[实用新型]融合静电和声学传感器阵列的燃烧器火焰测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于火焰监测技术领域，尤其涉及一种融合静电和声学传感器阵列的燃烧器火焰测量装置。

背景技术

燃烧炉内火焰状态的准确检测有利于提高工业生产过程的安全性和生产效率。燃烧火焰的特性主要包含有热辐射特性、电离特性、导电特性、声辐射特性、色度分布特性、静电特性等。基于火焰的这些特性，一般采用光学、光电、温度和超声等测量装置来获取火焰燃烧产生的效应或判知火焰的存在与否，并对相应的火焰特性参数进行分析，以实现火焰燃烧的自动化监控。现有的火焰检测方法，一般是通过测量火焰的宏观几何参数火焰位置、尺寸、张角、重心、着火点等、亮度参数、温度场分布和闪烁频率来实现对火焰的监测和分析，这样的检测方法既无法对火焰导电能力、火焰电荷分布等火焰电学特性进行精细测量，也不能对火焰燃烧过程中碳烟颗粒分布、燃烧速度分布等火焰特性进行精细测量，除此之外还缺乏对火焰带电颗粒运动状态、火焰燃烧过程中流场变化情况和火焰局部燃烧反应状态细节的精确测量。

基于静电感应原理测量火焰的方法主要有离子探针法，首先，有学者提出了采用离子探针来测量燃烧火焰中的离子电流值，从而推测火焰中离子浓度；随后，在此基础上又有学者采用结构改良后的离子探针测量工业锅炉内部火焰燃烧区位置和反应区位移速度；但是，这种采用离子探针实施测量的方法只能得到火焰局部的离子电流信息，无法实现对火焰电学特性更全面的测量。

实用新型内容

为了实现对火焰电学特性更全面的测量，本实用新型提供一种融合静电和声学传感器阵列的燃烧器火焰测量装置，包括：静电传感器阵列、声学传感器阵列；所述静电传感器阵列由表面镶嵌着多个水平电极和轴向电极的曲面金属网络支架构成；曲面金属网络支架布置于火焰局部外廓，且每个水平电极和轴向电极与火焰中心轴等距；所述声学传感器阵列由布置于火焰外围的声波收发器构成，声波收发器布置至少1层、每层由至少3个。

所述声波收发器所在的平面垂直于燃烧器的中轴线，覆盖面积根据火焰几何尺寸和安装条件设定，距离火焰外廓面的距离不大于2m；相邻声波收发器的距离根据被测火焰的火焰结构复杂程度设定，与燃烧器中轴线形成的夹角不大于120°

所述声波收发器作为声波发射器发射声波脉冲，作为接收器检测穿透过火焰的声波信号。

所述静电传感器阵列的测量位置根据声学传感器阵列测得的火焰截面特性和测量要求来确定布置位置。

所述水平电极之间、轴向电极之间所间隔弧长所对应的圆心角相等；所述曲面金属网络支架采用耐高温的高强度金属制成，并具有屏蔽外界电磁干扰的功能；水平电极和轴向电极与金属网络支架之间均使用耐高温绝缘材料进行电气隔离。

所述水平电极之间的弧长所对应的张角根据被测火焰几何尺寸和火焰结构复杂程度设定并且小于90°，轴向宽度小于水平宽度的1/2；所述轴向电极之间的弧长所对应的张角小于90°，轴向宽度至少为水平宽度的2倍。

本实用新型的有益效果在于：

1融合静电和声学传感器阵列的测量装置，不但可以测得火焰中带电颗粒动态特性和火焰中碳烟颗粒分布、温度分布和燃烧速度分布，还可以实现对火焰燃烧过程中流场变化的测量。

2静电和声学传感器阵列便于维护、结构简单、可以根据测量要求调整装置尺寸、调整测量的分辨率和装置结构，实现更加准确、快速、精密的测量。

3融合静电和声学感器阵列的燃烧器火焰测量装置可以同时获取火焰中带电颗粒的多个动态特征，有利于对火焰燃烧状态进行多角度分析，有助于燃烧器系统和相关设备的优化设计。

4静电传感器阵列可以实现非侵入式测量，不影响火焰的燃烧特性，同时采用静电和声学传感器阵列相结合的测量方式，还可以实现对于火焰截面和局部特性的灵活测量。

附图说明

图1为融合静电和声学传感器阵列的火焰测量装置示意图。

图2为火焰测量装置工作流程图。

图3为火焰与声学传感器阵列的相对位置截面图。

图4为声波收发器的收发路径图。

图5为火焰与静电传感器阵列的相对位置横截面图。

图6-1～6-3为曲面金属网络支架结构展开图。

图7为局部水平电极和轴向电极布置图。

图中：1-火焰；2-静电传感器阵列；3-声学传感器阵列；4-信号分析单元；5-输出显示单元；6-声波收发器；7-水平电极；8-轴向电极；9-绝缘材料；10-曲面金属网络支架。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。