專利名稱：一種基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種確定煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)的測量裝置，尤其涉及利用爐內(nèi)燃燒混沌、分形等非線性特性確定鍋爐實時燃燒狀態(tài)并給出定量指示的裝置。
背景技術(shù)：
煤粉鍋爐作為重要的電力生產(chǎn)設(shè)備，其安全穩(wěn)定運行特別是煤粉燃燒的穩(wěn)定、充分具有十分重要的社會和經(jīng)濟意義。爐內(nèi)燃燒過程機理復(fù)雜，影響因素眾多。作為一個典型的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，雖已經(jīng)過近百年的研究發(fā)展，但距透徹了解還很遠。在實際電力生產(chǎn)過程中，電站鍋爐由于設(shè)備龐大，使用工況惡劣，運行控制復(fù)雜，加之燃用煤種的異常變化，經(jīng)常會出現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟性差、結(jié)焦、滅火等燃燒問題，進而影響發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。目前對鍋爐燃燒的實際控制方法主要依賴運行相關(guān)人員的經(jīng)驗判定，還缺乏通用的實時監(jiān)測參數(shù)，實際參數(shù)的調(diào)整具有很大的盲目性。常用的燃燒監(jiān)視方法如火焰電視，煤火檢、油火檢，還多是從定性上給出爐內(nèi)有無火焰的判據(jù)，對鍋爐實時燃燒狀態(tài)尚無法給出有指導(dǎo)意義的定量監(jiān)測結(jié)果。這也導(dǎo)致了個例的控制方法很難完全推廣到其他場合下的鍋爐運行優(yōu)化中。因此，從實際運行需要出發(fā)，對爐內(nèi)燃燒狀態(tài)給出及時可靠的實時定量指示，是提高鍋爐燃燒控制水平的有效方法，也是當(dāng)前急需解決的問題。目前鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整通常的做法是，進行多工況的試驗研究，進而確定提高鍋爐燃燒效果的最佳工況及鍋爐在某煤種和設(shè)備狀態(tài)下的最優(yōu)控制值。但實際運行中，鍋爐參數(shù)如煤質(zhì)，設(shè)備操作特性會經(jīng)常發(fā)生變動，而變動后的鍋爐對應(yīng)的最佳運行方式會由于時間、人員、技術(shù)等因素的影響，無法及時確定。試驗的方法無法保證鍋爐一直保持在最優(yōu)工況下運行。這種非最優(yōu)的運行方式會直接造成電力生產(chǎn)過程中的隱形損失。這種隱形損失，在近幾年我國電力生產(chǎn)用煤困難、設(shè)備制造欠成熟、多數(shù)火電機組參與調(diào)峰的情況下，表現(xiàn)更為明顯。一臺600MW機組鍋爐效率影響0.5%，全年運行5000小時，累計影響燃煤量將約合I萬噸煤。對300MW及其以下機組，這種損失量的比例還更大。因此非最優(yōu)工況運行造成的燃煤損失是巨大的，同時造成的能源浪費和環(huán)境污染也是巨大的。及時有效的燃燒監(jiān)控方法是解決此類問題的首選方案。爐內(nèi)煤粉燃燒非線性特征問題，在國際國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域研究中方興未艾。近年來國際上美國、加拿大、瑞典等國，國內(nèi)浙江大學(xué)、東南大學(xué)、四川大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華北電力大學(xué)等大學(xué)均開展了有關(guān)兩相流流動的非線性特性和煤粉鍋爐爐內(nèi)混沌特性參數(shù)的研究。研究表明爐內(nèi)過程存在混沌、分形等非線性特性，但還均未在爐內(nèi)燃燒非線性特征應(yīng)用上充分展開。對實爐煤粉燃燒過程非線性特性機理及實爐煤粉燃燒非線性特性與燃燒影響因素關(guān)系的研究還鮮見報道。因此從整體上將，非線性科學(xué)在傳統(tǒng)能源領(lǐng)域的應(yīng)用還有待進一步推廣，這正是本實用新型測試儀器開發(fā)及應(yīng)用研究的技術(shù)背景。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種基于爐內(nèi)非線性特征測試的煤粉鍋爐實時燃燒狀態(tài)測量裝置，它利用煤粉燃燒理論選擇確定合適的現(xiàn)場一次信號類型及測量位置，利用非線性系統(tǒng)理論計算爐內(nèi)燃燒狀態(tài)的非線性特征，采用爐內(nèi)非線性特征測量裝置，實現(xiàn)了煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)的實時定量顯示；通過為實際運行煤粉鍋爐提供有效的煤粉燃燒狀態(tài)定量監(jiān)測手段，可大大強化煤粉鍋爐實時燃燒優(yōu)化調(diào)整，進一步完善電站鍋爐燃燒調(diào)整手段，進而達到優(yōu)化煤粉鍋爐燃燒的目的。本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，它包括至少一套安裝在鍋爐爐膛上的燃燒非線性信號測量元件，燃燒非線性信號測量元件與前置信號處理裝置連接，前置信號處理裝置與煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置相連。所述燃燒非線性信號測量元件為爐內(nèi)溫度測量元件、爐內(nèi)壓力測量元件或火焰強度測量元件。所述爐內(nèi)溫度測量元件為非接觸式紅外測溫元件或抽氣熱電偶。所述爐內(nèi)壓力測量元件為取壓管，取壓管固定在鍋爐水冷壁鰭片上。所述火焰強度測量元件為FORNEY 45FSI型火檢裝置。本實用新型中的測量元件安裝在鍋爐爐膛四周，并與前置信號處理裝置連接，處理后的信號進入煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置，獲得鍋爐燃燒的非線性特性和狀態(tài)指示。測量元件的安裝位置的選擇需要根據(jù)爐內(nèi)燃燒狀況選擇合適的安裝位置，具體位置的選擇需要利用燃燒理論分析。根據(jù)現(xiàn)場情況選擇一種或多種一次元件形式，設(shè)計確定相適應(yīng)的前置信號處理裝置。