CN112050965A - 一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置及方法，在声波测温***中引入测量区域平均烟气成分实时反馈信号，原声波测温***测量并计算得出初始烟气温度，气体常数修正模块通过初始烟气温度及烟气成分计算烟气平均摩尔质量、平均比热比等参数，最终计算得出修正后气体常数，经过多次迭代得到最终修正烟气温度，最终修正烟气温度已完全考虑了烟气成分变化的影响，采用实测的烟气成分对气体常数进行修正计算，温度场测量结果准确性提高，更接近实际值，即使烟气成分发生较大波动，也可完成精确测温，且烟气成分变动越大，修正效果越显著。
Description
技术领域
本发明属于声波测温技术领域，具体涉及一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置及方法。
背景技术
在工业生产中，例如火力发电厂、炼钢厂、垃圾焚烧处理厂等，燃烧温度和过程烟气温度分布都是能直接反映生产工况好坏的重要参数。准确地测量燃烧、烟气温度对优化设备运行状况、提升产品品质以及控制污染物排放等均起到关键性的作用。
目前常用的工业温度测量手段主要分为接触式和非接触式两种，由于工业生产中燃烧及烟气产物温度较高，且烟气存在灰分高、湿度大等情况，传统接触式测量方法受测量原件材料及测量环境的限值，无法完成长时间准确在线测量。而且接触式测量法一般只能反映单点温度，要想监测截面温度分布需要布置大量测点，日常维护工作量较大。为了适应高温、高湿、多尘、腐蚀等恶劣环境下的温度测量需求，声波测温法已经引入并应用在各种工业生产过程中，其主要原理为测量发射和接收装置之间气体路径上声波传递的平均速度，通过温度与声速间的函数关系求解计算烟气平均温度。
声波测温法中温度与声速对应关系与气体组成成分相关，由于当前声波测温***的应用案例主要集中在电站燃煤锅炉上，工况稳定性相对较好，燃烧产生的烟气成分变化不大，故现有声波测温***测算时均未考虑测量区域烟气成分变化造成的影响，带来了一定的误差。这一误差在燃烧混煤的燃煤锅炉以及垃圾焚烧炉、生物质锅炉等燃料成分不稳定或进料不连续的情况下将被进一步放大，造成较大的测量偏差。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置及方法，解决现有声波测温***在烟气成分变动较大的情况下测量结果误差大的技术问题。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置，包括：声波信号发射模块、声波信号接收模块、路径声速计算模块、烟气温度计算模块、温度场还原模块、烟气成分测量模块和气体常数修正模块，所述声波信号发射模块依次与声波信号接收模块、路径声速计算模块和烟气温度计算模块连接，烟气成分测量模块与气体常数修正模块连接再连接烟气温度计算模块，烟气温度计算模块与温度场还原模块连接；
通过引入烟气成分测量模块和气体常数修正模块得到测量区域平均烟气成分实时反馈信号，烟气温度计算模块与气体常数修正模块构成参数循环，通过设置初参数并实施迭代计算完成收敛并获得最终修正后的烟气温度，通过温度场还原模块进行温度场还原，获取炉膛截面温度场数据。
进一步的，所述声波信号发射模块包括沿信号传输方向依次连接的信号发生电路、信号放大电路、信号输出设备、信号记录电路，所述信号输出设备采用气动发声器或电动发声器，信号输出设备设有3个且分别布置于垃圾焚烧炉第一通道前墙及左右墙。
进一步的，所述声波信号接收模块包括与声波信号发射模块的信号输出设备连接的信号接收设备，所述信号接收设备设有9个，信号接收设备与信号输出设备之间共18条声波传输路径。
进一步的，所述烟气成分测量模块包括采样管、烟气混合器、伴热管线、烟气预处理、烟气分析仪，所述采样管共10根，垃圾焚烧炉第一通道左墙和右墙分别布置3根采样管，垃圾焚烧炉第一通道前墙和后墙分别布置2根采样管，其中后墙布置的2根采样管分别从左、右墙进入，贴着后墙延伸至布置位置，穿过垃圾焚烧炉第一通道与垃圾焚烧炉第二通道的隔墙进入第一通道。
一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置的修正方法，包括以下步骤：
1)初始数据获取
声波从信号发射模块发出，经过18条声波传输路径传输至信号接收模块，通过路径声速计算模块计算各条声波传输路径的声波飞渡时间，通过信号接收设备与信号输出设备之间的距离及声波信号飞渡时间计算声波平均传播速度：
