CN204064511U - 基于可见光技术的在线式烟气测温装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于可见光技术的在线式烟气测温装置和系统。其中所述装置包括测温探头、光纤、光电二极管、电压电流转换器，其中：光纤一端与测温探头固定连接，另一端与光电二极管连接，电压电流转换器分别与光电二极管和电厂DCS子系统连接；测温探头采集炉内烟气的可见光信号，光纤将测温探头采集的可见光信号传输给光电二极管，光电二极管将所述可见光信号转换为电压信号，电压电流转换器将所述电压信号转换为相对应的温度数据，其中所述温度数据是标准电流信号，电压电流转换器将所述温度数据发送到电厂DCS子系统。本实用新型可实现实时在线式测温要求，温度数据直接上传至电厂DCS子系统，便于运行人员监控炉内燃烧情况，以优化锅炉燃烧。

Description

基于可见光技术的在线式烟气测温装置和系统

技术领域

本实用新型涉及炉膛测温技术领域，特别涉及一种基于可见光技术的在线式烟气测温装置和系统。

背景技术

在我国的电力行业，火力发电占百分之七十左右，提高火电机组运行的安全性和经济性，对于整个电力行业发展具有重要意义。火电厂锅炉燃烧调整对锅炉安全、经济运行十分关键，而燃烧调整试验时需要监测一系列参数，但其中一个非常关键的直接反应燃烧火焰的参数就是炉膛烟气温度。

目前的锅炉高温烟气测温方法主要有高温热电偶测温法和声波测温法。在大型燃煤锅炉中一般使用抽气式高温热电偶来逐点测量炉膛中高温烟气温度。但是由于其只能测量“点”温度，以及受受热元件材料高温性能的限制，无法对目标进行长时间的连续实时在线测量；声波测温法因炉内燃烧器、管束等设备震动引起的背景噪声会对测量结果带来严重的误差。

随着技术发展，电厂锅炉容量参数不断提高，炉内烟气温度不断提高，烟温偏差也越来越大，因屏底积灰结渣而导致的事故也越来越频繁。因此研发一套在线式烟气测温设备，辅助监测炉内屏底烟温分布显得迫在眉睫。

实用新型内容

鉴于以上技术问题，本实用新型提供了一种基于可见光技术的在线式烟气测温装置和系统，可实现实时在线式测温要求，温度数据直接上传至电厂DCS子系统，便于运行人员监控炉内燃烧情况，以优化锅炉燃烧。

根据本实用新型的一个方面，提供一种基于可见光技术的在线式烟气测温装置，包括测温探头、光纤、光电二极管、电压电流转换器，其中：

光纤一端与测温探头固定连接，另一端与光电二极管连接，电压电流转换器分别与光电二极管和电厂DCS子系统连接；

测温探头采集炉内烟气的可见光信号，光纤将测温探头采集的可见光信号传输给光电二极管，光电二极管将所述可见光信号转换为电压信号，电压电流转换器将所述电压信号转换为相对应的温度数据，其中所述温度数据是标准电流信号，电压电流转换器将所述温度数据发送到电厂DCS子系统。

在本实用新型的一个实施例中，测温探头布置在锅炉水冷壁间隙；测温探头是平面透镜。

在本实用新型的一个实施例中，光纤和光电二极管采用同轴形式连接，以便光纤中心和光电二极管中心对准。

在本实用新型的一个实施例中，所述装置还包括冷却套管，其中平面透镜、光纤和光电二极管封装在冷却套筒内，其中压缩空气从冷却风入口通入冷却套管对测温探头和光纤进行冷却，并对测温探头进行吹灰。

在本实用新型的一个实施例中，冷却风入口设置在光纤尾部处，压缩空气的入风方向与平面透镜的光轴成预定角度。

在本实用新型的一个实施例中，所述装置还包括显示屏，其中显示屏与电压电流转换器连接，以显示电压电流转换器发送的所述温度数据。

在本实用新型的一个实施例中，测温探头设置在炉膛屏底的测温截面上。

在本实用新型的一个实施例中，所述装置还包括玻璃镜片，其中玻璃镜片固定在光电二极管和测温探头之间，以隔绝光电二极管与炉内烟气环境。

根据本实用新型的另一方面，提供一种基于可见光技术的在线式烟气测温系统，包括电厂DCS子系统、以及上述任一实施例中所述的基于可见光技术的在线式烟气测温装置，其中：

电厂DCS子系统显示在线式烟气测温装置发送来的所述温度数据。

本实用新型测温探头采用平面透镜，不会因为扩张角度过大，使得附近区域内的温度对测温结果造成过多干扰；测温探头体积小巧，所述测温探头可直接安装在炉膛水冷壁间隙而无需绕管，使得安装使用对锅炉的影响达到最小；使用冷却风对透镜和光纤进行降温，并对透镜进行吹灰，从而提高了可提高装置自身的稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温装置一个实施例的示意图。

