CN110836732A - 一种炉膛烟气温度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于火力发电技术领域，具体地说，涉及一种炉膛烟气温度测量装置。所述炉膛烟气温度测量装置包括测温系统和数据处理系统，所述的测温系统包括测温球和发射装置，发射装置将测温球发射进炉膛内运动；测温球将自身的运动信号和实时测量的炉膛内各位点的烟气温度信号发送至数据处理系统，数据处理系统处理后得到炉膛烟气温度分布信息。本发明的炉膛烟气温度测量装置可以精准、有效地检测大尺寸炉膛的内部烟气温度，不受炉膛内的高温限制。本发明还涉及一种炉膛烟气温度测量方法。

Description

一种炉膛烟气温度测量装置及方法
技术领域
本发明属于火力发电技术领域，具体地说，涉及一种炉膛烟气温度测量装置及方法。
背景技术
炉膛温度是反应锅炉燃烧过程的重要参数，要保证电站锅炉良好运行，炉膛内的燃烧火焰分布必须合理稳定。锅炉效率、炉膛结焦、炉管爆破以及NOx生成等问题都与炉膛内的温度场有关，因而精确测量炉膛内的温度场对于诊断锅炉运行情况具有重要意义。
目前，电厂锅炉炉膛温度主要是利用烟温探针和红外测温仪进行测量。其中，烟温探针主要是在锅炉启动时对炉膛温度进行测量，且只能测量700℃以下烟气温度，当温度超过这一限值时烟温探针必须收回。而红外测温仪不能有效测量大尺寸炉膛内部的火焰温度分布，且误差较大。
现有技术无法实时地反应炉膛内的真实烟气温度。因此，有必要研发一种可以有效反应炉膛内部的高温烟气温度分布状况的测量装置。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种炉膛烟气温度测量装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种炉膛烟气温度测量装置包括测温系统和数据处理系统，所述的测温系统包括测温球和发射装置，发射装置将测温球发射进炉膛内运动；测温球将自身的运动信号和实时测量的炉膛内各位点的烟气温度信号发送至数据处理系统，数据处理系统处理后得到炉膛烟气温度分布信息。
作为本发明的一种实施方式，测温球内设有热电偶、信号处理器、加速度传感器，无线信号发射器和电磁信号接收器；
电磁信号接收器接收发射装置发送的工作信号以控制测温球开始工作，热电偶测量炉膛内的烟气温度、加速度传感器检测测温球的加速度并分别将温度信号、加速度信号传送至信号处理器进行处理，通过无线信号发射器传送至数据处理系统。
作为本发明的一种实施方式，所述的数据处理系统包括测速传感器、无线信号接收器、模/数转换器和数据处理计算机，测速传感器测量测温球进入炉膛的初速度，无线信号接收器接收信号处理器处理后的温度信号和加速度信号，通过模/数转换器转化成数字信号传送至数据处理计算机。
作为本发明的一种实施方式，信号处理器、加速度传感器、无线信号发射器和电磁信号接收器集成于同一芯片。
作为本发明的一种实施方式，热电偶的温度测点布置于测温球的表面。
优选地，温度测点沿测温球的不同球径方向均匀地设置成多组测温圈。
测温球的表面设有高温隔热的包裹材料，优选地，包裹材料为陶瓷纤维隔热材料。
作为本发明的一种实施方式，发射装置包括气泵、截止阀、发射枪管和触发线圈，气泵产生高压空气以推动测温球由发射枪管射入炉膛，触发线圈向测温球发送工作信号，截止阀设于气泵出口和发射枪管之间部位以控制测温球的发射。
作为本发明的一种实施方式，发射枪管上设有红外测点，测速传感器通过红外测点测量测温球进入炉膛的初始速度。
作为本发明的一种实施方式，测温球内设有电池，电磁信号接收器接收触发线圈发送的工作信号，测温球经电池供电并开始工作。
本发明还提供一种采用上述的任意一种炉膛烟气温度测量装置的炉膛烟气温度测量方法。
作为本发明的一种实施方式，炉膛烟气温度测量方法包括下列步骤：
S1，测量测温球进入炉膛的初速度、在炉膛内运动的加速度，令测温球在炉膛内运动一定时间并实时测量各位点的烟气温度；
S2，根据得到的测温球的初速度和加速度信息，积分计算一定时间内测温球在炉膛内的运动轨迹，将一定时间内运动轨迹与炉膛内部各位点的烟气温度信息结合，得到炉膛内的烟气温度分布信息。进一步地，还包括下列步骤：