c＝l/t (1)
式中，c为声波平均传播速度，单位为m/s；
l为信号接收设备与信号输出设备之间的距离，单位为m；
t为声波信号飞渡时间，单位为s；
烟气温度计算模块根据初始气体常数Z0计算得到初始烟气温度T0：
T0＝(c/Z0)2 (2)
式中，T0为初始烟气温度，单位为K；
Z0为初始气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
2)烟气成分分析及计算
烟气成分测量模块通过10根采样管抽取并混合后测量截面平均气体成分，获得测量区域烟气各组分体积浓度后上传至气体常数修正模块进行处理，得出修正后气体常数，具体为：
根据初始烟气温度计算或查表得出烟气各组分的定压比热容和定容比热容；
气体常数修正模块根据烟气各组分体积浓度及比热容计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比，计算得出修正后气体常数；
3)迭代计算
烟气温度计算模块与气体常数修正模块构成参数循环，通过设置初参数并实施迭代计算完成收敛并获得最终修正后的烟气路径平均温度；
根据步骤2)计算得出的修正后气体常数计算得到修正后的烟气路径平均温度：
Tj＝(c/Zj)2 (8)
式中，Tj为第j次修正后的烟气路径平均温度，j≥1，单位为K；
Zj为第j次修正计算气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
前后两次修正后的烟气温度不一致时，Tj≠Tj-1，将修正后的烟气温度带入步骤2)进行迭代计算；
4)结果分析
当连续两次迭代计算结果相等时，Tj＝Tj-1，获得所需最终修正烟气温度Tc＝Tj＝Tj-1，最终修正气体常数Zc＝Zj＝Zj-1，最终修正系数k＝Tc/T0；
5)温度场还原
烟气温度计算模块将数据传送至温度场还原模块进行处理，温度场还原模块采用修正后烟气平均温度对测量截面温度场进行还原，获取炉膛截面温度场数据，完成一次完整的烟气温度测量工作。
进一步的，步骤1)中，初始气体常数Z0由声波测温***生产厂家根据待测设备设计烟气成分计算给出或按文献中推荐定值19.08。
进一步的，步骤2)中，根据初始烟气温度计算或查表得出烟气各组分的定压比热容和定容比热容：
Cvi＝Cpi-R (4)
式中，T为烟气平均温度，单位为K；
Cpi为各烟气组分定压比热容，单位为J/(mol·K)；
Cvi为各烟气组分定容比热容，单位为J/(mol·K)；
C1～C5为拟合公式系数，不同烟气成分对应系数的数值不同。
进一步的，步骤2)中，气体常数修正模块根据烟气各组分体积浓度计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比及修正后气体常数：
式中，Z为修正后气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
γ为气体比热容比，无量纲参数；
R为普适气体常数，数值为8.314，单位为J/(mol·K)；
M为烟气平均摩尔质量，单位为kg/mol；
Mi为各烟气组分摩尔质量，单位为kg/mol。
进一步的，步骤2)中，烟气组分包括O2、CO2、N2、H2O、SO2、CO、NO等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置及方法，在声波测温***中引入测量区域平均烟气成分实时反馈信号，原声波测温***测量并计算得出初始烟气温度，气体常数修正模块通过初始烟气温度及烟气成分计算烟气平均摩尔质量、平均比热比等参数，最终计算得出修正后气体常数，烟气温度计算模块与气体常数修正模块间通过数据传递完成迭代计算，经过多次迭代得到最终修正烟气温度，最终修正烟气温度已完全考虑了烟气成分变化的影响，采用实测的烟气成分对气体常数进行修正计算，温度场测量结果准确性提高，更接近实际值，即使烟气成分发生较大波动，也可完成精确测温，且烟气成分变动越大，修正效果越显著。
附图说明
图1为本发明的工作流程框图；
图2为本发明的结构框图；
图3为本发明的修正装置在垃圾焚烧炉上的应用示意图；
图4为本发明图3中A-A剖视图；
图5为本发明图3中B-B剖视图；
