[发明专利]基于声学测量技术的测量烟道温度场及流场的试验设备及试验方法

说明书

本发明公开了一种基于声学测量技术的测量烟道温度场及流场的试验设备及试验方法，其中试验设备风机、加热器、温度计、压力变送器、流量计、模拟烟道、数显温度变送器、声波传感器、变频调速器、电加热器温度控制器以及数据采集处理系统。本发明结构简单，安装、使用和维护方便。声波发声器与接收器可安装在烟道外侧，而不需要改变烟道结构，可以实现对烟道内部温度及流速的非接触式测量；采用非接触式测量的方法，不影响烟道内流场状况，也不会造成压降，也确保了装置的安全性；能够适应恶劣的环境，通过声波信号的发射与接收，可以对烟道内烟气流速和温度进行连续测量。

技术领域

本发明涉及电站锅炉烟道声学测量技术领域，是一种利用声波法对烟道内声波飞渡时间进行测量，进而通过反演法的同时得到烟道温度场及流场分布的试验设备。

背景技术

锅炉炉膛出口烟气温度是反映电站锅炉燃烧状态的重要参数，也是锅炉设计和运行时需要重点考虑的参数之一。一方面，这部分烟气为折焰角后进入水平烟道的烟气，是区分锅炉烟气侧的炉膛内辐射传热和对流烟道内对流传热的界限，在工质侧，其基本上是区分炉膛水冷壁内蒸发吸热和过热器内蒸汽的过热吸热的界限；另一方面，这一烟气温度会引起炉膛出口处的对流受热面的结渣问题。当这部分烟气温度过高时，将会成为锅炉过热蒸汽超温的主要原因之一，因而也可能是造成过热器、再热器“爆管”现象的重要原因之一。相反，若这一烟气温度过低，则将会使过热蒸汽和再热蒸汽温度低于设计值，从而降低机组经济性，影响锅炉运行的效率。

在锅炉烟道中，烟气的流速分布十分复杂，主要受生产工况、烟道粗糙度、进口结构形式、烟道的变径、烟道内支撑柱和烟道走向等因素的影响，且通常情况下烟道内断面的气体流速分布是不均匀的。气流分布的不均将会导致烟气净化效率下降，另外烟道内气流紊乱也容易将沉降的粉尘带走。同时，过高的风速将在烟道内产生涡流和负压区。这些都加大了排放总量的计算误差。

锅炉烟道烟气温度的测量比较困难，现代电站锅炉的水平烟道很宽，想要将热电偶送到合适的测量位置十分不容易；高温烟气的测量，由于受对流传热等影响，有较大的测量误差。在电站锅炉的常规运行测点中也没有水平烟道烟气温度，正是由于其实际测量的难度大。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于声学测量技术的测量烟道声波飞渡时间，并以此反演同时得到烟道内温度场及流场分布，能够反应锅炉烟道内的相关烟气参数，为较快地了解炉膛燃烧分布情况提供参考，也为蒸汽侧的调节提供依据，保证电站锅炉更加安全高效地运行。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明解决技术问题的技术方案为：

一种基于声学测量技术的测量烟道温度场及流场的试验设备，包括风机、加热器、温度计、压力变送器、流量计、模拟烟道、数显温度变送器、声波传感器、变频调速器、电加热器温度控制器以及数据采集处理系统；所述风机进风端与通过管道与模拟烟道相连，所述风机出风端与所述加热器相连，所述风机的控制端与变频调速器连接；在所述加热器上装有所述温度计，所述加热器与电加热器温度控制器相连接；所述加热器的气体出口与所述模拟烟道的气体入口连接；在所述加热器的气体出口与所述模拟烟道的气体入口的连接管路上连接有所述流量计；所述数显温度变送器设置在所述模拟烟道上，在所述模拟烟道外壁面四周装有两层声波传感器；所述数据采集处理系统分别与所述流量计、压力变送器、数显温度变送器、声波传感器、变频调速器以及电加热器温度控制器连接。

所述数据采集处理系统包括智能流量显示仪、工控机、信号发声卡、第一接线端子板、第二接线端子板以及信号采集卡；所述信号发声和信号采集卡均安装在工控机中；所述第一接线端子板与信号发声卡通过信号输入输出连接器相连，所述第二接线端子板与信号采集卡通过信号输入输出连接器相连，所述数显温度变送器与智能流量显示仪相连，所述声波传感器中作为声波发射器的传感器根据信号发声卡的管脚定义，通过信号线与第一接线端子板管脚相连接；作为声波接收器的传感器根据数据采集卡的管脚定义，通过信号线与第二接线端子板的管脚连接；所述第一接线端子板与所述第二接线端子板相连。