S3，改变测温球进入炉膛的初速度的方向或/和在炉膛内的运动时间，重复步骤S1和S2，得到炉膛内的烟气温度分布的信息库。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的炉膛烟气温度测量装置可以精准、有效地检测大尺寸炉膛的内部烟气温度，应用广泛，不会受到锅炉内的高温限制，可以应用于温度高达1400℃烟气的温度测量。本发明的炉膛烟气温度测量装置结构简单，测量误差小，能够实时测量炉膛内部的多位点温度，能更真实地反应炉膛内的火焰温度。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明所述炉膛烟气温度测量装置的示意图；
图2是本发明所述测温球的结构示意图；
图3是本发明所述炉膛烟气温度测量方法的流程示意图。
图中标注：101-气泵、102-截止阀、103-发射枪管、104-测温球、105-触发线圈、201-数据处理计算机、202-模/数转换器、203-无线信号接收器、204-测速传感器、205-红外测点、401-热电偶、402-信号处理器、403-加速度传感器、404-无线信号发射器、405-电磁信号接收器、406-电池、407-包裹材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种炉膛烟气温度测量装置，如图1所示，包括测温系统1和数据处理系统2，所述的测温系统1包括测温球104和发射装置，发射装置将测温球104发射进炉膛内运动；测温球104将自身的运动信号和实时测量的炉膛内各位点的烟气温度信号发送至数据处理系统2，数据处理系统2处理后得到炉膛烟气温度分布信息。
如图2所示，测温球104内设有热电偶401、信号处理器402、加速度传感器403，无线信号发射器404和电磁信号接收器405。
电磁信号接收器405接收发射装置发送的工作信号以控制测温球104开始工作，热电偶401测量炉膛内的烟气温度、加速度传感器403检测测温球104的加速度并分别将温度信号、加速度信号传送至信号处理器402进行处理，通过无线信号发射器404传送至数据处理系统2。
所述的数据处理系统2包括测速传感器204、无线信号接收器203、模/数转换器202和数据处理计算机201。
测速传感器204测量测温球104进入炉膛的初速度，无线信号接收器203接收信号处理器402处理后的温度信号和加速度信号，通过模/数转换器202转化成数字信号传送至数据处理计算机201。
信号处理器402、加速度传感器403、无线信号发射器404和电磁信号接收器405集成于同一芯片。
热电偶401的温度测点布置于测温球104的表面。
优选地，温度测点沿测温球104的不同球径方向均匀地设置成多组测温圈。
测温球104的表面设有高温隔热的包裹材料407，作为优选地，包裹材料407为陶瓷纤维隔热材料。
本发明的热电偶401采用耐高温材料制备而成，可以在高达1400℃的高温下工作一定时间。
高温隔热的包裹材料407保护测温球104内部的组件，使其在炉膛内能够正常工作一定时间。陶瓷纤维隔热材料具有耐高温隔热特性，可以使测温球104在1400℃的高温下工作一定时间。
如图1所示，发射装置包括气泵101、截止阀102、发射枪管103和触发线圈105，气泵101产生高压空气以推动测温球104由发射枪管103射入炉膛，触发线圈105向测温球104发送工作信号，截止阀102设于气泵101出口和发射枪管103之间部位以控制测温球104的发射。
如果错误发射测温球104，可以通过截止阀102进行紧急强制阻止发射。
发射枪管103上设有红外测点205，测速传感器204通过红外测点205测量测温球104进入炉膛的初始速度。
测温球104内设有电池406，电磁信号接收器405接收触发线圈105发送的工作信号，测温球104经电池406供电并开始工作。
下面具体地介绍本发明的炉膛烟气温度测量装置的一种工作过程：
