[發明專利]用于確定燃燒器內的溫度的方法

有效

• 申請號: 201410501301.2
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104515618B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: B.舒爾曼恩斯;D.瓦斯梅
• 申請（專利權）人: 安薩爾多能源瑞士股份公司
• 主分類號: G01K11/26
• 分類號: G01K11/26
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉林華;肖日松

本發明描述了一種用于使用聲發射器和聲接收器確定侵略性和/或腐蝕性的氣體的溫度的方法。發射器發射帶有變化頻率的聲信號，而接收器從聲輸入信號提取出最大的頻率。基于該最大值的頻率，計算出在發射器和接收器之間的氣體的溫度。

技術領域

本發明涉及用于確定燃燒器內的溫度的方法，它尤其涉及熱氣體溫度的快速波動的動態聲學測量。

背景技術

在燃燒器中，氣態、液態或固態燃料以及空氣燃燒以產生熱。氣體由燃燒燃料產生，其中氣體在高達50 bar的壓力下達到高達2000℃的溫度，并且可能包括腐蝕性的固體微粒。為控制燃燒器的運行，燃燒器內的氣體的實際溫度T_gas(t)需實時地受監控。

上述情形使得很難通過熱敏元件或者光學儀器的方式測量溫度。

為克服這些困難，已知的為根據其聲速確定氣體的溫度，因為溫度是聲速的函數。

由US 4317366已知用于測量燃燒室中的溫度的方法和系統。

該方法監控運行期間燃燒室內的聲壓頻譜并根據至少一個聲壓頻譜的最大值(共振頻率)確定室內的氣體的溫度。

由US 6979118 B1已知用于估算燃燒器火焰溫度的方法。該方法包括燃燒器的第一橫向聲學模式的共振頻率的確定并根據該共振頻率確定氣體的溫度。

由于這些方法不包括主動的聲激勵，其精度和顯著性受到強烈限制。如果僅被動地測量聲功率頻譜，在頻譜中的最高功率水平可能會在接近于燃燒器口的軸向位置處在第一橫向共振頻率下發現。在該位置處，由于未燃燒氣體的區域，徑向溫度分布十分不均勻，并且因此測量的溫度可能顯著地與火焰溫度偏離。

文檔GB 931233描述了在共振腔內的溫度測量裝置，該共振腔可暴露于熱的燃燒氣體。描述的溫度測量裝置在共振腔長度和高度上空間地平均。因此，通過這種方法進行動態溫度測量或者燃燒器的實時控制是不可能的。相同的缺點對于從US 4164867已知的方法有效。

發明內容

要求保護的發明的目的為提供用于實時地確定在惡劣條件下在一個特定的軸向位置處的燃燒室中的熱氣體的溫度的帶有高精度和可靠性的方法。特定的軸向位置意指該位置可以是任何位置并可以自由地選擇。例如，該軸向位置可以使得在該具體位置處的燃燒器內的氣體的溫度是十分均勻的以獲得更好的結果。該軸向位置也可以使得可監控具體位置發生的氣體的臨界溫度以防止渦輪等的局部過熱。

該目的通過用于確定燃燒器內的特定軸向位置處的氣體的溫度的方法實現，該燃燒器包括主動和可控的聲源(發射器)以及用于接收聲源的輸出的接收器，所述方法包括以下步驟：從聲源發射聲信號，該聲信號具有在頻帶中的頻率，該頻帶包括燃燒器中的氣體的一個共振頻率；通過接收器接收來自聲源的聲信號；并且根據所述氣體的實際共振頻率確定在特定軸向位置處的所述氣體的實際溫度，其中所述聲源和所述接收器安裝在燃燒器的壁處，并且其中，燃燒器自身被用作共振腔。

通過主動地產生和發射聲信號，尤其是下述優點被實現。

可能連續地改變聲信號的頻率，該聲信號由發射器產生并在預定的頻帶內。

這意味著，在燃燒器內的氣體由不同頻率(在限定的頻帶內)的聲信號激勵。這導致用于接收器的十分清晰的聲輸入信號，該接收器可容易地探測輸入信號的聲壓的最大值并因此確定在發射器與接收器之間的氣體的實際共振頻率f_res。這允許在該軸向位置處的氣體溫度的十分精確的確定。在存在有若干發射器和接收器安裝在不同的軸向位置處的情況下，在不同的位置處的溫度可以同時地被監控。

在存在惡劣條件的情況下，可以增大發射的聲信號的振幅，這導致用于接收器的穩定的聲輸入信號。

聲信號的頻率和a.m.頻帶可容易地適合于不同的燃燒器類型和位置。