最新声学测温幻灯片.ppt

在大型火力发电厂燃煤锅炉中，炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数直接影响到煤粉的着火、燃尽以及锅炉的安全性，对于锅炉控制和故障的诊断具有 极为重要的意义。同时，准确地温度场信息也是锅炉燃烧、运行优化的重要依据， 因此在实现节能环保方面也具有重要的意义另一方面，从现存的测温方法来看，都因存在着各种缺陷而不适合作为锅炉温度场的在线测量工具。在实际应用中，如果声波的发射和接收装置之间的距离确定，则声波在其间的飞渡时间可以测出，则温度的关系式可表示如下： 如果在一锅炉内安装的声学测温装置的测量路径是6m，烟气的分析如下： N2:82%（vol.); O2:6%（vol.); CO2:12%(vol.); H2O5%(wt) 测量到的声波脉冲的飞渡时间是8.5ms，那么此路径上的平均温度就可以算的到。由以上的烟气成分分析得： k=1.28,M=29.24g/mol, 结合R=8341kJ/kmol,则B=364 由方程得到T=1095.72.多路径测温原理 如果要提高声学测温系统的温度分辨率，需要在锅炉的横截面上布置一定数量的声波收发传感器，以获得多条声波传播路径。图2是一个典型的温度场测量系统的声波收发传感器的布阵示意图，它由对称分布的8个声波收发传感器（S1、S2S8)组成。声波在不同侧的2个收发器之间进行传播，可形成24条声波传播途径。在进行温度场的测量时，在一个检测周期内，顺序启闭各个声波收发器，测量声波在每一条路径上的传播时间，并按照一定得重建算法建立这个平面上的二维温度场分布。1.电路系统：电路系统由发射机、接收机、信号处理单元及通信单元组成；2.声波收发单元：包括换能器单元和声波导管；3.软件系统：软件系统由反演算法和图形绘制部分构成；4.其他部分：包括尚未计算机及其显示输出等外围设备。 声学测温装置的示意图如图3所示。它的主要任务是测量声波在两个声波收发器之间的传播时间，经通讯系统，将测量到的声波传播时间数据送入系统进行处理，计算并反演炉膛温度场信息。1.声波收发单元的设计 声波收发单元式声学测温系统的重要组成部分。由于燃煤锅炉炉膛内的烟气成分比较复杂，温度高，环境恶劣。因此，所设计的声波收发器不仅需要具有声波发射和接收功能，而且要能够承受较高的温度。2.声波传播时间的测量在炉膛温度场的声学测量技术中，声波传播时间的精确测量是实现温度场重建的关键，它的测量精度直接影响到温度场重建的准确性。为了进行声波传播时间的精确测量，需要选择一种合适的声源信号，该信号必须具有较强的抗噪声干扰的能力；并需要设计一种合适的信号处理方法对噪声信号进行抑制。通常采用互相关函数法进行信号处理并抑制噪声。3.炉膛截面二维温度场的重建在声学法燃煤锅炉炉膛温度场图像重建中，重建算法是显现温度场图像高精度重建的关键。典型的温度场重建算法有：最小二乘法温度场图像重建法、傅里叶正则化温度场图像重建法等。在各种算法中，沿着每条测量路径温度的分布函数是算法的技术关键，它直接影响重建温度场的结果。1.烟气成分变化的影响 一般烟气的最基本组成成分有 N2，O2，CO2，CO和H2O 等，而且各种气体的体积百分比都是不断变化的。 当烟气成分的变化较大时，有试验观察到了声学烟温测量的结果会受到影响 但误差一般不超过 1.4%2.微粒物质的影响为了分析灰粒对计算结果的影响，我们仍然用上述的例子。假使干烟气的灰粒浓度分别为5000mg/m3和10000mg/m3，而没有灰粒的声波的传播速度为705m/s，可见灰粒度变化对计算的温度结果的影响不超过0.4%。3.路径距离的影响 由于温度和距离是成平方关系的，距离上下1%的误差会引起温度上下2%的误差，因此对路径距离测量的准确度很关键，尤其是对于短距离的测量要求更高。4.烟气速率的影响 测量方向的烟气速度梯度会对声波的传播速度带来影响。举个例子，如果烟气温度为1000，声波传播速率为700m/s,那么1m/s的烟气流速会给所测温度带来0.3%的误差。从理论上，只要测出路径中所有方向上的烟气速率，误差就可以得到纠正。1.燃烧噪声和吹灰器噪声是较大的干扰，在大型燃煤火力发电厂的锅炉燃烧中尤为突出。高分贝的燃烧噪声和吹灰噪声一定程度上影响了声学烟温测量系统应用的可靠性。2.由于炉内温度场分布的不均，测量路径上的温度梯度上的折射。这必将给测量结果带来误差。3.三维温度场的构件技术还尚未成熟。综上所述声学测温系统在测量烟气温度上显示了多方面的优势，从而得到了广泛的应用(尽管声学测温系统与传统的测温系统相比!初安装费用较高，但是安装后可以说是一劳永逸!能够节省巨额的检测维修和更换费用。而且，为了提高测量的稳定性和准确性，对燃烧噪声和声波折射的影响还有待于进一步研究。