CN112413616B - 一种高温锅炉自动温度场测量吹灰*** - Google Patents

一种高温锅炉自动温度场测量吹灰*** Download PDF

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Abstract

一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，包括自动吹灰模块、调制解调模块、计算机控制模块、自动冷却加速循环模块、传输光纤、测温杆、高温测温探头和低温测温探头；测温杆包括空心机构的中心层和外侧，中心层布置有传输光纤，传输光纤连接调制解调模块，测温杆的外层中布置有若干低温测温探头，测温杆外侧壁上布置有若干高温测温探头；调制解调通过传输光纤传送激光光源，自动吹灰模块往锅炉内吹高温高压的水蒸气；自动冷却加速循环模块与测温杆的外层相连；所述计算机控制模块控制所述调制解调器、自动吹灰模块、自动冷却加速循环模块以及测温杆。本发明可对高温锅炉内部实现立体测温，测温精度高、响应快。

Description

一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***
技术领域
本发明涉及发电厂高温锅炉的自动吹灰领域，特别是一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***。
背景技术
随着国内高温锅炉的普遍使用,煤炭发电厂锅炉燃烧不充分，发电效率低下是个头疼的问题。其中，最主要的原因是没有及时进行吹灰处理。普通锅炉进行吹灰处理时，需要探测锅炉内的温度场，当平均温度值大于550℃，计算机控制模块启动吹灰***，往锅炉内吹高温高压的水蒸气，吹掉覆盖在锅炉内壁的煤渣等，使煤渣再次充分燃烧。
然而，普通锅炉的高温温度场测温方法，是采用热敏电阻逐点采集锅炉内的不同部位的温度，反推温度场的变化。但是，热敏电阻在测量温度时只能单点的测量，想要实时得到锅炉的三维温度场温度几乎不可能。
发明内容
本发明所为解决现有技术中传统的锅炉测温***所面临的实时性不强，测温精度不高，吹灰处理不及时的问题，而提供一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，包括自动吹灰模块、调制解调模块、计算机控制模块、自动冷却加速循环模块、传输光纤、测温杆、高温测温探头和低温测温探头；其中，
所述测温杆为双层结构，其中心层以及外层为空心结构，所述中心层布置有传输光纤，所述传输光纤上布置有若干个熔融拉锥光分路器，所述传输光纤连接所述调制解调模块，所述测温杆的外层中均匀布置有若干低温测温探头，每个所述低温测温探头连接一个所述熔融拉锥光分路器，所述测温杆的外层的外侧壁上均匀布置有若干高温测温探头，每个所述高温测温探头连接一个所述熔融拉锥光分路器；所述测温杆沿高温锅炉径向***高温锅炉内部；
所述调制解调模块与所述传输光纤相连并产生激光光源，通过传输光纤传递到低温测温探头和高温测温探头，并接收反射回来的光信号处理成数字信号；
所述自动吹灰模块与所述计算机控制模块连接，用于往锅炉内吹高温高压的水蒸气；
所述自动冷却加速循环模块与测温杆的外层相连，用于向测温杆的外层中注入冷却水或者冷却气体,控制测温杆的温度；
所述计算机控制模块分别连接所述调制解调模块、自动吹灰模块、自动冷却加速循环模块以及测温杆，通过接收调制解调模块输出的数字信号，一方面控制自动冷却加速循环模进而控制冷却水或冷却气体循环速度，一方面控制自动吹灰模块开启，一方面控制测温杆沿高温锅炉的径向方向匀速运动。
进一步地，所述低温测温探头由刻蚀了F-P腔或者刻蚀了FBG的单模石英光纤组成。