图2为本实用新型一个实施例中测温探头的安装位置示意图。

图3为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温装置另一实施例的示意图。

图4为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温装置又一实施例的示意图。

图5为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温系统一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温装置一个实施例的示意图。如图1所示，所述在线式烟气测温装置包括测温探头1、光电二极管2、电压电流转换器3、光纤4，其中：

光纤4一端与测温探头1固定连接，另一端与光电二极管2连接，电压电流转换器3分别与光电二极管2和电厂DCS子系统连接。

测温探头1采集炉内烟气的可见光信号，光纤4将测温探头采集的可见光信号传输给光电二极管，光电二极管3将所述可见光信号转换为毫伏电压信号，电压电流转换器3将所述毫伏电压信号转换为相对应的温度数据，其中所述温度数据是4-20mA的标准电流信号，电压电流转换器3将所述温度数据发送到电厂DCS(Distributed ControlSystem，分布式控制系统)子系统，以便电厂DCS子系统直接显示所述温度数据。

优选的，温度数据与标准电流信号的对应关系是通过长期试验得到的经验数据。

基于本实用新型上述实施例提供的在线式烟气测温装置，实现实时在线式测温要求，温度数据直接上传至电厂DCS子系统，便于运行人员监控炉内燃烧情况，以优化锅炉燃烧。

在本实用新型的一个实施例中，测温探头采用平面透镜，其有益效果是因其光接收角度较小，可防止“偷看”效应，测温效果为一条直线上的平均温度，而不会因为扩张角度过大，使得附近区域内的温度对测温结果造成过多干扰。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，透镜尺寸选用10mm以下，避免因为尺寸过大而在安装过程中需要水冷壁绕管，可直接在水冷壁间隙开孔安装。本实施例中测温探头体积小巧，所述测温探头可直接安装在炉膛水冷壁间隙而无需绕管，使得安装使用对锅炉的影响达到最小。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，本实用新型的测温探头设置在炉膛过热器屏底的测温截面上。

优选的，本实用新型的测温探头安装在锅炉屏底2-3米处。

在本实用新型的一个实施例中，光纤4采用玻璃光纤，作为光线的传输通道，可将炉内的光线传输到光电二极管上。光纤与透镜的连接紧固连接。

在本实用新型的一个实施例中，光电二极管与光纤的连接同轴连接，使得光纤中心和光电二极管中心对准，其有益效果是保证透镜耦合的光线能全部进入光纤传输，光纤出来的可见光全部集中在光电二极管的光接收面上，防止光能量泄露，从而可以提高温度测量的精度。

在本实用新型的一个实施例中，光电二极管2选用可见光式光电二极管，只对400-780纳米之间的可见光信号做出响应，从而避免了红外信号的干扰。

图3为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温装置另一实施例的示意图。与图1所示实施例相比，在图3所示实施例中，所述装置还可以包括冷却套管5，其中测温探头1、光纤4和光电二极管2封装在冷却套筒内，其中：

冷却套管5，用于通入压缩空气对测温探头1和光纤4进行冷却，以避免温度太高而影响透镜和光纤的功能，并防止透镜和光纤过热而损坏；同时压缩空气还可以对透镜进行吹灰，以防止积灰结渣，影响装置的使用，从而提高了可提高装置自身的稳定性和可靠性。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，冷却套管5还包括设置在光纤4尾部处的冷却风入口51。

优选的，冷却风入口在光纤尾部处倾斜接入。冷却风的入风方向与平面透镜光轴成预定角度。

在本实用新型的一个实施例中，所述装置还可以包括压缩空气管道阀门，其中：

压缩空气管道阀门，用于调节冷却风的风量和风速。本实用新型的上述实施例中，可通过调节压缩空气管道阀门的开口大小，调节冷却风的风量和风速。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，冷却套管的出风口52采用螺纹连接，其有益效果是使冷却风斜着吹扫镜头，从而最大效率地对镜头进行吹灰冷却。

图4为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温装置又一实施例的示意图。与图3所示实施例相比，在图4所示实施例中，所述装置还可以包括显示屏6，其中：

