[發明專利]一種爐膛火焰光譜衰減系數分布的在線測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202010027102.8
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111198038A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 劉桂生;趙重陽;王煜偉;黃俊;韓哲哲;許傳龍
• 申請（專利權）人: 國家能源集團諫壁發電廠
• 主分類號: G01J3/42
• 分類號: G01J3/42;G01J3/44;G01J1/42
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 杜杰

本發明涉及本一種爐膛火焰光譜衰減系數分布的在線測量裝置及方法，其中裝置包括：1個同步控制器、1個脈沖激光器、56個光電耦合器、1個數據采集卡、9個分束器、8個定位器、8個冷卻防護裝置、1臺工控機。利用分束器將脈沖激光器發出的光經過兩次分束成56束，穿過火焰后被光電耦合器采集，經采集卡傳輸至工控機，通過下位機反演程序獲得爐膛火焰的光譜衰減系數分布。本發明具有以下優點，可以在線獲取多個位置的爐膛火焰的光譜衰減系數分布，所測量得到的光譜衰減系數是瞬態的，不受燃燒狀態的動態變化影響，同時可以配合圖像法測溫設備進而提升溫度場在線測量的精度。

技術領域

本發明涉及氣固兩相流測量領域，具體是一種爐膛火焰光譜衰減系數分布的在線測量裝置及方法。

背景技術

中國是世界上最大的煤炭消費國，盡管隨著我國經濟結構調整和新能源技術的逐漸發展，傳統能源收到一些限制，但受能源結構和歷史發電布局等因素影響，未來很長一段時間，國內發電供應結構的布局將繼續以火力發電為主，而對于鍋爐燃燒的安全性、經濟性和環保性的研究是目前一個重要課題。

鍋爐是火力發電機組的重要組成部分，其運行條件與發電廠的安全生產、經濟和環保有密切關系。但由于鍋爐爐膛內部結構復雜，工作環境未知，很多因素會對鍋爐燃燒穩定性產生影響。對爐膛火焰的監測和診斷可以預測燃燒穩定性和經濟性，同時還可用于指導鍋爐運行控制。數字圖形處理技術、模式識別和人工智能等技術日益成熟，結合機器學習、大數據分析等新型科學技術的發展，給爐膛火焰監測帶來了新的進步。

爐膛火焰的成像實質上是爐膛內高溫顆粒物的黑體發光放出的輻射能量在探測器上的響應，火焰的光譜衰減系數對爐膛火焰的溫度、濃度、組分等有密切的關系，實現對其分布的精確測量可以為當前爐膛監測診斷提供新的數據，同時為狀態參數的監測提供精確模型。爐膛火焰是一個不均勻、非穩態、強散射的介質，在目前爐膛火焰的監測中，大多只考慮火焰的發射特性，或者認為火焰是純吸收介質，或者測量出某條探測線上的平均吸收、散射特性參數。本發明提供一種可以測量爐膛火焰瞬態光譜衰減系數空間分布的方法，考慮了火焰的發射、吸收和散射特性，并且設備成本低廉、可適用于高溫、高塵等惡劣測試現場。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是在線測量爐膛火焰光譜衰減系數分布的測量裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種爐膛火焰光譜衰減系數分布的在線測量裝置，包括：1個同步控制器、1個脈沖激光器、n²-n個光電耦合器、1個數據采集卡、n+1個分束器、n個定位器、n個冷卻防護裝置及1臺工控機，所述定位器位于同一正n邊行的定點上并朝向該正n邊形的中心，其特征在于：

所述同步控制器用于觸發脈沖激光器和光電耦合器使之發射和采集同步；

所述脈沖激光器用于主動發射脈沖激光與火焰發生作用；

所述光電耦合器用于定向接收脈沖激光光束并將光信號轉換為電信號；

所述數據采集卡用于將光電耦合器輸出的電信號傳輸至工控機；

所述分束器用于將激光通過兩級分束分成n²-n束；

所述定位器用于固定發射光纖和光電耦合器；

所述冷卻防護裝置用于在爐墻開孔處對光纖、光電探測器等測量裝置和爐內高溫和高塵介質隔離；

所述工控機用于處理數據和保存測量結果。

進一步的，所述脈沖激光器為中心波長為450nm的藍光單模光纖耦合脈沖激光器。

進一步的，所述分束器包括兩級，其中第一級數量為1個將脈沖激光光束分束為1分n 路；第二級分束數量為n個，每一個均將脈沖激光光束分束為n-1路。