进一步地，所述高温测温探头由一段刻蚀了F-P腔或者刻蚀了FBG的蓝宝石光纤和一段单模石英光纤通过耐高温陶瓷插芯连接组成。
优选地，所述传输光纤采用单模石英光纤。
进一步地，所述测温杆有多根，所述测温杆沿高温锅炉圆周围绕分布，同时，所述测温杆还沿高温锅炉轴向竖直分布。
进一步地，所述测温杆位于所述高温锅炉外端连接有推进退出机构，以调整测温杆在高温锅炉内延其径向的***深度。
进一步地，当所述计算机控制模块通过高温测温探头测得高温锅炉内平均温度大于550℃时，计算机控制模块启动自动吹灰模块；
当测得平均温度等于或小于550℃时，计算机控制模块停自动吹灰模块。
进一步地，当所述计算机控制模块通过低温测温探头测得测温杆的外层温度高于70℃时，计算机控制模块启动自动冷却加速循环模块向测温杆的外层中注入冷却水或冷却气体对测温杆进行降温。
进一步地，计算机控制模块通过自动冷却加速循环模块控制测温杆的内部温度维持在-40℃～70℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用带有循环降温***的自动温度场测量及吹灰***对发电厂锅炉内的高温进行采集和分析，避免了常规热电偶测温***在高温场合使用的低效、不准确、不实时。本发明由多个测温杆组合而成，每个测温杆上等间距安装有多个高温测温探头和低温测温探头，工作时可以实时测得锅炉多个截面下的温度场，从而计算出整个高温锅炉的三维温度场平均温度。测温精度高，响应快，安全可靠。
2、所述自动温度场测量及吹灰***可以实时、自动的测量温度并且吹扫锅炉内壁的煤渣。不需要人工参与测量及人工参与开启吹灰，是全自动化的***。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中低温测温探头结构示意图；
图3为本发明中高温测温探头结构示意图；
图4为本发明中测温杆沿高温锅炉圆周围绕分布示意图；
图5为本发明中测温杆沿高温锅炉轴线竖直分布示意图；
图中：1调制解调模块，2计算机控制模块，3高温锅炉，4自动冷却加速循环模块，5自动吹灰模块，6高温测温探头，7低温测温探头，8传输光纤，9测温杆，901中心层，902外层，10熔融拉锥光分路器，11刻蚀了F-P腔或者刻蚀了FBG的蓝宝石光纤，12耐高温陶瓷插芯，13单模石英光纤，14刻蚀了F-P腔或者刻蚀了FBG的单模石英光纤。
具体实施方式
实施例：参见图1，一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，自动吹灰模块5、调制解调模块1、计算机控制模块2、自动冷却加速循环模块4、传输光纤 8、测温杆9、高温测温探头6和低温测温探头7。
所述测温杆9为双层结构，优选为耐高温金属材料制成，其内部为中心层901，所述中心层901为空心结构，中心层901外部为外层902，所述外层902 为空心结构。所述中心层901中布置有所述传输光纤8，优选地，所述传输光纤 8采用单模石英光纤，所述传输光纤8用于传输光信号，所述传输光纤8上每隔一段固定距离，就设置有一个特定分光比的光纤熔融拉锥光分路器10，所述传输光纤8连接所述调制解调模块1。
所述测温杆9的外层902中均匀布置有若干低温测温探头7，所述低温测温探头7固定在所述测温杆9的内壁上，参见图2所述低温测温探头7由刻蚀了 F-P腔或者刻蚀了FBG的单模石英光纤14组成，每个所述低温测温探头7连接一个所述熔融拉锥光分路器10，所述低温测温探头7上的单模光纤和传输光纤8 上的光纤熔融拉锥光分路器10上单模光纤的引出光纤相熔接，所述低温测温探头7用于测量测温杆9的内部温度。所述测温杆9的外层902的外侧壁上均匀布置有若干高温测温探头6，参见图3所述高温测温探头6由一小段刻蚀了F-P腔或者刻蚀了FBG的蓝宝石光纤11和一大段单模石英光纤13用耐高温陶瓷插芯 12连接组成，所述高温测温探头6嵌在外侧壁用于测温高温锅炉3内部高温温度场，每个所述高温测温探头6连接一个所述熔融拉锥光分路器10，高温测温探头6上的单模光纤和传输光纤8上的光纤熔融拉锥光分路器10上单模光纤的引出光纤相熔接。所述熔融拉锥光分路器10的数量等于高温测温探头6和低温测温探头7数量之和。
