[發(fā)明專利]一種鍋爐聲波測溫系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610852212.1
• 申請(qǐng)日: 2016-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN107870046A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙東曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司;中國石油化工股份有限公司
• 主分類號(hào): G01K11/22
• 分類號(hào): G01K11/22
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所32207
• 代理人: 高玲玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲學(xué)測溫領(lǐng)域，尤其涉及一種鍋爐聲波測溫系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

在大型火力發(fā)電廠的燃煤鍋爐中，溫度場的分布是確定設(shè)備狀態(tài)的重要參數(shù)之一，因此爐內(nèi)火焰溫度場的分布對(duì)于鍋爐控制和燃燒診斷具有重要的意義，它直接影響到煤粉的著火、燃盡以及鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全性，同時(shí)影響到污染物的排放量。

爐內(nèi)溫度場的分布能反映爐內(nèi)燃燒運(yùn)行情況，為運(yùn)行人員的操作提供可靠依據(jù)，并為熱工控制的自動(dòng)化裝置提供爐內(nèi)溫度信號(hào)。如果能準(zhǔn)確還原爐內(nèi)溫度場的分布，就可以及時(shí)判斷爐內(nèi)火焰的燃燒情況，并進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，實(shí)現(xiàn)燃燒的優(yōu)化。

常用的爐膛燃燒火焰溫度測量方法可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測量法作為傳統(tǒng)的測溫技術(shù)，因?yàn)槭芟抻谑軣嵩牧系哪透邷匦阅埽荒苓M(jìn)行短時(shí)間測量，并且現(xiàn)場操作量大，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。且其測量結(jié)果為各測量點(diǎn)的溫度，而并非是我們所關(guān)心的整個(gè)爐內(nèi)溫度場，可見該種方法并不適用于爐內(nèi)高溫和磨蝕性很強(qiáng)的惡劣環(huán)境。非接觸測量法包括光學(xué)法和聲學(xué)法等，它具有響應(yīng)速度快，靈敏度高，分辨率強(qiáng)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫、微小、旋轉(zhuǎn)、高速移動(dòng)和腐蝕性較強(qiáng)等不可接觸目標(biāo)的溫度測量。

聲學(xué)測溫法作為一種基于聲波理論的鍋爐燃燒在線監(jiān)測的新型溫度測量技術(shù)，不受外部條件的影響，適應(yīng)各種高溫、腐蝕、多塵的惡劣環(huán)境，能夠給出整個(gè)爐膛溫度場的各部分準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)，能夠?qū)t膛溫度場進(jìn)行連續(xù)測量，具有測量精度高、測量范圍廣、實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而火電廠鍋爐在實(shí)際運(yùn)行的過程中，爐內(nèi)發(fā)生著劇烈的物理化學(xué)反應(yīng)，充滿了流體動(dòng)力型噪聲和燃燒噪聲，還有鍋爐內(nèi)不定時(shí)的吹灰，都會(huì)使?fàn)t內(nèi)噪聲的頻率時(shí)刻發(fā)生變化。聲學(xué)測溫實(shí)驗(yàn)所采用的信號(hào)源聲波頻段一般都是預(yù)先設(shè)定好的，如果噪聲頻段與信號(hào)頻段產(chǎn)生重疊，那么就難以測量出準(zhǔn)確的聲波飛渡時(shí)間，降低了測量溫度場分布的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠選擇更優(yōu)的聲波測溫信號(hào)，降低背景噪聲頻段對(duì)聲波測溫信號(hào)的干擾，更加準(zhǔn)確的測量出聲波測溫信號(hào)飛渡時(shí)間，從而得到準(zhǔn)確的測試鍋爐內(nèi)的溫度的鍋爐聲波測溫系統(tǒng)和方法。

為了解決以上問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：一種鍋爐聲波測溫系統(tǒng)，其特征在于包括：工控機(jī)、功率放大器、聲波發(fā)射器和聲波接收器；

所述工控機(jī)用于設(shè)置測溫系統(tǒng)的控制程序參數(shù)，分析選擇最優(yōu)聲波測溫信號(hào)，產(chǎn)生聲波測溫信號(hào)，并計(jì)算出鍋爐內(nèi)溫度；

所述功率放大器用于將聲波測溫信號(hào)進(jìn)行放大；

所述聲波發(fā)射器用于發(fā)出放大后的聲波測溫信號(hào)；

所述聲波接收器用于采集鍋爐背景噪聲和經(jīng)過鍋爐返回的聲波測溫信號(hào)；

所述處理機(jī)用于根據(jù)采集的鍋爐背景噪聲分析選擇最優(yōu)聲波測溫信號(hào)，并根據(jù)經(jīng)過鍋爐發(fā)回的聲波測溫信號(hào)的飛渡時(shí)間，計(jì)算出鍋爐內(nèi)溫度。

所述工控機(jī)內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)發(fā)生卡和處理機(jī)；

所述數(shù)據(jù)采集卡用于設(shè)置測溫系統(tǒng)的控制程序參數(shù)；

所述信號(hào)發(fā)生卡用于產(chǎn)生聲波測溫信號(hào)；

所述處理機(jī)用于根據(jù)采集的鍋爐背景噪聲分析選擇最優(yōu)聲波測溫信號(hào)，并根據(jù)經(jīng)過鍋爐發(fā)回的聲波測溫信號(hào)的飛渡時(shí)間，計(jì)算出鍋爐內(nèi)溫度。

一種鍋爐聲波測溫方法，包括以下步驟：

步驟1、設(shè)置聲波測溫系統(tǒng)的控制程序參數(shù)，啟動(dòng)聲波測溫系統(tǒng)；

步驟2、采集鍋爐背景噪聲；

步驟3、選擇最優(yōu)聲波測溫信號(hào)；

步驟4、產(chǎn)生所述聲波測溫信號(hào)，所述聲波測溫信號(hào)經(jīng)功率放大后發(fā)射到鍋爐，經(jīng)鍋爐返回后采集分析得出所述聲波測溫信號(hào)的飛渡時(shí)間；

步驟5、根據(jù)所述聲波測溫信號(hào)的飛渡時(shí)間，計(jì)算出鍋爐內(nèi)溫度。

所述步驟3選擇最優(yōu)聲波測溫信號(hào)采用包括以下步驟：

步驟3.1、檢測鍋爐背景噪聲，得到鍋爐背景噪聲數(shù)據(jù)，對(duì)鍋爐背景噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行聲學(xué)分析，得到聲壓幅值-頻譜圖，其中聲壓幅值采用負(fù)數(shù)形式表示幅值大小；

步驟3.2、在所述聲壓幅值-頻譜圖中尋找最大聲壓幅值并將該最大聲壓幅值的1.8倍值對(duì)應(yīng)頻率定義為臨界頻率，定義小于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的主要噪聲頻段，定義大于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的次要噪聲頻段；

步驟3.3、判斷次要噪聲頻段中是否存在聲壓幅值在α以上的突發(fā)噪聲；