專利名稱：一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電站鍋爐煙氣監(jiān)測領域，具體涉及一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
背景技術：
煙氣作為一種比較特殊的介質(zhì)，一般的溫度范圍在10(T130(TC，特別情況下可能達到更高的溫度。另外，煙氣中一般會存在粉塵和酸性氣體等，如何克服高溫、高粉塵和酸性物質(zhì)而保證煙氣流速的在線監(jiān)測，是一個十分困難的問題。目前大多數(shù)電站的CEMS系統(tǒng)中，對于煙氣流速的檢測方法主要有皮托 管差壓法、熱擴散/熱導法和超聲波法。皮托管差壓法的工作原理為通過測量壓力來測量流速，操作時將測速管放置在煙道內(nèi)中心位置，使管口與煙氣流速方向垂直，測得該位置上的動壓與靜壓之差，從而根據(jù)
7Av^v=(pi十冑mi亥點、白勺'流#
在問題為實現(xiàn)流速的測量，儀表需配備差壓變送器，尤其是在小流速(10m/S)的測量，由于皮托管產(chǎn)生的壓力很小，故對于低流速的測量，皮托管氣體流量計有其自身的弊端精度差，不能測低速煙氣，經(jīng)常堵塞。熱擴散/熱導法的工作原理為2個RTD (電阻溫度探測器)置于煙道中，一個被加熱，一個感應過程溫度，之間的溫差與過程流速及過程介質(zhì)的性質(zhì)有關；溫差在無流量狀態(tài)下最大；隨著流量的增加，被加熱的RTD冷卻，溫差減小，從而根據(jù)溫差大小計算出流速大小。存在問題在高濕、高粉塵、高腐蝕的煙氣容易對熱絲造成損壞，煙道內(nèi)滴落腐蝕性液體和泥漿也會影響身背的正常工作。超聲波法的工作原理為當超聲波束在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的流動將傳播時間產(chǎn)生微小的變化，其傳播時間的變化正比于介質(zhì)的流速。存在問題超聲波衰減嚴重，無法在電站鍋爐爐膛環(huán)境中應用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的鍋爐爐膛煙氣流速在線監(jiān)測裝置精度不高，不能適應高溫、腐蝕、多塵等惡劣環(huán)境的不足，本發(fā)明提供了一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。本發(fā)明所述監(jiān)測系統(tǒng)采用的技術方案為在煙氣流動的爐膛一側內(nèi)壁上，每隔4-6米均勻設置一個測點，并在每個測點處安裝一套監(jiān)測裝置；監(jiān)測裝置的結構為由聲波導管、聲波發(fā)生裝置和駐極體式傳聲器組成的聲波收發(fā)器布置在測點處；聲波發(fā)生裝置連接到功率放大器，功率放大器與接線盒輸出端連接；駐極體式傳聲器連接到信號調(diào)理器，信號調(diào)理器與接線盒的輸入端連接；接線盒與雙通道數(shù)據(jù)采集卡連接，雙通道數(shù)據(jù)采集卡連接到工控機。本發(fā)明提供的基于上述監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法為爐膛煙氣通過在兩個相鄰聲波收發(fā)器之間產(chǎn)生的聲音信號，轉換為電壓信號，并通過信號調(diào)理器濾波和放大，經(jīng)過接線盒的輸入端被雙通道數(shù)據(jù)采集卡得到；工控機中的軟件將兩個通道的信號進行互相關分析，得出兩個傳聲器之間的聲波傳播時間，由于兩個傳聲器之間的距離固定并已知，可以得到V1= α +V，V2= α -V,式中，為煙氣 流過相鄰兩測點間聲音傳播的速度；α為聲音傳播的速度，m/s ；v為兩測點間煙氣的流速；即可得到V =，并在電腦的軟件顯示窗口給出。
2本發(fā)明的有益效果為利用聲波在爐膛煙氣中傳播速度的變化，來計算爐膛煙氣流速。本發(fā)明采用多點采樣，可以克服煙道氣流不穩(wěn)定，流速在煙道中分布不均使得煙氣測量不準確的問題。不受爐內(nèi)高溫、腐蝕、多塵等惡劣環(huán)境的限制，真實反映爐內(nèi)煙氣流速，響應快，測量范圍廣