电压电流转换器3还用于将所述温度数据发送到显示屏6；

显示屏6，用于显示电压电流转换器3发送的所述温度数据。

本实用新型的上述实施例中，由于所述温度数据是标准电流信号，所以所述温度数据可以直接通过数字显示屏在锅炉现场显示，方便操作人员的对锅炉温度进行现场监测。

在本实用新型的一个实施例中，所述装置还包括玻璃镜片，其中：玻璃镜片固定在光电二极管2和测温探头1之间靠近光电二极管2的位置，用于将光电二极管2与炉内烟气环境隔绝。

图5为本实用新型基于可见光技术的在线式烟气测温系统一个实施例的示意图。如图5所示，所述系统包括在线式烟气测温装置501和电厂DCS子系统502，其中：

所述在线式烟气测温装置501是上述任一实施例中所述的基于可见光技术的在线式烟气测温装置；

电厂DCS子系统502，用于显示在线式烟气测温装置发送来的所述温度数据。

基于本实用新型上述实施例提供的在线式烟气测温系统，实现实时在线式测温要求，温度数据直接上传至电厂DCS子系统，便于运行人员监控炉内燃烧情况，以优化锅炉燃烧。

为了简明起见，在图5中仅给出了一个在线式烟气测温装置501。本领域技术人员可以了解的是，可以有多个在线式烟气测温装置501与电厂DCS子系统502进行交互。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，在屏底测量截面上对应的水冷壁间歇的多个位置设置多个在线式烟气测温装置501，电厂DCS子系统502根据屏底截面多个测点测量得到的温度数据，重构出整个测量截面的二维温度分布，使得平面温度高低更直观地展现在运行人员面前。其中电厂DCS子系统502可以使用本领域技术人员公知的温度场重构算法重构出整个测量截面的二维温度分布。

通过实施本实用新型，可以得到如下有益效果：

1、本实用新型可以实现实时在线式测温要求，温度数据直接上传至电厂DCS子系统，便于运行人员监控炉内燃烧情况，以优化锅炉燃烧。

2、本实用新型测温探头体积小巧，所述测温探头可直接安装在炉膛水冷壁间隙而无需绕管，使得安装使用对锅炉的影响达到最小。

3、本实用新型测温探头采用平面透镜，不会因为扩张角度过大，使得附近区域内的温度对测温结果造成过多干扰。

4、本实用新型光电二极管与光纤的连接同轴连接，可以保证透镜耦合的光线能全部进入光纤传输，光纤出来的可见光全部集中在光电二极管的光接收面上，防止光能量泄露，从而可以提高温度测量的精度。

5、本实用新型使用冷却风对透镜和光纤进行降温，并对透镜进行吹灰，从而提高了可提高装置自身的稳定性和可靠性。

6、本实用新型可以根据屏底截面多个测点测量得到的温度数据，重构出整个测量截面的二维温度分布，使得平面温度高低更直观地展现在运行人员面前。

至此，已经详细描述了本实用新型。为了避免遮蔽本实用新型的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种基于可见光技术的在线式烟气测温装置，其特征在于，包括测温探头、光纤、光电二极管、电压电流转换器，其中：

光纤一端与测温探头固定连接，另一端与光电二极管连接，电压电流转换器分别与光电二极管和电厂DCS子系统连接；

测温探头采集炉内烟气的可见光信号，光纤将测温探头采集的可见光信号传输给光电二极管，光电二极管将所述可见光信号转换为电压信号，电压电流转换器将所述电压信号转换为相对应的温度数据，其中所述温度数据是标准电流信号，电压电流转换器将所述温度数据发送到电厂DCS子系统。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，测温探头布置在锅炉水冷壁间隙；测温探头是平面透镜。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，光纤和光电二极管采用同轴形式连接，以便光纤中心和光电二极管中心对准。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括冷却套管，其中平面透镜、光纤和光电二极管封装在冷却套筒内，其中压缩空气从冷却风入口通入冷却套管对测温探头和光纤进行冷却，并对测温探头进行吹灰。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，冷却风入口设置在光纤尾部处，压缩空气的入风方向与平面透镜的光轴成预定角度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括显示屏，其中显示屏与电压电流转换器连接，以显示电压电流转换器发送的所述温度数据。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，测温探头设置在炉膛屏底的测温截面上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括玻璃镜片，其中玻璃镜片固定在光电二极管和测温探头之间，以隔绝光电二极管与炉内烟气环境。

9.一种基于可见光技术的在线式烟气测温系统，其特征在于，包括电厂DCS子系统、以及如权利要求1-8任意一项所述的基于可见光技术的在线式烟气测温装置，其中：

电厂DCS子系统显示在线式烟气测温装置发送来的所述温度数据。