一種爐膛溫度測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種爐膛溫度測量方法，包括：該方法通過直接對火檢光纖的光電信號進行數(shù)字濾波計算，獲得其直流成分之后，通過測量鍋爐冷態(tài)啟動時本噴燃器未投運時的初始溫度，以及測量給粉機不同轉(zhuǎn)速下的實測溫度以及對應(yīng)的直流成分的大小，并采用線性回歸方法獲得直流成分與溫度間的關(guān)系曲線。最終實現(xiàn)爐膛的在線溫度測量。本發(fā)明有益效果：可以通過火檢探頭實現(xiàn)爐膛溫度的立體在線監(jiān)測；采用本發(fā)明提出的爐膛溫度測量方法不需要添加額外的傳感器，也不需要工程改造，是一種最經(jīng)濟的測溫解決方案。
【專利說明】一種爐膛溫度測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及火力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種爐膛溫度測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在火力發(fā)電機組中，鍋爐分為兩大類，一種為煤粉鍋爐，另一種為循環(huán)流化床鍋 爐。前者，煤炭被磨煤機磨成粉狀后通過送風(fēng)機送進爐膛燃燒，后者主要是為了環(huán)保的需 要，對一些含有大量煤矸石的劣質(zhì)煤炭進行處理而出現(xiàn)的一種非主力發(fā)電方式。目前絕大 多數(shù)的火力發(fā)電機組為煤粉燃燒方式。要保證爐膛安全運行，首要任務(wù)是保證火焰均勻燃 燒，使爐膛各受熱面均勻受熱，使受熱面溫度時刻處于安全區(qū)間內(nèi)。要達到這一目標，除了 必須根據(jù)鍋爐設(shè)計參數(shù)燃燒設(shè)計煤種外，運行中的一次風(fēng)、噴燃器擺動、風(fēng)向、二次風(fēng)等都 對溫度場的分布有直接影響。溫度場偏離設(shè)計值，輕者造成水冷壁金屬管道的疲勞，縮短壽 命，嚴重者直接造成水冷壁爆裂。因此，維持爐膛溫度場的均勻燃燒事關(guān)發(fā)電的安全經(jīng)濟運 行。
[0003] 由于爐膛燃燒時中心溫度達1000攝氏度以上，噴燃器出口處的溫度也達數(shù)百度， 無法直接測量，因此，目前還沒有一套成熟的技術(shù)實現(xiàn)全爐膛在線測溫。目前的測溫方法 有，運行人員定期的觀察孔紅外測溫儀法，在線超聲波測溫法，在線激光測溫法。無論超聲 波還是激光測溫法，都需要在水冷壁上安裝專門的發(fā)射和接收裝置，不僅工程改動大，影響 鍋爐安全和效率，而且只測量一個截面的溫度，實用價值不大，因此，兩種方法都未得到大 范圍推廣應(yīng)用。
[0004] 火焰檢測裝置是爐膛安全運行的必備裝置?；饳z探頭的前端是光纖透鏡，與噴燃 器安裝在一起，對300MW機組來說，煤粉噴燃器一般布置在爐膛四角，分四層，共16個，包括 三層四角的12個油火焰檢測器，共有28個。600MW機組噴燃器為前后墻對吹方式，一般可 達48個，1000MW機組則達到96個?；饳z探頭可實現(xiàn)全爐膛立體觀測。因此，利用火檢信號 觀測溫度不需要額外的工程改造，是在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上的挖潛改造，具有重要意義和重大 的經(jīng)濟社會效益。
[0005] 從火焰檢測原理上看，由于爐膛中紅外光約占90%，可見光約10%，紫外光約占 2%，因此，目前火檢以檢測紅外光為主。紅外光的檢測一般采用硫化鉛光敏電阻作為傳感 器。紅外輻射越強，光敏電阻的阻值越小，因此，可通過檢測光敏電阻的阻值的來檢測紅外 光輻射強度。光電轉(zhuǎn)換器將電阻轉(zhuǎn)換為電壓和電流信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D)和采樣處 理后由計算機分析處理。從信號特征上看，燃燒中的火焰信號既有直流成分，也有交流成 分。交流成分實際反映了火焰的閃爍特征，直流成分反應(yīng)的是平均紅外輻射成分，因此，采 用直流成分便可間接獲得爐膛溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明通過對火焰檢測器光纖傳感器的電信號進行數(shù)字濾波，獲得紅外平均輻射 強度，再通過將該強度信號與不同工況下的標準測量值進行多點測量和曲線擬合，最后獲 得該觀測點的溫度一福射強度關(guān)系曲線，從而實現(xiàn)了爐膛的在線測溫。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種爐膛溫度測量方法，包括以下步驟：
[0009] 1)直流信號檢測與分離：通過對火焰檢測裝置中光電轉(zhuǎn)換器的信號進行實時數(shù) 字濾波分析，分離出其中代表紅外平均輻射強度的直流成分；
[0010] 2)冷態(tài)溫度測量：觀測點燃燒器投運前，測量該觀測點的火檢光纖透鏡出口處的 溫度，以此作為該監(jiān)測點的"初始"溫度％ ;
[0011] 3)熱態(tài)溫度測量：觀測點噴燃器點燃后，調(diào)整給粉機轉(zhuǎn)速，使得給煤量從最小到 最大，分別測量給粉機不同轉(zhuǎn)速時的溫度值以及每個轉(zhuǎn)速下火檢信號的直流成分大??；
[0012] 4)用線性回歸方法擬合上述測量數(shù)據(jù)，得到該觀測點的溫度一輻射強度關(guān)系曲 線，利用該曲線的函數(shù)關(guān)系，由實時測量的直流強度推算出其對應(yīng)的溫度；