图6为本发明的烟气成分测量模块在垃圾焚烧炉上的布置位置图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1-6所示，一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置，包括：声波信号发射模块、声波信号接收模块、路径声速计算模块、烟气温度计算模块、温度场还原模块、烟气成分测量模块和气体常数修正模块等7个模块，声波信号发射、声波信号接收、烟气成分测量模块为数据测量模块，烟气成分测量模块安装于垃圾焚烧炉A截面，声波信号发射模块、声波信号接收模块安装在B截面，声波信号发射模块依次与声波信号接收模块、路径声速计算模块和烟气温度计算模块连接，烟气成分测量模块与气体常数修正模块连接再连接烟气温度计算模块，烟气温度计算模块与温度场还原模块连接，烟气温度计算模块与气体常数修正模块构成参数循环，通过设置初参数并实施迭代计算完成收敛并获得最终修正后的烟气温度，通过温度场还原模块利用修正后烟气温度进行温度场还原，最终获得精确的炉膛截面温度场数据，精确的炉膛截面温度场数据已完全考虑了烟气成分变化的影响，测量结果准确性高，更接近实际值；
通过引入烟气成分测量模块和气体常数修正模块得到测量区域平均烟气成分实时反馈信号，计算测量区域烟气各组分体积浓度和初始烟气温度，根据烟气各组分体积浓度计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比及气体常数，进而求得修正后的气体常数及修正后的烟气温度，经过多次迭代得到所需最终修正烟气温度及炉膛截面温度场数据，最终修正烟气温度完全考虑烟气成分变化的影响。
声波信号发射模块包括沿信号传输方向依次连接的信号发生电路、信号放大电路、信号输出设备8、信号记录电路，信号输出设备8采用气动发声器或电动发声器，信号输出设备8设有3个且分别布置于垃圾焚烧炉第一通道前墙、左墙和右墙。
声波信号接收模块包括与声波信号发射模块的信号输出设备8连接的信号接收设备9、信号放大电路和信号记录电路，在垃圾焚烧炉第一通道前墙及左、右墙各布置3个信号接收设备9，共布置9个，其中3个信号接收设备9与3个信号输出设备8布置位置一致，信号接收设备9与信号输出设备8之间共18条声波传输路径，其中3条为双向路径，图5中的虚线即为声波传输路径。
信号发生电路产生信号并经过声波信号发射模块的信号放大电路放大后传至信号输出设备8，同时保存于信号记录电路，信号接收设备9通过18条声波传输路径接收信号输出设备8传输的信号并经过声波信号接收模块的信号放大电路进行信号放大，保存于声波信号接收模块的信号记录电路。
声波从信号发射模块发出，经18条传播路径后到达信号接收模块，由路径声速计算模块计算第m条路径声波飞渡时间tm及路径距离lm，可得到路径声速cm；烟气温度计算模块并通过设定气体常数Z0计算得到初始路径烟气平均温度Tm0＝(cm/Z0)2。
路径声速计算、烟气温度计算模块及温度场还原模块分别包括适配的信号采集电路、储存器、处理器，具有信号采集、保存和计算处理等功能，采用现有技术即可，在此不做赘述。
气体常数修正模块通过经换算获得的湿基烟气成分
及初始温度Tm0计算平均摩尔质量、平均比热比等参数，最终计算得出修正后气体常数Zj。
烟气温度计算模块与气体常数修正模块构成参数循环，即将Zj替代Z0可计算得到第m条路径迭代平均温度Tmj，通过迭代收敛获得最终修正后的烟气温度Tmc。
温度场还原模块利用最终修正后路径烟气温度Tmc进行温度场还原，所获得测量截面温度场T(x，y)精确度将显著提高。
烟气成分测量模块包括采样管1、烟气混合器2、伴热管线3、湿度传感器4、带抽气泵的烟气预处理5、烟气分析仪6和存储器7，烟气分析仪6为干烟气成分分析仪，采样管1共10根，在垃圾焚烧炉第一通道左墙和右墙分别布置3根采样管1，垃圾焚烧炉第一通道前墙和后墙分别布置2根采样管1，其中后墙布置的2根采样管1分别从左、右墙进入，贴着后墙(即第二通道前墙)延伸至布置位置，穿过垃圾焚烧炉第一通道与垃圾焚烧炉第二通道的隔墙进入第一通道，采样管1与烟气混合器2连通，烟气混合器2通过伴热管线3连通烟气预处理5再连通烟气分析仪6，伴热管线3上设置湿度传感器4，湿度传感器4和烟气分析仪6均与存储器7及气体常数修正模块连接通讯，烟气经采样管1从烟道抽出进入烟气混合器2，充分混合后经伴热管线3到达带抽气泵的烟气预处理5，期间，湿度传感器4检测获得进入烟气预处理5之前的原烟气的湿度参数，烟气经烟气预处理5的预处理后进入烟气分析仪6，进而获得干烟气中烟气成分参数，湿度传感器4和烟气分析仪6分别将检测得到的湿度参数及干烟气成分参数传输至存储器7并传递至气体常数修正模块进行处理。
