CN206638368U - 用于锅炉的温度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于锅炉的温度测量装置。温度测量装置包括：声波收发器，声波收发器用于发射和接收声波信号；声波接收器，声波接收器用于接收声波收发器发射的声波信号；声波收发器和声波接收器间隔设置在锅炉的炉体上；处理单元，声波收发器和声波接收器均与处理单元连接，处理单元用于计算声波在声波收发器和声波接收器之间的传播时间。本实用新型的技术方案可以解决现有技术中无法在锅炉运行过程中对炉膛内的烟气温度进行实时测量的问题。

Description

用于锅炉的温度测量装置

技术领域

本实用新型涉及温度测量技术领域，具体而言，涉及一种用于锅炉的温度测量装置。

背景技术

在大型燃煤、燃油锅炉中，例如火力发电厂锅炉、炼钢高炉、水泥回转窑、炼焦器等高温设备，炉内烟气温度的测量直接关系到燃烧的稳定性，对于设备的安全、经济运行具有重要意义。

由于炉内高温、多尘、腐蚀、湍流等复杂恶劣环境的限制，现有技术中，采用基于热平衡的热力学计算方法获得炉膛内的烟气温度，或者采用接触式温度测量方法，比如采用温度探针直接测量炉膛内的烟气温度。热力学计算方法需要采集炉膛尾部烟气侧和蒸汽侧的大量温度和压力信息，计算结果滞后，无法实时反映炉膛内的烟气温度。接触式温度测量方法只能用于锅炉点火时，防止管道超温做短时间测量，超过预定温度探针自动退出，也无法实现锅炉运行过程中的实时温度测量。上述方法均无法在锅炉运行过程中对炉膛内的烟气温度进行实时测量。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种用于锅炉的温度测量装置，以解决现有技术中无法在锅炉运行过程中对炉膛内的烟气温度进行实时测量的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于锅炉的温度测量装置，包括：声波收发器，声波收发器用于发射和接收声波信号；声波接收器，声波接收器用于接收声波收发器发射的声波信号；声波收发器和声波接收器间隔设置在锅炉的炉体上；处理单元，声波收发器和声波接收器均与处理单元连接，处理单元用于计算声波在声波收发器和声波接收器之间的传播时间。

进一步地，声波在声波收发器和声波接收器之间的传播路径与炉体的中心轴线之间有夹角。

进一步地，声波收发器和声波接收器沿炉体的中心轴线对称设置。

进一步地，声波接收器有多个，多个声波接收器沿炉体的轴向和/或周向间隔设置。

进一步地，声波收发器有多个，多个声波收发器沿炉体的轴向和/或周向间隔设置。

进一步地，声波收发器和声波接收器均封装在套管内。

进一步地，声波收发器和/或声波接收器通过法兰安装在炉体上。

进一步地，温度测量装置还包括控制器和显示模块，处理单元和显示模块均与控制器连接，控制器将处理单元的计量结果显示在显示模块上。

进一步地，温度测量装置还包括与声波收发器和声波接收器均连接的模数转换单元，模数转换单元用于将声波收发器和声波接收器的模拟信号进行转换并传递给处理单元。

进一步地，温度测量装置还包括设置在处理单元与声波接收器之间的信号调理器，信号调理器用于对声波接收器传递的声波信号进行滤波和放大。

应用本实用新型的技术方案，通过设置在锅炉的炉体上的声波收发器发射声波信号，与声波收发器间隔设置的声波接收器接收声波收发器发射的声波信号，与声波收发器、声波接收器均连接的处理单元实时接收声波收发器和声波接收器传递的信号，并计算声波在声波收发器和声波接收器之间的传播时间，从而根据声波在炉膛内的传播时间得到炉膛内的烟气温度，实现了实时测量炉膛内的烟气温度的功能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的用于锅炉的温度测量装置的实施例的结构示意图；以及

图2示出了图1的温度测量装置的声波收发器在锅炉炉体上的设置位置的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、声波收发器；20、声波接收器；30、显示模块；40、控制器；50、处理单元；60、模数转换单元；70、信号调理器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型的实施例中，锅炉的炉体壁面所围城的内部空间为炉膛。