[0013] 5)定期修正：由于不同煤種的發(fā)熱量不同，如果更換了煤種，則需重復(fù)進行步驟 2)到步驟4)，以獲得新的溫度曲線。
[0014] 所述步驟1)中分離出其中代表紅外平均輻射強度的直流成分的具體方法為 ：
[0015] 將經(jīng)過數(shù)字濾波后的信號u(t)表示為一個基頻為的傅立葉函數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種爐膛溫度測量方法，其特征是，包括以下步驟： 1) 直流信號檢測與分離：通過對火焰檢測裝置中光電轉(zhuǎn)換器的信號進行實時數(shù)字濾 波分析，分離出其中代表紅外平均輻射強度的直流成分； 2) 冷態(tài)溫度測量：觀測點燃燒器投運前，測量該觀測點的火檢光纖透鏡出口處的溫 度，以此作為該監(jiān)測點的"初始"溫度aQ ; 3) 熱態(tài)溫度測量：觀測點噴燃器點燃后，調(diào)整給粉機轉(zhuǎn)速，使得給煤量從最小到最大， 分別測量給粉機不同轉(zhuǎn)速時的溫度值以及每個轉(zhuǎn)速下火檢信號的直流成分大??； 4) 用線性回歸方法擬合上述測量數(shù)據(jù)，得到該觀測點的溫度一輻射強度關(guān)系曲線，利 用該曲線的函數(shù)關(guān)系，由實時測量的直流強度推算出其對應(yīng)的溫度； 5) 定期修正：由于不同煤種的發(fā)熱量不同，如果更換了煤種，則需重復(fù)進行步驟2)到 步驟4)，以獲得新的溫度曲線。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種爐膛溫度測量方法，其特征是，所述步驟1)中分離出其中 代表紅外平均輻射強度的直流成分的具體方法為： 將經(jīng)過數(shù)字濾波后的信號u (t)表示為一個基頻為w的傅立葉函數(shù)：
其中，Utl為直流分量，為直流分量衰減系數(shù)；Uk為第k次諧波的幅值；《為基波電流 或電壓的角頻率；9 k為第k次諧波的初始相角，k = 1，2,…，M ; 將（1-1)式中的UcieTxt按泰勒級數(shù)展開，取前兩項，則： U〇e Xt^ Ug-Ug A. t (1-2) 將（1-1)式中的sin(kc〇t+0k)按三角函數(shù)展開整理，則： Uksin (k W t+0 k) = sin (k W t) Ukcos ( 0 k)+cos (k W t) Uksin ( 0 k) (1-3) 上式中，UkC〇S ( 0 k)和UkSin ( 0 k)分別為需要測量的第k次諧波相量的實部和虛部；根 據(jù)最小二乘方判據(jù)，每次采樣后將得到如下一個方程：
h為第i次采樣時刻，經(jīng)過連續(xù)N次采樣后，將得到N個方程，將％、Utl A，以及所有諧 波的實部和虛部作為未知量，且用矩陣表示，則N次采樣結(jié)果可用如下矩陣方程表示：
用A表示N行，2 (M+1)列的系數(shù)矩陣，用X表示單列2 (M+1)行的待測變量矩陣，用U表 示單列采樣矩陣，則上述采樣矩陣可表示為： A ? X = U (1-5) 如果常數(shù)矩陣A的逆矩陣為A'則： X = A-1 ? U (1-6) 其中，逆矩陣的維數(shù)為2 (M+1)行，N列；Al卩是最小二乘濾波器，如果用％表示其 第1行第」列的元素，則，1 = 1，2，?，2(1+1);」=1，2，*"^; 根據(jù)矩陣X的定義和方程（1-6)，則直流成分Utl具體為：
3. 如權(quán)利要求1所述的一種爐膛溫度測量方法，其特征是，所述步驟3)中通過熱態(tài)溫 度測量，通過調(diào)整給粉機轉(zhuǎn)速，用紅外測溫儀分別測量給粉機轉(zhuǎn)速10 %，25 %，50 %，75 %， 100%時的溫度并記錄相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的火檢信號的直流成分的大小，對應(yīng)的紅外溫度測量儀 的記錄值分別為：W1, W2, W3, W4, W5 ;對應(yīng)的直流量大小分別為U1, U2, U3, U4, U5。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種爐膛溫度測量方法，其特征是，所述步驟4)的具體方法 為： 假設(shè)溫度w (t)與輻射強度（直流量）U (t)之間符合如下關(guān)系： W (t) = Bc^a1U (t)+a2U2 (t)+a3U3 ⑴ (2-1) 其中，此處的％即為步驟2)所述的初始溫度％ ; 則： Bc^a1Uja2U1Wa3U 13 = W1 a〇+a1U2+a2U22+a 3U23 = W2a〇+aiU3+a2U3 2+a3U33 = W3SL0^a1U4： jra^A = w4 Bc^a1Ufa2U5Wa3U 53 = 其中，％為已知變量，ai、a2、a3為未知變量，用列矩陣A表示，維數(shù)為4x1 ;輻射強度矩 陣用矩陣U表示，維數(shù)為5x4,溫度量用矩陣W表示，維數(shù)為5x1，上述線性回歸方程可表示 為如下矩陣方程： U ? A = W (2-2) 如果U存在逆矩陣r1，則： A = T1 ? W 其中，IT1維數(shù)為4x5 ; 通過公式（2-2)，便得到公式（2-1)中的未知系數(shù)ai、a2、a3，從而也就實現(xiàn)了該點溫度 的實時在線測量。
【文檔編號】G01J5/10GK104330171SQ201410606026
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】丁衛(wèi)東, 邱嶺, 鄭承華, 于永博 申請人:山東泰景電力科技有限公司