圖I為爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。圖2為爐膛煙氣流速在線監(jiān)測系統(tǒng)布置圖。圖中標號10-聲波收發(fā)器；11-工控機；12-數(shù)據(jù)采集卡；13_接線盒；14-功率放大器；15-聲波發(fā)生裝置；16-聲波導管；17-特制駐極體式傳聲器；18-信號調(diào)理器；19-鍋爐爐膛。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。圖I為爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。在煙氣流動的爐膛19 一側內(nèi)壁上，每隔4-6米均勻設置一個測點，并在每個測點處安裝一套監(jiān)測裝置；監(jiān)測裝置的結構為由聲波導管16、聲波發(fā)生裝置15和駐極體式傳聲器17組成的聲波收發(fā)器10布置在測點處；聲波發(fā)生裝置15連接到功率放大器14，功率放大器14與接線盒13輸出端連接；駐極體式傳聲器17連接到信號調(diào)理器18，信號調(diào)理器18與接線盒13的輸入端連接；接線盒13與雙通道數(shù)據(jù)采集卡12連接，雙通道數(shù)據(jù)采集卡12連接到工控機11。系統(tǒng)工作時，爐膛煙氣通過在兩個相鄰聲波收發(fā)器10之間產(chǎn)生的聲音信號，轉換為電壓信號，并通過信號調(diào)理器18濾波和放大，經(jīng)過接線盒13的輸入端被雙通道數(shù)據(jù)采集卡12得到；工控機11中的軟件將兩個通道的信號進行互相關分析，得出兩個傳聲器之間的聲波傳播時間，由于兩個傳聲器之間的距離固定并已知，可以得到=V1=Ci+V，V2=Ci-V，式中，V1, V2為煙氣流過相鄰兩測點間聲音傳播的速度；α為聲音傳播的速度，m/s ；v為兩測點間煙氣的流速；
即可得到
權利要求
1.一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，在煙氣流動的爐膛(19)一側內(nèi)壁上，每隔4-6米均勻設置一個測點，并在每個測點處安裝一套監(jiān)測裝置； 監(jiān)測裝置的結構為由聲波導管(16)、聲波發(fā)生裝置(15)和駐極體式傳聲器(17)組成的聲波收發(fā)器(10)布置在測點處；聲波發(fā)生裝置(15)連接到功率放大器(14)，功率放大器(14)與接線盒(13)輸出端連接；駐極體式傳聲器(17)連接到信號調(diào)理器(18)，信號調(diào)理器(18)與接線盒(13)的輸入端連接；接線盒(13)與雙通道數(shù)據(jù)采集卡(12)連接，雙通道數(shù)據(jù)采集卡(12 )連接到工控機(11)。
2.一種基于權利要求I所述鍋爐爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，爐膛煙氣通過在兩個相鄰聲波收發(fā)器(10)之間產(chǎn)生的聲音信號，轉換為電壓信號，并通過信號調(diào)理器(18)濾波和放大，經(jīng)過接線盒(13)的輸入端被雙通道數(shù)據(jù)采集卡(12)得到；工控機(11)中的軟件將兩個通道的信號進行互相關分析，得出兩個傳聲器之間的聲波傳播時間，由于兩個傳聲器之間的距離固定并已知，可以得到=V1=Ci+V，V2=Ci-V，式中，％、V2為煙氣流過相鄰兩測點間聲音傳播的速度；α為聲音傳播的速度，m/s ；v為兩測點間煙氣的流速； 即可得到V =，并在電腦的軟件顯示窗口給出。 全文摘要
本發(fā)明屬于電站鍋爐煙氣監(jiān)測領域，具體涉及一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。在煙氣流動的爐膛一側內(nèi)壁上，每隔4-6米均勻設置一個測點，并在每個測點處安裝一套監(jiān)測裝置；監(jiān)測裝置的結構為由聲波導管、聲波發(fā)生裝置和駐極體式傳聲器組成的聲波收發(fā)器布置在測點處；聲波發(fā)生裝置連接到功率放大器，功率放大器與接線盒輸出端連接；駐極體式傳聲器連接到信號調(diào)理器，信號調(diào)理器與接線盒的輸入端連接；接線盒與雙通道數(shù)據(jù)采集卡連接，雙通道數(shù)據(jù)采集卡連接到工控機。采用多點采樣，可以克服煙道氣流不穩(wěn)定，流速在煙道中分布不均使得煙氣測量不準確的問題。不受爐內(nèi)高溫、腐蝕、多塵等惡劣環(huán)境的限制，真實反映爐內(nèi)煙氣流速，響應快，測量范圍廣。
文檔編號G01P5/24GK102830245SQ20121029156
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權日2012年8月15日
發(fā)明者沈國清, 安連鎖, 王博, 許偉龍, 張世平 申請人:華北電力大學