本实用新型的实施例中，为了解决现有技术中无法在锅炉运行过程中对炉膛内的烟气温度进行实时测量的问题，提供了一种用于锅炉的温度测量装置，下面进行具体说明：

如图1所示，本实用新型的实施例中，用于锅炉的温度测量装置包括声波收发器10、声波接收器20和处理单元50。声波收发器10用于发射和接收声波信号，声波接收器20用于接收声波收发器10发射的声波信号，声波收发器10和声波接收器20间隔设置在锅炉的炉体上。声波收发器10和声波接收器20均与处理单元50连接，处理单元50用于计算声波在声波收发器10和声波接收器20之间的传播时间。

通过上述设置，锅炉炉体上的声波收发器10发射声波信号，与声波收发器10间隔设置的声波接收器20接收声波收发器10发射的声波信号，与声波收发器10、声波接收器20均连接的处理单元50实时接收声波收发器10和声波接收器20传递的信号，并计算声波收发器10发射信号和声波接收器20接收信号之间的时间间隔，从而得到声波在声波收发器10和声波接收器20之间的传播时间，进而根据声波在炉膛内的传播时间得到炉膛内的烟气温度。

上述温度测量装置响应速度快，测量精度高，可以在锅炉运行过程中对炉膛内的烟气温度进行实时测量。而且，上述温度测量装置利用超声波在炉膛内烟气中的传播速度测量炉膛内的烟气温度，不受炉内高温、多尘、腐蚀、湍流等复杂恶劣环境限制，可以实现炉膛内烟气温度的长期、稳定、准确、实时在线监测，可以取代现有技术的高温探针，并能够及时判断锅炉的燃烧情况，实时调节和控制炉内温度。

进一步地，声波收发器10也可以接收自身发出的声波信号，声波收发器10与声波接收器20形成两个声波信号的接收端，处理单元50对两个接收端传递的信号进行处理，可以提高温度测量装置对烟气温度的测量精度。

具体地，本实用新型的实施例中，声波收发器10为超声波换能器。

超声波换能器的方向性好，传播距离远，测量空间大，可以提高温度测量装置的准确性。

优选地，本实用新型的实施例中，声波收发器10和声波接收器20均为柱型换能器。

柱型换能器的声阻在截止频率附近变化均匀，指向性强，便于声波的直线传播。

本实用新型的实施例中，根据超声波在炉膛内的传播时间获得炉膛内烟气温度的原理如下：

根据热力学原理和超声波波动方程可以推倒出超声波在介质中的传播速度与介质的温度存在以下关系：

v＝f(γ,R,m,T)

其中，v表示超声波在气体中的传播速度，γ表示气体的绝热指数，R表示气体的普适常数，m表示气体的分子量，T表示气体温度。

由于气体的绝热指数γ、普适常数R和分子量m均为已知参数，因此可以通过测量超声波在炉膛内的传播速度计算炉膛内的烟气温度。

由于超声波的在炉膛内的传播速度可以根据超声波发射端与接收端之间的距离和超声波在发射端与接收端之间的传播时间计算得到，而超声波发射端与接收端之间的距离是已知参数，因此，测得超声波在炉膛内的传播时间即可获得炉膛内的烟气温度。

本实用新型的实施例中，声波在声波收发器10和声波接收器20之间的传播路径与炉体的中心轴线之间有夹角。

上述设置可以使声波收发器10发出的声波信号穿过炉膛后被声波接收器20接收，避免声波收发器10与声波接收器20的连线与炉体的中心轴线平行，导致声波接收器20接收到的是未穿过炉膛而沿炉体传播的声波信号，导致测量结果失真。

如图1和图2所示，本实用新型的实施例中，声波收发器10和声波接收器20沿炉体的中心轴线对称设置以使声波在声波收发器10和声波接收器20之间的传播路径与炉体的中心轴线垂直。其中，炉体的中心轴线在图1和图2中沿竖直方向设置。

通过上述设置，可以实现声波从炉体的一侧壁面发出传播到另一侧壁面被接收。声波穿过整个炉膛，可以较为真实地反映炉膛内的烟气温度。而且，上述设置便于确定声波接收器20与声波收发器10之间的距离，从而便于计算声波在炉膛内的传播时间。

