91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

 渠曉軍1  催旭陽1,2  呂沁陽1  金  喆1  蘇鐵熊1  馬理強(qiáng)1

 （中北大學(xué)朔州校區(qū)1，山西朔州036000；天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2，天津300072）

摘要：目前，以聲學(xué)測(cè)溫與紅外測(cè)溫兩種測(cè)溫方法單一構(gòu)建的溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無法達(dá)到工程預(yù)期的精度要求。為此，通過對(duì)聲學(xué)及紅外測(cè)溫的基本理論進(jìn)行研究，利用數(shù)學(xué)建模得到Area -X耦合函數(shù)，并構(gòu)建由數(shù)值收集、信號(hào)轉(zhuǎn)化、信號(hào)擬合等模塊組成的聲學(xué)與紅外耦合測(cè)溫的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。構(gòu)建的溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有機(jī)結(jié)合聲學(xué)測(cè)溫與紅外測(cè)溫兩者在測(cè)溫方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高對(duì)鍋爐爐膛溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)在線測(cè)控的精確度。

關(guān)鍵詞：測(cè)溫技術(shù)紅外測(cè)溫聲學(xué)測(cè)溫函數(shù)建模溫度場(chǎng)重建系統(tǒng)構(gòu)建耦合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)  電站

中圖分類號(hào)：TH -3；TP27DOI:10. 16086/j. cnki. issn  1000 - 0380. 201606008

0引言

 現(xiàn)代大型燃煤電站鍋爐中，鍋爐爐膛溫度場(chǎng)分布的精確求解和可視化對(duì)于實(shí)現(xiàn)電廠低污染排放、有效并安全運(yùn)行、揭示燃燒過程的現(xiàn)象、反映燃燒的實(shí)質(zhì)和規(guī)律都有著重要的價(jià)值和科學(xué)意義�，F(xiàn)有可行的測(cè)溫方法主要分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測(cè)溫以熱電偶為主，但由于其元件存在易受干擾、壽命短、只能測(cè)量單點(diǎn)溫度等缺陷，難以滿足現(xiàn)代工程的要求。以聲學(xué)法、紅外法和散射光譜法等為代表的非接觸式測(cè)溫法，以其測(cè)量范圍廣、安全性高等特點(diǎn)，逐漸成為現(xiàn)代爐膛測(cè)溫的主要手段。本文嘗試探尋一種基于紅外測(cè)溫法和聲學(xué)法二者耦合的測(cè)溫方法，并研制一種聲學(xué)與紅外耦合測(cè)溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)溫的優(yōu)化。

1  紅外與聲學(xué)溫度測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀分析

1.1現(xiàn)有測(cè)量爐膛溫度分布的技術(shù)分析

 隨著對(duì)鍋爐爐膛測(cè)量溫度技術(shù)需求的持續(xù)提高，溫度測(cè)量技術(shù)也不斷改進(jìn)。測(cè)量技術(shù)發(fā)展至今，不僅有技術(shù)較為成熟的直接接觸測(cè)溫法，還有以聲學(xué)測(cè)溫等為代表的非接觸測(cè)溫法。直接接觸測(cè)溫法應(yīng)用最早，該方法將測(cè)溫設(shè)備布置在溫度場(chǎng)中進(jìn)行測(cè)量，但其測(cè)溫周期不宜過長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)爐膛的在線監(jiān)控測(cè)溫。而非直接接觸測(cè)溫方法，在測(cè)量的過程中不與爐膛內(nèi)燃料進(jìn)行接觸，因此對(duì)被測(cè)物的溫度分布影響很小，在鍋爐燃燒這種快速變化且不恒定的熱力過程中，溫度測(cè)量的精度更高。

1.2紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

 紅外測(cè)溫以熱力學(xué)第三定律為理論基礎(chǔ)，通過紅外光波本身具備的強(qiáng)溫度效應(yīng)來捕捉被測(cè)物體的輻射，并且運(yùn)用紅外光波的基本定律，將這些輻射轉(zhuǎn)換為便于觀察與研究分析的數(shù)據(jù)。這種方法具有反應(yīng)速度快、測(cè)量溫度寬、監(jiān)視溫度場(chǎng)整體分布的優(yōu)點(diǎn)，也具有成本高、抗干擾能力弱、無標(biāo)準(zhǔn)可依等缺點(diǎn)。當(dāng)前，應(yīng)用紅外手段進(jìn)行溫度測(cè)量已成為測(cè)溫方法應(yīng)用

