单元和下层激光发射接收单元，所述上层激光发射接收单元与下层激光发射接收单元分别包括若干只均匀设置的激光器，设置于相对墙壁的两只激光器分别测量激光器到锅炉内掉落焦块的水平距离。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述上层激光发射接收单元包括均匀设置在锅炉底部炉墙A、炉墙B、炉墙C与炉墙D的激光器，所述下层激光发射接收单元包括均匀设置在锅炉底部炉墙A、炉墙B、炉墙C与炉墙D的激光器。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述上层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙A、炉墙B的激光器，所述下层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙C、炉墙D的激光器；所述炉墙A、炉墙B为一组相对的炉底墙壁；所述炉墙C、炉墙D为另一组相对的炉底墙壁。

结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述上层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙A、炉墙D的激光器，所述下层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙B、炉墙C的激光器；所述炉墙A、炉墙D为一组相邻墙壁；所述炉墙B、炉墙C为另一组相邻墙壁。

结合第一方面，在第一方面第四种可能的实现方式中，上层激光器发射接收单元设置于同一面墙的相邻激光器之间的间距为20cm-50cm；下层激光器发射接收单元设置于同一面墙的相邻激光器之间的间距为20cm-50cm。

结合第一方面，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述激光器设置于锅炉底部墙壁外侧，通过设置于锅炉底部墙壁的孔洞入射激光。

本发明第二方面提供了一种炉内掉焦监测系统，包括设置于锅炉底部的激光发射接收装置，还包括与激光发射装置电连接的信号处理单元，与信号处理单元电连接的显示终端。

本发明第三方面提供了一种炉内掉焦检测方法，包括：

相对设置的两个激光器分别测量激光器到掉落焦块的水平距离完成焦块水平位置参数测量：

式中：S₁-焦块某点距离墙面的距离，m；

c-光速，m/s；

t-激光发射到返回的时间；

上层激光器发射接收单元、下层激光器发射接收单元在焦块掉落过程中完成对焦块本身长度以及焦块掉落高度的计算：

t₂＝t₁+Δt₁

t₃＝t₂+Δt₂

t₄＝t₃+Δt₃

式中：

g-重力加速度，单位m/s²；

t₁-焦块刚刚接触到上层激光光线时的时刻，单位s；

t₂-焦块刚刚离开上层激光光线的时刻，单位s；

t₃-焦块刚刚接触到下层激光光线的时刻，单位s；

t₄-焦块刚刚离开下层激光光线的时刻，单位s；

Δt₁为焦块通过上层激光发射接收器时用时时间、Δt₂为焦块通过两层激光发射接收器中间距离用时时间、Δt₃为焦块通过下层激光发射接收器用时时间，单位为s。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、本发明通过本监测系统和方法，可得到炉内掉落焦块的高度和水平位置，从而得知炉内结焦严重或是结大焦的位置，从而开展针对性的运行调整措施。

2通过本系统的监测，可得到炉内整体的结焦掉焦状况，根据焦量的数量大小，反馈煤质情况，并根据焦量监测结果对排渣设备进行针对性的调整。

3本系统对炉内掉焦的监测，提供了一种炉内掉焦监测的方法，丰富了炉内燃烧状况的研究方法，对开展炉内燃烧、炉内气氛监测、运行调整、锅炉掺烧影响等一系列研究课题提供了一种研究方法。

附图说明

图1是激光发射接收装置实施例一结构示意图；

图2是炉膛截面上激光器布置测量原理图；

图3是激光发射接收装置实施例二结构示意图；

图4是激光发射接收装置实施例三结构示意图；

图5是炉内掉焦监测系统结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

实施例一

如图1所示，激光发射接收装置，设置于锅炉底部，包括两层平行设置且间隔一定垂直距离的上层激光发射接收单元和下层激光发射接收单元，上层激光发射接收单元与下层激光发射接收单元分别包括若干只均匀设置的激光器，设置于相对墙壁的两只激光器分别测量激光器到锅炉内掉落焦块的水平距离。激光器设置于锅炉底部墙壁外侧，通过设置于锅炉底部墙壁的孔洞入射激光。锅炉底部温度已经较低，但通过将激光器设置于锅炉底部墙壁外侧可进一步隔绝降低锅炉底部温度对激光器的影响。

本实施例中，上层激光发射接收单元包括均匀设置在锅炉底部炉墙A、炉墙B、炉墙C与炉墙D的激光器，下层激光发射接收单元包括均匀设置在锅炉底部炉墙A、炉墙B、炉墙C与炉墙D的激光器。

上层激光器发射接收单元设置于同一面墙的相邻激光器之间的间距为20cm-50cm；下层激光器发射接收单元设置于同一面墙的相邻激光器之间的间距为20cm-50cm，上层激光发射接收单元和下层激光发射接收单元能识别尺寸大于激光器设置间隔的掉落焦块，激光器设置间隔越小则识别精度越高，相应的需要同一面墙布置的激光器数量越多，成本越高，本实施例激光器按照20cm的间隔进行布置。

如图2所示，单个激光发射接收器a可测得炉墙A距离焦块的水平距离，与对侧的激光发射接收器b协同工作可确定该焦块在该直线方向上的宽度及水平位置。同理，通过发射接收器组成的激光网格可以确定焦块的水平位置及截面形状，在焦块的下落过程中完成对焦块的截面扫描，与下一层激光发射接收器配合可计算得知焦块本身的长度以及其下落的高度。