一种用于提高声波测温***测量精度的修正方法，包括以下步骤：
1)初始数据获取
声波从信号发射模块发出，经过18条声波传输路径传输至信号接收模块，通过路径声速计算模块计算各条声波传输路径的声波飞渡时间，通过信号接收设备与信号输出设备之间的距离及声波信号飞渡时间计算声波平均传播速度：
c＝l/t (1)
式中，c为声波平均传播速度，单位为m/s；
l为信号接收设备与信号输出设备之间的距离，单位为m；
t为声波信号飞渡时间，单位为s；
烟气温度计算模块根据初始气体常数Z0计算得到初始烟气温度T0：
T0＝(c/Z0)2 (2)
式中，T0为初始烟气温度，单位为K；
Z0为初始气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
2)烟气成分分析及计算
烟气成分测量模块通过10根采样管抽取混合后测量截面平均气体成分，获得测量区域烟气各组分体积浓度后上传至气体常数修正模块进行处理，得出修正后气体常数；
根据初始烟气温度计算或查表得出烟气各组分的定压比热容和定容比热容；
气体常数修正模块根据烟气各组分体积浓度及比热容计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比，计算得出修正后气体常数；
3)迭代计算
烟气温度计算模块与气体常数修正模块构成参数循环，通过设置初参数并实施迭代计算完成收敛并获得最终修正后的烟气路径平均温度；
根据步骤2)计算得出的修正后气体常数计算得到修正后的烟气路径平均温度：
Tj＝(c/Zj)2 (8)
式中，Tj为第j次修正后的烟气路径平均温度，j≥1，单位为K；
Zj为第j次修正计算气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
前后两次修正后的烟气温度不一致时，Tj≠Tj-1，将修正后的烟气温度带入步骤2)进行迭代计算；
4)结果分析
当连续两次迭代计算结果相等时，Tj＝Tj-1，获得所需最终修正烟气温度Tc＝Tj＝Tj-1，最终修正气体常数Zc＝Zj＝Zj-1，最终修正系数k＝Tc/T0；
5)温度场还原
烟气温度计算模块将数据传送至温度场还原模块进行处理，温度场还原模块采用修正后烟气平均温度对测量截面温度场进行还原，获取炉膛截面温度场数据，完成一次完整的烟气温度测量工作。
步骤1)中，初始气体常数Z0由声波测温***生产厂家根据待测设备设计烟气成分计算给出或按文献中推荐定值19.08。
步骤2)中，根据初始烟气温度计算或查表得出烟气各组分的定压比热容和定容比热容：
Cvi＝Cpi-R (4)
式中，T为烟气平均温度，单位为K；
Cpi为各烟气组分定压比热容，单位为J/(mol·K)；
Cvi为各烟气组分定容比热容，单位为J/(mol·K)；
C1～C5为拟合公式系数，不同烟气成分对应系数的数值不同。
步骤2)中，气体常数修正模块根据烟气各组分体积浓度计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比及修正后气体常数：
式中，Z为修正后气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
γ为气体比热容比，无量纲参数；
R为普适气体常数，数值为8.314，单位为J/(mol·K)；
M为烟气平均摩尔质量，单位为kg/mol；
Mi为各烟气组分摩尔质量，单位为kg/mol。
步骤2)中，烟组组分包括O2、CO2、N2、H2O、SO2、CO、NO等。
实施例1
如图1-6所示，一种用于提高声波测温***测量精度的修正方法，在声波测温***中引入测量区域平均烟气成分实时反馈信号，计算测量区域烟气各组分体积浓度和初始烟气温度，根据烟气各组分体积浓度计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比及气体常数，进而求得修正后的气体常数及修正后的烟气温度，经过多次迭代得到所需最终修正烟气温度，包括以下步骤：
1)初始数据获取
获得声波测温***设置的初始气体常数Z0，通过声波传感器之间距离及声波信号飞渡时间计算声波平均传播速度c，计算得到初始烟气温度T0，获得测量区域烟气组分体积浓度数据。
步骤1)中，初始气体常数Z0由声波测温***生产厂家根据待测设备设计烟气成分计算给出或按文献中推荐定值19.08。
步骤1)中，声波平均传播速度c的计算步骤为：