領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，得到了有效的實(shí)踐。

1.3聲學(xué)測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

 聲學(xué)測(cè)溫是當(dāng)前鍋爐測(cè)溫手段中較為常用的一種非接觸式溫度測(cè)量技術(shù)。其主要原理是通過在爐膛兩側(cè)設(shè)置聲波發(fā)射器和接收器，在測(cè)量路徑已確定的情況下，已知聲速即可測(cè)得測(cè)量路徑上的平均速度，從而算出其平均溫度。這種方法具有探測(cè)范圍大、性價(jià)比高以及可以將爐內(nèi)的溫度場(chǎng)信息實(shí)時(shí)可視化的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它也有易受強(qiáng)噪聲影響以及只能測(cè)量二維溫度場(chǎng)的缺陷。當(dāng)前，聲學(xué)測(cè)溫法在國(guó)際上已經(jīng)得到了許多研究機(jī)構(gòu)和電力企業(yè)的關(guān)注，有著很大的發(fā)展前景。

1.4兩者耦合的理論基礎(chǔ)及應(yīng)用性分析

 通過分析紅外測(cè)溫和聲學(xué)測(cè)溫各自的優(yōu)缺點(diǎn)，得出兩者的優(yōu)勢(shì)可以互補(bǔ)的結(jié)論，具體分析如表1所示。

 基于表1的對(duì)比和分析，鍋爐爐膛的聲學(xué)測(cè)溫技術(shù)和紅外CT測(cè)溫技術(shù)的耦合測(cè)溫技術(shù)在以下幾個(gè)方面是可行的。①在安裝性價(jià)比、測(cè)量過渡時(shí)間、測(cè)量溫度及空間范圍等方面，兩者可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而得出更加精確實(shí)時(shí)的爐膛溫度。②在測(cè)量中，兩者都要實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)的建立。雖然紅外CT法難以實(shí)現(xiàn)三維溫度場(chǎng)的重建，但通過聲學(xué)法的重建可以彌補(bǔ)這一缺陷。③兩者測(cè)溫基理不同，紅外CT的電磁波和聲學(xué)的機(jī)械波互不干擾，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度場(chǎng)的測(cè)量。

2紅外與聲學(xué)耦合測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)建

 依據(jù)我國(guó)火電廠現(xiàn)有的溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)架，構(gòu)建了如圖1所示的聲學(xué)與紅外耦合測(cè)溫的溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為數(shù)值收集、信號(hào)轉(zhuǎn)化、信號(hào)擬合、信號(hào)顯示四個(gè)部分。整個(gè)系統(tǒng)的工作路徑采用“2 +1”的形式，即傳統(tǒng)的聲電、光電信號(hào)鏈條以及信號(hào)擬合、輸出路徑。其中Area -X信號(hào)擬合器作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，主要對(duì)聲、光信號(hào)引起的電信號(hào)進(jìn)行擬合，并將壞值反饋至收集模塊進(jìn)行調(diào)整。

2.1  系統(tǒng)數(shù)值收集模塊分析

 數(shù)值收集模塊原理如圖2所示。其中，聲學(xué)探測(cè)器用來收集以聲學(xué)為基礎(chǔ)測(cè)量的爐膛溫度數(shù)據(jù)，紅外探測(cè)儀用來收集以光學(xué)為基礎(chǔ)測(cè)量的爐膛溫度的數(shù)據(jù)。將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，并送人下一個(gè)系統(tǒng)模塊。

 將通過紅外測(cè)溫的元件布置于爐膛的四角處，得到兩條測(cè)溫路徑；將通過聲學(xué)測(cè)溫的裝置布置于測(cè)量面每條線的中點(diǎn)位置，得到六條測(cè)溫路徑，如圖3所示。

2.2系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊分析

 信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊的電路分析如圖4所示。在圖4(a)所示聲電轉(zhuǎn)換等效電路中，聲學(xué)電路與電學(xué)電路需要通過一個(gè)耦合器進(jìn)行連接，完成聲學(xué)與電學(xué)信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)化。在圖4(b)所示的光電轉(zhuǎn)化電路中，通過一系列傳感器和集成運(yùn)算放大電路來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)化，使信號(hào)收集模塊所收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，進(jìn)而有利于在耦合系統(tǒng)中進(jìn)行處理。