当截止阀102打开时，气泵101产生的高压空气推动测温球104以一定的初始速度运动，并由发射枪管103经观火孔射入炉膛内部。在测温球104进入炉膛前，测速传感器204通过布置在发射枪管103上的红外测点205计算出测温球104的初速度，测温球104内部设有能接收外部电磁信号的电磁信号接收器405，当其接收到触发线圈105发出的电磁信号后，电池406开始为测温球104供电，令测温球104进入炉膛并开始工作，耐高温热电偶401所测量的烟气温度信号、加速度传感器403所测量的测温球104的运动加速度信号传递至信号处理器402，无线信号发射器404将烟气温度信号和加速度信号发射至炉膛外的无线信号接收器203，测温球104的初始速度和加速度信号以及所测的温度信号由模/数转换器202转换为数字信号后，由RS-232数据端口送入数据处理计算机201。
本发明还提供一种采用以上所述的炉膛烟气温度测量装置的炉膛烟气温度测量方法。
作为一种具体的实施方式，所述的炉膛烟气温度测量方法包括下列步骤：
S1，测量测温球104进入炉膛的初速度、在炉膛内运动的加速度，令测温球104在炉膛内运动一定时间并测量各运动位点的烟气温度；
S2，根据得到的测温球104的初速度和加速度信息，积分计算一定时间内测温球104在炉膛内的运动轨迹，将一定时间内运动轨迹与炉膛内部的烟气温度信息结合，得到炉膛内的烟气温度分布信息。
下面结合本发明的炉膛烟气温度测量方法的一个具体应用案例进行说明。
该案例采用的炉膛烟气温度测量装置见图1，待测量锅炉的炉膛垂直设置，发射枪管103相对于炉膛水平设置并且经观火孔射与炉膛连通，测温球104放置于水平的发射枪管103内。气泵101的出口依次经水平管道、截止阀102与发射枪管103连接。气泵101产生的高压空气水平喷射，使测温球104获得水平方向的初速度并进入炉膛。在测温球104即将进入炉膛前，测速传感器204通过布置在发射枪管103上的红外测点205测算出测温球104的初速度。
测温球104进入炉膛后，在垂直方向上受到重力和气流作用力，具有垂直方向上的加速度，测温球104在炉膛内做抛物线运动。加速度传感器403测量测温球104的运动加速度并传递至信号处理器402。测温球104在炉膛内运动一定时间，耐高温热电偶401实时测量多个时间点对应的多个空间位点的烟气温度信号并传递至信号处理器402。
无线信号发射器404将烟气温度信号和加速度信号发射至炉膛外的无线信号接收器203，测温球104的初始速度和加速度信号以及所测的温度信号由模/数转换器202转换为数字信号后，由RS-232数据端口送入数据处理计算机201；数据处理计算机201进行如下处理：
根据测温球104的初速度、加速度信号，对一定时间进行积分计算，得到测温球104的运动轨迹；所述的运动轨迹上的位点对应于一个时间点，该时间点又对应于一个炉膛温度，在一定时间内，将测温球104的运动轨迹与烟气温度信息进行结合，即可得到炉膛内的烟气温度分布信息。
实施例2
一种炉膛烟气温度测量装置，如图1所示，包括测温系统1和数据处理系统2，所述的测温系统1包括测温球104和发射装置，发射装置发射测温球104，令其进入炉膛内运动；
所述的数据处理系统2包括测速传感器204、无线信号接收器203、模/数转换器202和数据处理计算机201；
测温球104将自身的运动信号和实时测量的炉膛内各位点的烟气温度信号发送至数据处理系统2，数据处理系统2处理后得到炉膛烟气温度分布信息。
发射装置给测温球104一进入炉膛初始速度，并能够触发测温球104使其在炉膛中开始工作。
数据处理系统2接收测温球104的初速度信号、加速度信号以及测温球104在炉膛内实时测量的温度信号，并对接收到的信号进行处理。
如图2所示，测温球104内设有耐高温热电偶401、信号处理器402、加速度传感器403，无线信号发射器404和电磁信号接收器405。
信号处理器402、加速度传感器403、无线信号发射器404和电磁信号接收器405集成于同一芯片。
耐高温热电偶401测量炉膛内的烟气温度，加速度传感器403测量测温球104在炉膛内的运动加速度，信号处理器402接收并处理测量得到的烟气温度和运动加速度信号，然后经无线信号发射器404将所述信号发射至炉膛外的数据处理系统2。
测温球104内还设有供电装置，为其内部的各组件供电。所述的供电装置可以是单独设置的电池，或者是与测温球104一体化的电池。所述的供电装置可以是干电池、蓄电池或锂电池。
耐高温热电偶401的温度测点布置于测温球104的表面。
测温球104的表面设有高温隔热的包裹材料407，优选地，包裹材料407为陶瓷纤维隔热材料。