声波传感器之间距离l及声波信号飞渡时间t通过以下公式计算得到声波平均传播速度c：
c＝l/t (1)
烟气温度计算模块根据初始气体常数Z0计算得到初始烟气温度T0：
T0＝(c/Z0)2 (2)
式中，T0为初始烟气温度，单位为K；
Z0为初始气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
2)根据烟气温度计算或查表得出烟气各组分的定压比热容及定容比热容；
步骤2)中，根据烟气温度计算或查表得出烟气各组分的定压比热容Cpi和定容比热容Cvi：
Cvi＝Cpi-R (4)
其中：
T为烟气平均温度，单位为K；
C1～C5为拟合公式系数，不同烟气成分对应系数的数值不同。
3)修正计算
根据烟气各组分体积浓度通过以下公式分别计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比及气体常数；
其中：
Z为气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
γ为气体比热容比，无量纲参数；
R为普适气体常数，数值为8.314，单位为J/(mol·K)；
M为烟气平均摩尔质量，单位为kg/mol；
Cpi为各烟气组分定压比热容，单位为J/(mol·K)；
Cvi为各烟气组分定容比热容，单位为J/(mol·K)；
Mi为各烟气组分摩尔质量，单位为kg/mol。
4)迭代计算
根据步骤3)计算得出的气体常数计算得到单次修正后的烟气温度：
Tj＝(c/Zj)2 (8)
其中：
Tj为第j次修正后的烟气温度，单位为K；
Zj为第j次修正计算气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
c为声波平均传播速度，单位为m/s；
前后两次修正后的烟气温度不一致时，将修正后的烟气温度带入步骤2)进行迭代计算。
5)当连续两次迭代计算结果相等，获得所需最终修正烟气温度Tc＝Tj＝Tj-1，最终修正气体常数Zc＝Zj＝Zj-1，j≥1，最终修正系数k＝Tc/T0。
实施例2
如图1-6所示，一种用于提高声波测温***测量精度的修正方法，以垃圾焚烧炉为例，随机选择不同厂5台焚烧炉(分别记为焚烧炉1、焚烧炉2、焚烧炉3、焚烧炉4、焚烧炉5)共20个试验工况，每个工况选取1条测量路径的烟温数据进行修正计算，并对比修正前后温度数据，具体的修正方法包括以下步骤：
1)初始数据获取：获得声波测温***设置的初始气体常数Z0，计算声波平均传播速度c：
c＝l/t (1)
随后，计算初始烟气温度T0＝(c/Z0)2，获得测量区域烟气组分体积浓度
数据；本实施例2中初始数据见表1。需要注意的是为了符合国内工程应用习惯，本实施例2中数据表展示温度单位均为℃，换算通过公式(T(℃)＝T(K)-273.15)实现。
表1
步骤1)中的声波测温***设置的初始气体常数Z0，按推荐值19.08计。
步骤1)中的测量区域烟气组分包括H2O、O2、CO2及N2，各工况测量区域SO2、CO及NO浓度均较低，本实施例中不再考虑。
2)过程数据计算：根据初始烟气温度通过拟合计算或查表得出各气体组分的定压比热容Cpi及定容比热容Cvi；
定压比热容Cpi通过拟合公式计算得到：
定容比热容Cvi的计算公式为：
Cvi＝Cpi-R (3)
式中，T为烟气平均温度，单位为K；i表示不同烟气组分；C1～C5为拟合公式系数，不同烟气成分对应系数的数值不同，具体结果参见表2，根据步骤1中所列初始温度T0计算出的定压比热容Cpi及定容比热容Cvi，结果见表3。
表2
| 成份 | C<sub>1</sub> | C<sub>2</sub> | C<sub>3</sub> | C<sub>4</sub> | C<sub>5</sub> | 适用温度区间 |
| N<sub>2</sub> | 2.911×10<sup>-6</sup> | 8.61×10<sup>-7</sup> | 1.7016×10<sup>-3</sup> | 1×10<sup>-8</sup> | 909.79 | 50～1500K |
| O<sub>2</sub> | 2.91×10<sup>-6</sup> | 1.004×10<sup>-6</sup> | 2.5265×10<sup>-3</sup> | 9.36×10<sup>-7</sup> | 1153.8 | 50～1500K |