实施例二

如图3所示，上层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙A、炉墙B的激光器，下层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙C、炉墙D的激光器；炉墙A、炉墙B为一组相对的炉底墙壁；所述炉墙C、炉墙D为另一组相对的炉底墙壁。

实施例三

如图4所示，上层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙A、炉墙D的激光器，下层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙B、炉墙C的激光器；炉墙A、炉墙D为一组相邻墙壁；所述炉墙B、炉墙C为另一组相邻墙壁。

如图5所示，炉内掉焦监测系统，包括设置于锅炉底部的激光发射接收装置，还包括与激光发射装置电连接的信号处理单元，与信号处理单元电连接的显示终端。

激光发射接收器的间隔决定了可观测焦块的精度，布置间隔越小，可观测到的焦块越小。当焦块从炉膛上部掉落经过两层激光发射接收器时，发射接收器可测得焦块的截面参数及掉落的时间参数，经信号处理装置进一步计算得到焦块掉落的高度和焦块的长度。综合所有焦块信息，可得到炉内的整体掉焦数量等信息。所得结果经处理后由显示终端显示。模拟结果输出显示装置将信号处理装置计算得到的掉焦状态数据，包括位置、高度、大小、数量等输出显示，并可选择通过3维建模在空间坐标系中动态模拟掉焦情况。

炉内掉焦检测方法，包括：

相对设置的两个激光器分别测量激光器到掉落焦块的水平距离完成焦块水平位置参数测量：

式中：S₁-焦块某点距离墙面的距离，m；

c-光速，m/s；

t-激光发射到返回的时间；

上层激光器发射接收单元、下层激光器发射接收单元在焦块掉落过程中完成对焦块本身长度以及焦块掉落高度的计算：

t₂＝t₁+Δt₁

t₃＝t₂+Δt₂

t₄＝t₃+Δt₃

式中：

g-重力加速度，单位m/s²；

t₁-焦块刚刚接触到上层激光光线时的时刻，单位s；

t₂-焦块刚刚离开上层激光光线的时刻，单位s；

t₃-焦块刚刚接触到下层激光光线的时刻，单位s；

t₄-焦块刚刚离开下层激光光线的时刻，单位s；

Δt₁为焦块通过上层激光发射接收器时用时时间、Δt₂为焦块通过两层激光发射接收器中间距离用时时间、Δt₃为焦块通过下层激光发射接收器用时时间，单位为s。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种激光发射接收装置，其特征是，设置于锅炉底部，包括两层平行设置且间隔一定垂直距离的上层激光发射接收单元和下层激光发射接收单元，所述上层激光发射接收单元与下层激光发射接收单元分别包括若干只均匀设置的激光器，设置于相对墙壁的两只激光器分别测量激光器到锅炉内掉落焦块的水平距离。

2.如权利要求1所述的激光发射接收装置，其特征是，所述上层激光发射接收单元包括均匀设置在锅炉底部炉墙A、炉墙B、炉墙C与炉墙D的激光器，所述下层激光发射接收单元包括均匀设置在锅炉底部炉墙A、炉墙B、炉墙C与炉墙D的激光器。

3.如权利要求1所述的激光发射接收装置，其特征是，所述上层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙A、炉墙B的激光器，所述下层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙C、炉墙D的激光器；所述炉墙A、炉墙B为一组相对的炉底墙壁；所述炉墙C、炉墙D为另一组相对的炉底墙壁。

4.如权利要求1所述的激光发射接收装置，其特征是，所述上层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙A、炉墙D的激光器，所述下层激光发射接收单元包括均匀设置在炉墙B、炉墙C的激光器；所述炉墙A、炉墙D为一组相邻墙壁；所述炉墙B、炉墙C为另一组相邻墙壁。

5.如权利要求1至4任一项权利要求所述的激光发射接收装置，其特征是，上层激光器发射接收单元设置于同一面墙的相邻激光器之间的间距为20cm-50cm；下层激光器发射接收单元设置于同一面墙的相邻激光器之间的间距为20cm-50cm。

6.如权利要求1至4任一项权利要求所述的激光发射接收装置，其特征是，所述激光器设置于锅炉底部墙壁外侧，通过设置于锅炉底部墙壁的孔洞入射激光。

7.一种炉内掉焦监测系统，包括设置于锅炉底部的激光发射接收装置，其特征是，还包括与激光发射装置电连接的信号处理单元，与信号处理单元电连接的显示终端。

8.一种炉内掉焦检测方法，其特征是，包括：

相对设置的两个激光器分别测量激光器到掉落焦块的水平距离完成焦块水平位置参数测量：

式中：S₁-焦块某点距离墙面的距离，m；

c-光速，m/s；

t-激光发射到返回的时间；

上层激光器发射接收单元、下层激光器发射接收单元在焦块掉落过程中完成对焦块本身长度以及焦块掉落高度的计算：

t₂＝t₁+Δt₁

t₃＝t₂+Δt₂

t₄＝t₃+Δt₃

式中：

g-重力加速度，单位m/s²；

t₁-焦块刚刚接触到上层激光光线时的时刻，单位s；

t₂-焦块刚刚离开上层激光光线的时刻，单位s；

t₃-焦块刚刚接触到下层激光光线的时刻，单位s；

t₄-焦块刚刚离开下层激光光线的时刻，单位s；

Δt₁为焦块通过上层激光发射接收器时用时时间、Δt₂为焦块通过两层激光发射接收器中间距离用时时间、Δt₃为焦块通过下层激光发射接收器用时时间，单位为s。