高温隔热的包裹材料407保护测温球104内部的组件，使其在炉膛内能够正常工作一定时间。陶瓷纤维隔热材料具有耐高温隔热特性，可以使测温球104在1400℃的高温下工作一定时间。
发射装置包括气泵101、截止阀102、发射枪管103和触发线圈105，气泵101产生高压空气以推动测温球104由发射枪管103射入炉膛，触发线圈105向测温球104发送工作信号。
截止阀102可以防止发射装置错误发射测温球104，提高整个测温装置的运行可靠性，触发线圈105产生的电磁信号可以方便地控制测温球104工作。
发射枪管103上设有红外测点205，测速传感器204通过红外测点205来获取测温球104进入炉膛的初始速度。
测温球104内设有电池406，电磁信号接收器405接收触发线圈105发送的工作信号，测温球104经电池406供电并开始工作。
下面具体地介绍本发明的炉膛烟气温度测量装置的一种工作过程：
当截止阀102打开时，气泵101产生的高压空气推动测温球104以一定的初始速度运动，并由发射枪管103经观火孔射入炉膛内部。在测温球104进入炉膛前，测速传感器204通过布置在发射枪管103上的红外测点205计算出测温球104的初速度，测温球104内部设有能接收外部电磁信号的电磁信号接收器405，当其接收到触发线圈105发出的电磁信号后，电池406开始为测温球104供电，令测温球104进入炉膛并开始工作，耐高温热电偶401所测量的烟气温度信号、加速度传感器403所测量的测温球104的运动加速度信号传递至信号处理器402，无线信号发射器404将烟气温度信号和加速度信号发射至炉膛外的无线信号接收器203，测温球104的初始速度和加速度信号以及所测的温度信号由模/数转换器202转换为数字信号后，由RS-232数据端口送入数据处理计算机201。
本发明还提供一种炉膛烟气温度测量方法，其采用以上所述的炉膛烟气温度测量装置。
如图3所示，是本发明所述炉膛烟气温度测量方法的一种流程。
作为本发明的一种具体实施方式，该炉膛烟气温度测量方法包括下列步骤：
S1，测量测温球进入炉膛的初速度、在炉膛内运动的加速度信息，利用测温球测量炉膛内部的温度信息；
S2，处理得到的初速度和加速度信息，计算得到测温球在炉膛内的运动轨迹，将运动轨迹与测量的温度信息结合，得到炉膛内的烟气温度分布信息。
实施例3
本实施例是对实施例1技术方案的进一步优化或限制。
S1，测量测温球104进入炉膛的初速度、在炉膛内运动的加速度，令测温球104在炉膛内运动一定时间并实时测量各位点的烟气温度；
S2，根据得到的测温球104的初速度和加速度信息，积分计算一定时间内测温球104在炉膛内的运动轨迹，将一定时间内运动轨迹与炉膛内各位点的烟气温度信息结合，得到炉膛内的烟气温度分布信息；
S3，改变测温球104进入炉膛的初速度的方向或/和在炉膛内的运动时间，重复步骤S1和S2，得到炉膛内的烟气温度分布的信息库。
所述的发射枪管103的设置位置能调节或/和气泵101的产生的高压气体的喷射角度能调节，从而使测温球104在炉膛内有多种不同的运动轨迹，不同的运动轨迹可以对应检测不同空间位置的烟气温度信息，测量炉膛内的多个部位，扩大烟气温度的检测范围，得到炉膛内的烟气温度分布的信息库，便于全面地了解炉膛内的烟气温度分布情况，更真实可靠。
实施例4
本实施例是对实施例1-3任一技术方案的进一步优化或限制。
测温球104内设置的供电装置为蓄电池，测温球104的壳体即蓄电池的壳体，蓄电池与测温球104一体化设计，蓄电池可以充电，其充电端口设置于测温球104外表面。
当炉膛烟气温度测量装置不需要运行时，可以将测温球104取出充电，充电后继续使用，方便环保。而且精简了测温球104的整体结构，利于其在炉膛内灵活地运动，从而获得更全面的烟气温度信息。
实施例5
本实施例是对实施例1-4任一技术方案的进一步优化或限制。
耐高温热电偶401的温度测点沿测温球104的不同球径方向均匀地分布，形成多组测温圈，信号处理器402接受各个温度测点所获取的温度信息后进行，计算统计平均值并将结果经无线信号发射器404将所述信号发射至炉膛外的数据处理系统2。
