[实用新型]一种基于声学法的炉膛温度场重构装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及炉膛温度场重构领域，尤其涉及一种基于声学法的炉膛温度场重构装置。

背景技术

在利用锅炉燃烧化石燃料或其他燃料来产生热能或其他二次能源的过程中，炉膛温度场的分布情况是反映燃烧过程、污染物生成情况、设备状态的重要参数，对于锅炉控制和燃烧诊断具有十分重要的意义，还直接影响到锅炉的经济性、安全性和环保性能。由于炉膛中的燃烧过程具有瞬变性、随机湍流和环境恶劣等特征，给有关热物理量场参数的测量带来了困难，尤其是温度分布的测量更加困难。传统的测温技术上采取高温热电偶的方法对燃烧或者烟气以及其他高温环境进行测量，受元件材料高温性能的限制和影响，只能做短时间的测量，无法实现在线的监测。声学测温法作为一种基于声学理论的锅炉燃烧在线监测的新型温度测量技术，受外部条件的影响小，适用于各种高温、腐蚀、多尘的恶劣环境。声学测温法能够给出整个炉膛温度场的各部分准确的温度数据，能够对炉膛温度场进行连续测量；具有测量精度高、测量范围广、实时监测和远程控制等诸多优点。

声学测温方法的基本原理是基于声波在气体介质中的传播速度是该气体组分和绝对温度的函数，其关系可表示为式中，C为介质中声波传播速度，L飞渡路径的长度，τ为声波的飞渡时间，α为与介质有关的常数，T为介质的绝对温度。使用采用声学法准确测定炉内介质温度时需要确定(1)声波发射和接收装置之间的飞渡路径的长度L；(2)声波在发射、接收装置之间的飞渡时间τ。

声学测温方法的声波发射和接收装置安装于锅炉的炉壁上。锅炉的炉壁是由各种复杂的管系和钢结构组成的整体，受热后将产生膨胀。在锅炉热态运行时，冷态安装好的炉壁要膨胀变形；炉内受热面的结构和热负荷不同，汽水管道结构及内部工质热力参数不同，产生的膨胀量也不同，无法用函数精确表示，且这种膨胀是动态变化的。这导致锅炉热态运行时声波发射和接收装置间的相对位置会经常发生变化，即声波发射和接收装置之间的飞渡路径的长度是动态变化的。

现有的声学法炉膛温度场重构系统及其方法，系统无法检测声波发射和接收装置间的相对位置变化情况，在对温度场重建时将飞渡路径的长度视为冷态安装时的长度值或者采取估值补偿的方法。如果温度场重构时仍将各声波飞渡路径的长度按照冷态安装时的飞渡路径长度进行处理、或者按有限经验进行估值补偿，势必会降低温度场重建的精度，温度场测量的不准确直接影响到运行人员的操作，进而影响锅炉运行的经济性和安全性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于声学法的炉膛温度场重构装置，解决现有声学法炉膛温度场重构系统无法检测声波发射和接收装置间的相对位置变化情况，在对温度场重建时将飞渡路径的长度视为冷态安装时的长度值或者采取估值补偿的方法，如果温度场重构时仍将各声波飞渡路径的长度按照冷态安装时的飞渡路径长度进行处理、或者按有限经验进行估值补偿，势必会降低温度场重建的精度，温度场测量的不准确直接影响到运行人员的操作，进而影响锅炉运行的经济性和安全性的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于声学法的炉膛温度场重构装置，包括设置锅炉炉膛内设置若干个声波发生器及与声波发生器相适配的声波拾取器；声波发生器和声波拾取器上设置有位移检测装置，位移检测装置连接设置有数据采集传输装置；还包括和数据采集传输装置、声波发生器、声波拾取器相接的数据处理中心；声波发生器和声波拾取器位于炉膛同一个截面上，声波发生器和声波拾取器构成的声波传递路径分布成平面网络状；声波发生器的主发声频率在10±0.2kHz，具有多个相隔1kHz以上的谐波。

优选的，声波发生器包括用于将声学信号转换为电能信号的换能探头和用于实现信号的放大和滤波功能的信号调整电路板；位移检测装置为激光测距仪。

优选的，数据处理中心设置有自适应滤波器，该自适应滤波器为多通道型数字带通滤波器。

优选的，数据采集传输装置为基于Linux内核的嵌入式系统，其处理器采用ARM11内核；该嵌入式系统中内置了16位模数转换器，模数转换器的采样频率为100KHz；嵌入式系统还配置有可实现基于TCP/IP协议的网络通信的RJ45接口。

优选的，声波发生器为气动式声波发生器，声强在140dB以上；换能探头为传声器，信号调整电路板内置转折频率为2kHZ的高通滤波器。

进一步的，声波发生器选用主发声频率在2～16kHZ，具有多个相隔1kHz以上的谐波的声波发生器。