[发明专利]一种可自动退化的炉膛二维温度场测量的成像方法

说明书

本发明公开了一种可自动退化的炉膛二维温度场测量的成像方法，该方法通过在炉膛内某一高度矩形截面的横向和纵向两个维度上分别设置3对及以上测量探头，形成二维的激光测量网，每对测量探头包括一个发射激光探头和接收激光探头，构成一个测量路径；然后根据每个测量路径的位置以及获取的激光光谱吸收的测量信号，进行二维截面温度场成像；在进行二维截面温度场成像前，对已失准的测量路径进行退化处理。本发明引入信号质量测点，不需要人工对系统测量位置分布参数进行软件重配置，即可实现自动退化；通过对失准路径进行退化处理后再成像，保证了成像结果的真实性；同时图像的分辨率也不会因为测量路径的退化而降低，能够保持火球中心位置的一致性。

技术领域

本发明通过可自动退化的迭代重建成像，得到炉膛温度随位置的分布信息，指导火焰中心位置的调整，提供燃烧优化及安全诊断。

背景技术

随着环境安全及节能减排指标的提高，对火电厂锅炉炉膛燃烧在线监测成为了广泛关注及研究的课题，实时监测炉膛燃烧温度的分布，指导火焰中心位置的调整，防止火焰刷墙带来水冷壁管爆裂等安全隐患，有助于燃烧优化及安全诊断。

现有针对高温气体的燃烧温度测量研究的非接触式测量方法中典型的主要有声学测温法和激光光谱吸收测温法两种技术，多采用声学测温法。声学测温技术利用“一发多收”的特点，受该测量探头布置限制，该方法目前只停留在实验环境，对于火电厂炉膛恶劣且变化多端的环境适应性未可知，且该测量方法无法获取气体浓度信息。而基于激光吸收光谱测温法(TDLAS)，结合各重建技术成像得到温度场分布，目前应用在各火电厂炉膛的只有美国的斯坦福大学和zolo公司合作开发的基于TDLAS技术测量炉膛温度场的传感器系统，但未对某一测量路径失准做自动退化处理，而是沿用原来的测量数据。每一测量路径包含发射和接收端光学探头，炉膛燃烧运行过程中，炉壁受热膨胀带来发射及接收端探头的偏移或燃烧内工况发生变化带来光路的偏折，使得发射和接收探头不共轴导致接收不到有效信号，且在自动对准装置运行下仍无法获取有用信号，这里称之为“完全失准”，如果某一测量路径或几个测量路径完全失准，沿用原来的测量数据得到的成像结果已无法真实地反应温度随位置变化信息，即火球的中心位置可能偏离真实，从而影响燃烧优化诊断。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够去除失准信号，优化成像结果的方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种可自动退化的炉膛二维温度场测量的成像方法，该方法通过在炉膛内某一高度矩形截面的横向和纵向两个维度上分别设置3对及以上测量探头，形成二维的激光测量网，每对测量探头包括一个发射激光探头和接收激光探头，构成一个测量路径；然后根据每个测量路径的位置以及获取的激光光谱吸收的测量信号，进行二维截面温度场成像；在进行二维截面温度场成像前，对已失准的测量路径进行退化处理：通过对每个测量路径进行信噪比探测，将各测量路径探测到的信噪比与设定的阈值进行对比，当该信噪比大于阈值时，该测量路径有效；否则，该测量路径无效，在进行二维截面温度场成像时去除该测量路径。

具体的，给定两条气体吸收谱线激光束穿过一定量气体燃烧区域来获取多于一个测量路径上的平均温度，测量路径除了获取一维温度数据外，同时引入信号质量测点，根据前期试验测试确定保证温度计算正确性的最小信噪比经验值，以该经验值作为阈值判定，当某一路径探测到信噪比低于该阈值且经过长时间自动对准运行后仍无法获取超阈值信号，则该路信号质量测点属性为bad，值置为0，相应测量路径自动减1，最终用于成像的测量路径位置及数目由信号质量完全确定。

进一步的，所述设定阈值取值范围为：在炉膛调整不同负荷(即包括满负荷在内的不同负荷)的正常工况下，对不同检测路径的有效温度所对应的信噪比值进行统计，根据统计结果对阈值进行设定。所述有效温度指被测路径温度±100℃内的温度范围，这是由于炉膛火焰随气流流动而闪烁，同一测量路径下温度存在波动，经验认为±100℃内温差为正常值。根据多次现场实验经验总结，所述设定阈值范围通常为20～50。