如果選擇溫度測量元件，前置信號處理器應(yīng)包含溫度數(shù)據(jù)采集，冷端補償功能。對于水冷抽氣熱電偶，還應(yīng)具有冷卻水流量控制，冷卻水溫度檢測，水冷槍進退控制及水冷槍保護功能。如果選擇火檢裝置，前置信號處理器應(yīng)包括火檢信號采集，火檢冷卻裝置控制功能。如果選擇爐內(nèi)壓力測量裝置，前置信號處理器應(yīng)具有壓力變送裝置，取壓裝置反吹防堵功能?？傊?，前置信號處理器具備測量信號選擇，模數(shù)轉(zhuǎn)換和一次元件控制、保護功能。溫度壓力數(shù)據(jù)采集可采用TDAM7016-24數(shù)據(jù)采集模塊，抽氣熱電偶可采用JY2000型。前置信號處理器是壓力、溫度、火檢裝置信號處理器或它們的集成裝置。煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置可對測量單元進行參數(shù)設(shè)定及修正，完成測試元件的選擇，非線性特性計算及爐內(nèi)燃燒狀態(tài)的實時顯示。裝置利用燃燒非線性信號測量元件和前置信號處理裝置采集的爐內(nèi)實時信號，對爐內(nèi)燃燒的實時非線性特征進行計算。非線性特征包括但不僅限于信號的分形維、關(guān)聯(lián)維、Hurst指數(shù)、Lyapunov指數(shù)、Kolmogorov熵和各種統(tǒng)計信息。利用前期試驗建立起來的非線性特征量和爐內(nèi)燃燒狀態(tài)指標(biāo)如燃燒穩(wěn)定性、燃燒效率、飛灰含碳量、鍋爐排放指標(biāo)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或關(guān)聯(lián)模型即燃燒狀態(tài)分析模型，可以確定實時爐內(nèi)燃燒狀態(tài)的指示輸出。煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置的型號可采用:MCC DAQ設(shè)備或利用現(xiàn)場DAS、SIS系
統(tǒng)接口。本實用新型的有益效果為:1、給出了煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置形式。通過將燃燒非線性特征與燃燒狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，可提供穩(wěn)定可靠的爐內(nèi)燃燒狀態(tài)指示。有益于鍋爐實時燃燒優(yōu)化調(diào)整，提高鍋爐煤種適應(yīng)性能及機組運行的安全穩(wěn)定能力。[0020]2、構(gòu)建了煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測試裝置。

圖1為本實用新型的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置功能示意圖；圖中，1.鍋爐爐膛；2.燃燒非線性信號測量元件；3.前置信號處理裝置；4.煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。圖1中，一種基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，它包括安裝在煤粉鍋爐爐膛I上的燃燒非線性信號測量元件2，有爐內(nèi)溫度測量元件(非接觸式紅外測溫元件)、爐內(nèi)壓力測量元件(固定在鍋爐水冷壁鰭片上的取壓管)或火焰強度測量元件(FORNEY 45FSI型火檢裝置)，燃燒非線性信號測量元件2與前置信號處理裝置3(TDAM7016-24數(shù)據(jù)采集模塊或JY2000型抽氣熱電偶信號處理裝置)和煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置4 (為電腦)連接。圖2中，信號經(jīng)前置信號處理裝置處理進入燃燒非線性特性分析裝置，獲得并顯示燃燒信號的非線性特征信號，非線性特征信號進入燃燒狀態(tài)分析模型，輸出實時鍋爐燃燒狀態(tài)指示。
權(quán)利要求1.一種基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，其特征是，它包括至少一套安裝在鍋爐爐膛上的燃燒非線性信號測量元件，燃燒非線性信號測量元件與前置信號處理裝置連接，前置信號處理裝置與煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，其特征是，所述燃燒非線性信號測量元件為爐內(nèi)溫度測量元件、爐內(nèi)壓力測量元件或火焰強度測量元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，其特征是，所述爐內(nèi)溫度測量元件為非接觸式紅外測溫元件或抽氣熱電偶。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，其特征是，所述爐內(nèi)壓力測量元件為取壓管，取壓管固定在鍋爐水冷壁鰭片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，其特征是， 所述火焰強度測量元件為FORNEY 45FSI型火檢裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種基于爐內(nèi)非線性特征的煤粉鍋爐燃燒狀態(tài)測量裝置，尤其涉及利用爐內(nèi)燃燒混沌、分形等非線性特性確定鍋爐燃燒狀態(tài)并給出定量指示的裝置。它利用煤粉燃燒和非線性系統(tǒng)理論，采用合理的爐內(nèi)燃燒信號采集裝置，實現(xiàn)對爐內(nèi)燃燒非線性特征的提取分析，進而獲得煤粉鍋爐實時燃燒狀態(tài)指示。通過本方法和裝置的使用，可提高鍋爐實時燃燒優(yōu)化能力，提高鍋爐燃燒的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)為它包括至少一套安裝在鍋爐爐膛上的燃燒非線性信號取樣裝置，取樣裝置與前置信號處理裝置連接，處理后的信號連接至燃燒非線性特征分析裝置和鍋爐燃燒狀態(tài)分析裝置。
文檔編號F23M11/04GK203082916SQ20132007917
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月21日
發(fā)明者牛蔚然 申請人:山東電力集團公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司