具体地，如图1和2所示，声波收发器10和声波接收器20分别设置在炉体壁面中部以上的对称位置。

本实用新型的实施例中，声波接收器20有多个，多个声波接收器20沿炉体的轴向和周向间隔设置。

这样，多个声波接收器20可以形成多个声波信号的接收端，从声波收发器10发出的声波信号穿过炉膛的不同区域到达多个声波接收器20，处理单元50计算声波在声波收发器10和多个声波接收器20之间的传播时间，从而可以获得炉膛内不同区域的烟气温度分布，实现炉膛内温度场的测量。

当然，多个声波接收器20也可以仅沿炉体的轴向间隔设置或仅沿炉体的周向间隔设置。

本实用新型的实施例中，声波收发器10有多个，多个声波收发器10沿炉体的轴向和周向间隔设置。

这样，多个声波收发器10可以形成多个声波信号的发射端，并且可以作为声波信号的接收端，从多个声波收发器10发出的声波信号穿过炉膛的不同区域到达声波接收器20，同时经炉体反射的声波信号也可以被声波收发器10接收，处理单元50计算声波在多个声波收发器10和声波接收器20之间的传播时间，从而获得炉膛内不同区域的烟气温度分布，实现炉膛内温度场的测量，并提高温度测量的准确性。

当然，多个声波收发器10也可以仅沿炉体的轴向间隔设置或仅沿炉体的周向间隔设置。

如图1所示，本实用新型的实施例中，声波收发器10和声波接收器20均封装在套管内。

通过上述设置，可以有效防止炉膛内飞灰由于自身重力而产生沉积，影响声波的传播效果，从而实现长期、稳定、准确测量。

本实用新型的实施例中，声波收发器10和声波接收器20通过法兰安装在炉体上。

声波收发器10和声波接收器20通过法兰与炉体连接，可以便于安装、拆卸、更换和维护声波收发器10和声波接收器20。

可选地，本实用新型的实施例中，声波收发器10和声波接收器20安装在炉体的外壁上。

这样，温度测量装置具有非插入式的特点，可以避免炉膛内高温、多尘、腐蚀、湍流等恶劣环境的影响。

具体地，在炉体的外壁上开孔，将声波导管的一端插入孔中，声波导管的另一端伸出孔外，将声波收发器10和声波接收器20与声波导管的伸出孔外的一端连接。由于炉膛内为负压，声波导管与声波收发器10和声波接收器20连接的一端温度较低，且声波导管中设有防尘隔热金属丝网，因此可以避免炉膛内的高温对声波收发器10和声波接收器20的影响。

当然，在本实用新型的替代实施例中，也可以仅将声波收发器10或声波接收器20通过法兰安装在炉体上。

如图1所示，本实用新型的实施例中，温度测量装置还包括控制器40和显示模块30，处理单元50和显示模块30均与控制器40连接，控制器40将处理单元50的计量结果显示在显示模块30上。

通过上述设置，控制器40可以接收处理单元50的计算结果并将计算结果实时地显示在显示模块30上，便于工作人员的监测，实现在锅炉运行过程中对炉膛内的烟气温度进行实时监测，工作人员可以根据显示模块30的显示结果及时判断锅炉的燃烧情况，并加以调节和控制。

优选地，本实用新型的实施例中，处理单元50、显示模块30和控制器40集成在笔记本电脑上。

如图1所示，本实用新型的实施例中，温度测量装置还包括与声波收发器10和声波接收器20均连接的模数转换单元60，模数转换单元60用于将声波收发器10和声波接收器20的模拟信号进行转换并传递给处理单元50。

模数转换单元60可以将声波收发器10和声波接收器20的电压信号转换为数字信号，便于信号的传输和处理单元50的处理。

可选地，模数转换单元60为双通道数据采集卡，具有两路输入和两路输出，分别对声波收发器10和声波接收器20的信号进行转换。

如图1所示，本实用新型的实施例中，温度测量装置还包括设置在处理单元50与声波接收器20以及声波收发器10之间的信号调理器70，信号调理器70用于对声波接收器20传递的声波信号进行滤波和放大。

声波接收器20的信号经过信号调理器70滤波和放大后再传递给处理单元50，可以提高信号的准确性和温度测量装置的测量精度。

当然，在附图未示出的替代实施例中，信号调理器70也可以仅设置在处理单元50与声波接收器20之间。

如图1所示，为了便于控制声波收发器10发射信号，控制器40与声波收发器10连接以对声波收发器10发出控制信号。为了便于连接笔记本电脑的控制器40与声波收发器10，在笔记本电脑与声波收发器10之间设置接线盒。