这样更快速准确地测量炉膛内的烟气温度，真正反映烟气的实际温度。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：包括测温系统(1)和数据处理系统(2)，所述的测温系统(1)包括测温球(104)和发射装置，发射装置将测温球(104)发射进炉膛内运动；测温球(104)将自身的运动信号和实时测量的炉膛内各位点的烟气温度信号发送至数据处理系统(2)，数据处理系统(2)处理后得到炉膛烟气温度分布信息。
2.根据权利要求1的炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：测温球(104)内设有热电偶(401)、信号处理器(402)、加速度传感器(403)，无线信号发射器(404)和电磁信号接收器(405)；
电磁信号接收器(405)接收发射装置发送的工作信号以控制测温球(104)开始工作，热电偶(401)测量炉膛内的烟气温度、加速度传感器(403)检测测温球(104)的加速度并分别将温度信号、加速度信号传送至信号处理器(402)进行处理，通过无线信号发射器(404)传送至数据处理系统(2)。
3.根据权利要求2的炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：所述的数据处理系统(2)包括测速传感器(204)、无线信号接收器(203)、模/数转换器(202)和数据处理计算机(201)；
测速传感器(204)测量测温球(104)进入炉膛的初速度，无线信号接收器(203)接收信号处理器(402)处理后的温度信号和加速度信号，通过模/数转换器(202)转化成数字信号传送至数据处理计算机(201)。
4.根据权利要求2或3的炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：信号处理器(402)、加速度传感器(403)、无线信号发射器(404)和电磁信号接收器(405)集成于同一芯片。
5.根据权利要求2-4任一项的炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：热电偶(401)的温度测点布置于测温球(104)的表面；
优选地，温度测点沿测温球(104)的不同球径方向均匀地设置成多组测温圈；
优选地，测温球(104)的表面设有高温隔热的包裹材料(407)，优选地，包裹材料(407)为陶瓷纤维隔热材料。
6.根据权利要求1-5任一项的炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：发射装置包括气泵(101)、截止阀(102)、发射枪管(103)和触发线圈(105)，气泵(101)产生高压空气以推动测温球(104)由发射枪管(103)射入炉膛，触发线圈(105)向测温球(104)发送工作信号，截止阀(102)设于气泵(101)出口和发射枪管(103)之间部位以控制测温球(104)的发射。
7.根据权利要求6的炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：发射枪管(103)上设有红外测点(205)，测速传感器(204)通过红外测点(205)测量测温球(104)进入炉膛的初始速度。
8.根据权利要求6的炉膛烟气温度测量装置，其特征在于：测温球(104)内设有电池(406)，电磁信号接收器(405)接收触发线圈(105)发送的工作信号，测温球(104)经电池(406)供电并开始工作。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述的炉膛烟气温度测量装置的炉膛烟气温度测量方法。
10.根据权利要求9的炉膛烟气温度测量方法，其特征在于：包括下列步骤：
S1，测量测温球(104)进入炉膛的初速度、在炉膛内运动的加速度，令测温球(104)在炉膛内运动一定时间并实时测量各位点的烟气温度；
S2，根据得到的测温球(104)的初速度和加速度信息，积分计算一定时间内测温球(104)在炉膛内的运动轨迹，将一定时间内运动轨迹与炉膛内各位点的烟气温度信息结合，得到炉膛内的烟气温度分布信息；
进一步地，还包括下列步骤：
S3，改变测温球(104)进入炉膛的初速度的方向或/和在炉膛内的运动时间，重复步骤S1和S2，得到炉膛内的烟气温度分布的信息库。
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