2.3  系統(tǒng)耦合模塊分析

2. 3.1聲學(xué)測(cè)溫模塊分析

 系統(tǒng)通過安裝在對(duì)稱爐墻面上的聲波發(fā)射器和接收器構(gòu)成的聲學(xué)裝置，進(jìn)行有效的測(cè)溫；通過布置在爐內(nèi)的接收器，接收由發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)并輸出。測(cè)量的每條路徑長(zhǎng)度是確定的，通過以下測(cè)量溫度的公式，可以快速、有效地得出各條測(cè)量路徑上的平均溫度。

  通過計(jì)算機(jī)仿真，采用線性插值方法重建二維溫度場(chǎng)，得到圖3測(cè)量點(diǎn)所在研究水平面的溫度分布關(guān)系函數(shù)式：

2.3.2紅外測(cè)溫模塊分析

 考慮到鍋爐爐膛中復(fù)雜的燃燒條件，將紅外區(qū)的波段作為測(cè)量的光譜波段。紅外測(cè)溫利用普朗克輻射定律的原理測(cè)量燃燒過程的溫度。在爐膛燃燒條件之下，普朗克公式可由維恩公式代替：

 基于平方反比法的基理，模擬出某一平面的溫度場(chǎng)，得出紅外測(cè)量點(diǎn)溫度之間的相關(guān)關(guān)系函數(shù)為：

2.3.3測(cè)溫耦合函數(shù)Area -X的擬合

 將爐膛內(nèi)側(cè)測(cè)溫區(qū)劃分為A、B區(qū)域，如圖5所示。

 依據(jù)前文得出的聲學(xué)測(cè)溫和紅外測(cè)溫的溫度關(guān)系式進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，擬合出在兩者共同測(cè)量的結(jié)果下，溫度場(chǎng)Area -X耦合函數(shù)：

 式(8)所示的數(shù)學(xué)模型是指通過將聲學(xué)測(cè)溫法和紅外測(cè)溫法進(jìn)行耦合計(jì)算測(cè)量點(diǎn)的溫度模型，同時(shí)該模型對(duì)于測(cè)量點(diǎn)的定義有一定區(qū)別。

 當(dāng)溫度測(cè)量點(diǎn)位于area -B時(shí)，其測(cè)溫特征是：由于紅外不能測(cè)量爐膛中心的溫度，所以溫度表達(dá)式聲學(xué)所占計(jì)算擬合系數(shù)的比例更大。當(dāng)溫度測(cè)量點(diǎn)位于area -A時(shí)，其測(cè)溫特征是：由于紅外所測(cè)精度更高，所以溫度表達(dá)式中紅外所占計(jì)算擬合系數(shù)的比例更大。

2.4  系統(tǒng)顯示輸出模塊分析

 將聲學(xué)測(cè)溫和紅外測(cè)溫耦合的測(cè)溫系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、轉(zhuǎn)化、擬合，接入計(jì)算機(jī)后輸入電廠爐膛溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐膛的溫度分布。

3耦合系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)分析

 對(duì)于測(cè)量結(jié)果而言，該耦合系統(tǒng)可以提高測(cè)量精度。由于該系統(tǒng)的布置旨在對(duì)不同爐膛區(qū)域采取不同的耦合系數(shù)，即聲學(xué)測(cè)量和紅外測(cè)量所占測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的百分比不同，因此能更精確地實(shí)現(xiàn)鍋爐爐膛溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。對(duì)于不同的測(cè)量范圍，本文提出的耦合系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)爐膛區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全方位立體化的監(jiān)測(cè)；所擬合的相關(guān)函數(shù)關(guān)系式是基于聲學(xué)和紅外獨(dú)立測(cè)量所采用的溫度函數(shù)關(guān)系得到的，更能適應(yīng)爐膛各處不同溫度區(qū)域的溫度計(jì)算。相比單一構(gòu)建聲學(xué)或者紅外的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該耦合系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)又節(jié)省了一部分設(shè)備安裝和后續(xù)維護(hù)所需的經(jīng)費(fèi)。

4結(jié)束語

 在鍋爐燃燒過程中，溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的有效利用直接關(guān)系到鍋爐燃燒效率，以及燃燒過程中釋放污染物的成分和含量的多少。測(cè)量溫度場(chǎng)的精確度，將對(duì)研究、預(yù)測(cè)和診斷鍋爐燃燒狀態(tài)產(chǎn)生影響。本文探討了將聲學(xué)和紅外的測(cè)溫原理方程進(jìn)行有效結(jié)合的技術(shù)發(fā)展情況，分析總結(jié)兩者在測(cè)溫方面的耦合優(yōu)勢(shì)，通過減小誤差實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐爐膛溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示。