本实用新型的一种优选的实施例如下：

在炉体壁面中部以上的对称位置分别安装超声波换能器和超声波接收器。超声波换能器与接线盒连接，接线盒与笔记本电脑连接以使超声波换能器能够接收笔记本电脑的控制器40发出的控制信号。超声波换能器和超声波接收器均与信号调理器70连接，信号调理器70与双通道数据采集卡连接，双通道数据采集卡具有两路输出和两路输入，分别对应超声波换能器和超声波接收器，双通道数据采集卡通过USB线与笔记本电脑连接，形成一套便携式温度测量装置。

笔记本电脑的控制器40发出控制信号，通过接线盒传递给超声波换能器。作为超声波发射端的超声波换能器发出超声波信号，超声波穿过炉膛后被同侧的超声波换能器和对侧的超声波接收器接收到。作为接收端的超声波换能器和超声波接收器将接收到的超声波信号转换为电压信号，经过信号调理器70滤波和放大的电压信号进入双通道数据采集卡并转换为数字信号，传递给笔记本电脑中的处理单元50。处理单元50对发出的信号和接收的信号进行互相关分析，根据超声波在介质中的传播速度与介质的温度之间的关系式v＝f(γ,R,m,T)计算超声波在炉膛内的传播时间，并根据超声波的传播时间计算炉膛内的烟气温度。最后，笔记本电脑的控制器40控制显示模块30显示炉膛内的烟气温度值。

本实用新型的温度测量装置利用超声波在炉膛内烟气中的传播速度测量炉膛内的烟气温度，不受炉内高温、多尘、腐蚀、湍流等复杂恶劣环境限制，可以实现炉膛内烟气温度的长期、稳定、准确、实时在线监测，具有测量精度较高、测温范围宽、测量空间大、非接触、连续操作、维护方便、便携测量的特点，可以取代传统的炉膛温度探针，能够及时判断锅炉的燃烧情况，并加以调节和控制。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：通过设置在锅炉的炉体上的声波收发器发射声波信号，与声波收发器间隔设置的声波接收器接收声波收发器发射的声波信号，与声波收发器、声波接收器均连接的处理单元实时接收声波收发器和声波接收器传递的信号，并计算声波在声波收发器和声波接收器之间的传播时间，根据声波在炉膛内的传播时间得到炉膛内的烟气温度，从而可以在锅炉运行过程中对炉膛内的烟气温度进行实时测量，响应速度快，测量精度高。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于锅炉的温度测量装置，其特征在于，包括：

声波收发器(10)，所述声波收发器(10)用于发射和接收声波信号；

声波接收器(20)，所述声波接收器(20)用于接收所述声波收发器(10)发射的声波信号；

所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)间隔设置在锅炉的炉体上；

处理单元(50)，所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)均与所述处理单元(50)连接，所述处理单元(50)用于计算声波在所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)之间的传播时间。

2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，声波在所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)之间的传播路径与所述炉体的中心轴线之间有夹角。

3.根据权利要求2所述的温度测量装置，其特征在于，所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)沿所述炉体的中心轴线对称设置。

4.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述声波接收器(20)有多个，多个所述声波接收器(20)沿所述炉体的轴向和/或周向间隔设置。

5.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述声波收发器(10)有多个，多个所述声波收发器(10)沿所述炉体的轴向和/或周向间隔设置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)均封装在套管内。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述声波收发器(10)和/或所述声波接收器(20)通过法兰安装在所述炉体上。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置还包括控制器(40)和显示模块(30)，所述处理单元(50)和所述显示模块(30)均与所述控制器(40)连接，所述控制器(40)将所述处理单元(50)的计量结果显示在所述显示模块(30)上。

9.根据权利要求8所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置还包括与所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)均连接的模数转换单元(60)，所述模数转换单元(60)用于将所述声波收发器(10)和所述声波接收器(20)的模拟信号进行转换并传递给所述处理单元(50)。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置还包括设置在所述处理单元(50)与所述声波接收器(20)之间的信号调理器(70)，所述信号调理器(70)用于对所述声波接收器(20)传递的声波信号进行滤波和放大。