[實用新型]一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監測系統

有效

• 申請號: 201220405898.7
• 申請日: 2012-08-15
• 公開（公告）號: CN202770855U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 沈國清;安連鎖;王博;許偉龍;張世平
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本實用新型屬于電站鍋爐煙氣監測領域，具體涉及一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監測系統。

背景技術

煙氣作為一種比較特殊的介質，一般的溫度范圍在100~1300℃，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、高粉塵和酸性物質而保證煙氣流速的在線監測，是一個十分困難的問題。

目前大多數電站的CEMS系統中，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，從而根據公式（ΔP為總壓和靜壓之差，ρ為被測流體的密度）?計算出該點的流速。存在問題：為實現流速的測量，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的性質有關；溫差在無流量狀態下最大；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：當超聲波束在介質中傳播時，介質的流動將傳播時間產生微小的變化，其傳播時間的變化正比于介質的流速。存在問題：超聲波衰減嚴重，無法在電站鍋爐爐膛環境中應用。

發明內容

為了克服現有的鍋爐爐膛煙氣流速在線監測裝置精度不高，不能適應高溫、腐蝕、多塵等惡劣環境的不足，本實用新型提供了一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監測系統。

本實用新型所述監測系統采用的技術方案為：

在煙氣流動的爐膛一側內壁上，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測裝置；

監測裝置的結構為：由聲波導管、聲波發生裝置和駐極體式傳聲器組成的聲波收發器布置在測點處；聲波發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理器，信號調理器與接線盒的輸入端連接；接線盒與雙通道數據采集卡連接，雙通道數據采集卡連接到工控機。

本實用新型的有益效果為：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。本實用新型采用多點采樣，可以克服煙道氣流不穩定，流速在煙道中分布不均使得煙氣測量不準確的問題。不受爐內高溫、腐蝕、多塵等惡劣環境的限制，真實反映爐內煙氣流速，響應快，測量范圍廣

附圖說明

圖1為爐膛煙氣流速監測系統示意圖。

圖2為爐膛煙氣流速在線監測系統布置圖。

圖中標號：

10-聲波收發器；11-工控機；12-數據采集卡；13-接線盒；14-功率放大器；?15-聲波發生裝置；16-聲波導管；17-特制駐極體式傳聲器；18-信號調理器；19-鍋爐爐膛。

具體實施方式

本實用新型提供了一種基于聲學的鍋爐爐膛煙氣流速監測系統，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步說明。

圖1為爐膛煙氣流速監測系統示意圖。在煙氣流動的爐膛19一側內壁上，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測裝置；監測裝置的結構為：由聲波導管16、聲波發生裝置15和駐極體式傳聲器17組成的聲波收發器10布置在測點處；聲波發生裝置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連接到信號調理器18，信號調理器18與接線盒13的輸入端連接；接線盒13與雙通道數據采集卡12連接，雙通道數據采集卡12連接到工控機11。

系統工作時，爐膛煙氣通過在兩個相鄰聲波收發器10之間產生的聲音信號，轉換為電壓信號，并通過信號調理器18濾波和放大，經過接線盒13的輸入端被雙通道數據采集卡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=α+v，V₂=α-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，并在電腦的軟件顯示窗口給出。