| CO<sub>2</sub> | 2.937×10<sup>-6</sup> | 3.454×10<sup>-6</sup> | 1.4280×10<sup>-3</sup> | 2.64×10<sup>-6</sup> | 588 | 50～1500K |
| H<sub>2</sub>O | 3.336×10<sup>-6</sup> | 2.679×10<sup>-6</sup> | 2.6105×10<sup>-3</sup> | 8.9×10<sup>-7</sup> | 1169 | 100～2273.15K |
表3
3)修正计算：根据烟气各组分体积浓度
通过以下公式计算平均摩尔质量M、平均比热容比γ及气体常数Z：
式中：
Z为气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
γ为气体比热容比，无量纲参数；
R为普适气体常数，数值为8.314，单位为J/(mol·K)；
M为烟气平均摩尔质量，单位为kg/mol；
Cpi为各烟气组分定压比热容，单位为J/(mol·K)；
Cvi为各烟气组分定容比热容，单位为J/(mol·K)；
Mi为各烟气组分摩尔质量，单位为kg/mol。
本实施例2中第1次修正后的气体常数Zj计算结果见表4，j＝1，计算用到的定压比热容Cpi及定容比热容Cvi取自表3。
表4
4)迭代计算：将步骤3)计算得出的气体常数Zj(j≥1)带入公式T＝(c/Z)2，得出修正后的烟气温度Tj(j≥1)：
Tj＝(c/Zj)2 (8)
其中：
Tj为第j次修正后的烟气温度，单位为K；
Zj为第j次修正计算气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
c为声波平均传播速度，单位为m/s；
当Tj不等于Tj-1时，将Tj带入步骤2)进行迭代计算；本实施例2中迭代计算过程见表5。
表5
5)当连续两次迭代计算结果相等，则获得所需要的最终修正烟气温度Tc＝Tj＝Tj-1，且最终修正烟气气体常数Zc＝Zj＝Zj-1，最终修正系数k＝Tc/T0。从表5可以看出第3次迭代和第4次迭代计算结果已相等，迭代收敛速度较快，本实施例2中最终修正烟气温度及修正系数等参数见表6。
表6
从表6数据可以看出，不同算例下与采用实施例2的修正方法后的数据相对比，在不考虑烟气成分变化时温度将偏高33.9℃～94.7℃，平均达到66.6℃，相对误差为2.8％～7.8％，平均达到5.5％，采用本实施例2的修正方法后测量误差大大降低，提高了声波测温***的测量精度。
以上偏差对应的初始气体常数为19.08，即使采用20个算例的平均气体常数19.51作为初始气体常数进行计算，最大偏差也可达到接近3％，而当测量烟温升高或工况烟气成分出现更大偏离时，该数值将更高。
本发明未具体描述的部分采用现有技术，未详细描述的部件采用现有产品即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置，其特征在于，包括：声波信号发射模块、声波信号接收模块、路径声速计算模块、烟气温度计算模块、温度场还原模块、烟气成分测量模块和气体常数修正模块，所述声波信号发射模块依次与声波信号接收模块、路径声速计算模块和烟气温度计算模块连接，烟气成分测量模块与气体常数修正模块连接再连接烟气温度计算模块，烟气温度计算模块与温度场还原模块连接；
通过引入烟气成分测量模块和气体常数修正模块得到测量区域平均烟气成分实时反馈信号，烟气温度计算模块与气体常数修正模块构成参数循环，通过设置初参数并实施迭代计算完成收敛并获得最终修正后的烟气温度，通过温度场还原模块进行温度场还原，获取炉膛截面温度场数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置，其特征在于，所述声波信号发射模块包括沿信号传输方向依次连接的信号发生电路、信号放大电路、信号输出设备、信号记录电路，所述信号输出设备采用气动发声器或电动发声器，信号输出设备设有3个且分别布置于垃圾焚烧炉第一通道前墙及左右墙。
3.根据权利要求1所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置，其特征在于，所述声波信号接收模块包括与声波信号发射模块的信号输出设备连接的信号接收设备，所述信号接收设备设有9个，信号接收设备与信号输出设备之间共18条声波传输路径。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置，其特征在于，所述烟气成分测量模块包括采样管、烟气混合器、伴热管线、烟气预处理、烟气分析仪，所述采样管共10根，垃圾焚烧炉第一通道左墙和右墙分别布置3根采样管，垃圾焚烧炉第一通道前墙和后墙分别布置2根采样管，其中后墙布置的2根采样管分别从左、右墙进入，贴着后墙延伸至布置位置，穿过垃圾焚烧炉第一通道与垃圾焚烧炉第二通道的隔墙进入第一通道。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正装置的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始数据获取
声波从信号发射模块发出，经过18条声波传输路径传输至信号接收模块，通过路径声速计算模块计算各条声波传输路径的声波飞渡时间，通过信号接收设备与信号输出设备之间的距离及声波信号飞渡时间计算声波平均传播速度：
c＝l/t (1)
式中，c为声波平均传播速度，单位为m/s；
l为信号接收设备与信号输出设备之间的距离，单位为m；
t为声波信号飞渡时间，单位为s；
烟气温度计算模块根据初始气体常数Z0计算得到初始烟气温度T0：
T0＝(c/Z0)2 (2)
式中，T0为初始烟气温度，单位为K；
Z0为初始气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
2)烟气成分分析及计算
烟气成分测量模块通过10根采样管抽取并混合后测量截面平均气体成分，获得测量区域烟气各组分体积浓度后上传至气体常数修正模块进行处理，得出修正后气体常数；
3)迭代计算
烟气温度计算模块与气体常数修正模块构成参数循环，通过设置初参数并实施迭代计算完成收敛并获得最终修正后的烟气路径平均温度；
根据步骤2)计算得出的修正后气体常数计算得到修正后的烟气路径平均温度：
Tj＝(c/Zj)2 (8)
式中，Tj为第j次修正后的烟气路径平均温度，j≥1，单位为K；
Zj为第j次修正计算气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
前后两次修正后的烟气温度不一致时，Tj≠Tj-1，将修正后的烟气温度带入步骤2)进行迭代计算；
4)结果分析
当连续两次迭代计算结果相等时，Tj＝Tj-1，获得所需最终修正烟气温度Tc＝Tj＝Tj-1，最终修正气体常数Zc＝Zj＝Zj-1，最终修正系数k＝Tc/T0；
5)温度场还原
烟气温度计算模块将数据传送至温度场还原模块进行处理，温度场还原模块采用修正后烟气平均温度对测量截面温度场进行还原，获取炉膛截面温度场数据，完成一次完整的烟气温度测量工作。
6.根据权利要求5所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正方法，其特征在于，步骤1)中，初始气体常数Z0由声波测温***生产厂家根据待测设备设计烟气成分计算给出或按文献中推荐定值19.08。
7.根据权利要求5所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正方法，其特征在于，步骤2)中，根据初始烟气温度计算或查表得出烟气各组分的定压比热容和定容比热容：
Cvi＝Cpi-R (4)
式中，T为烟气平均温度，单位为K；
Cpi为各烟气组分定压比热容，单位为J/(mol·K)；
Cvi为各烟气组分定容比热容，单位为J/(mol·K)；
C1～C5为拟合公式系数，不同烟气成分对应系数的数值不同。
8.根据权利要求5所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正方法，其特征在于，步骤2)中，气体常数修正模块根据烟气各组分体积浓度计算烟气的平均摩尔质量、平均比热容比及修正后气体常数：
式中，Z为修正后气体常数，单位为m/(K0.5·s)；
γ为气体比热容比，无量纲参数；
R为普适气体常数，数值为8.314，单位为J/(mol·K)；
M为烟气平均摩尔质量，单位为kg/mol；
Mi为各烟气组分摩尔质量，单位为kg/mol。
9.根据权利要求5所述的一种用于提高声波测温***测量精度的修正方法，其特征在于，步骤2)中，烟气组分包括O2、CO2、N2、H2O、SO2、CO、NO等。
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