参见图4、5，所述测温杆9沿高温锅炉3径向***高温锅炉3内部，所述测温杆9有多根，所述测温杆9沿高温锅炉3圆周围绕分布，同时，所述测温杆 9还沿高温锅炉3轴向竖直分布；在所述测温杆9沿高温锅炉3圆周围绕分布时，测温杆9整***于同一个平面上，当所述测温杆9还沿高温锅炉3轴向竖直分布时，所述测温杆9位于同一个竖直平面上或位于不同的竖直平面上呈交叉是分别，如此布置的测温杆9可以立体地对整个高温锅炉3内部的多个截面进行温度场从而计算出整个高温锅炉3的三维温度场平均温度，测温精度高，响应快，安全可靠。
进一步地，所述测温杆9位于所述高温锅炉3外端连接有推进退出机构，所述推进退出机构采用现有技术的电机驱动或气缸驱动或油缸驱动的推进退出方式以驱动测温杆9在高温锅炉3内沿径向方向的匀速运动，如此可以增大测温杆9的测温范围。
参见图1，所述调制解调模块1一端与所述传输光纤8相连，另一端与所述计算机控制模块2相连，所述调制解调模块1产生激光光源，通过传输光纤8 传递到低温测温探头7和高温测温探头6，并接收反射回来的光信号处理成数字信号传输到计算机控制模块2上。
所述自动吹灰模块5与所述计算机控制模块2连接，用于往锅炉内吹高温高压的水蒸气；所述自动冷却加速循环模块4与测温杆9的外层902相连，用于向测温杆9的外层902中注入冷却水或者冷却气体,控制测温杆9的温度。应当理解，所述自动吹灰模块5在现有的高温锅炉3吹灰***中已经在使用，本发明中亦采用现有的自动吹灰模块5，而只需在计算机控制模块2中加入相应控制程序即可实现对它的控制。
所述计算机控制模块2分别连接所述计算机控制模块2、自动吹灰模块5、自动冷却加速循环模块4以及测温杆9，通过接收计算机控制模块2输出的数字信号，一方面控制自动冷却加速循环模进而控制冷却水或冷却气体循环速度，一方面控制自动吹灰模块5开启，一方面控制测温杆9沿高温锅炉3的径向方向匀速运动。应道理解，通过计算机进行控制操作属于工业领域常用技术手段，本发明中只需编制特定程序即可实现计算机控制模块2对其他各模块的控制。
所述自动冷却加速循环模块4与测温杆9的外层902相连，用于向测温杆9 的外层902中注入冷却水或者冷却气体,控制测温杆9的温度。所述自动冷却加速循环模块4采用水泵或气泵通过管线与测温杆9的外侧相连。应当理解虽然图 1中未画出，但是所述测温杆9上设置有冷却水或冷却气体的循环出入口以便于冷却水或冷却气的通入和排出，同时所述循环出入口与相应管线连接。当使用冷却气时，所述自动冷却加速循环模块4配置有相应的冷却***对冷却气进行冷却，这才化工领域属于现有技术手段，通过冷却***可以将冷却气冷区至-40℃一下，优选地，所述冷却气为氮气。
本发明用于发电厂高温锅炉管道测温的工作原理：首先由调制解调模块1 发出激光光源，光信号由传输光纤8传输到与之相连的高温测温探头6和低温测温探头7中，此时计算机控制模块2控制测温杆9从锅炉侧面的测温口进入进行径向测量，该***的多个测温杆实时的一次性测得多个截面下温度场，并及时反馈到调制解调模块1中进行数据转换，调制解调模块1把光信号转换为数字信号然后传输给计算机控制模块2用数学拟合的方法进行处理得到锅炉此时刻的平均三维温度场并及时保存。在测量过程中，低温测温探头7测得的测温杆4内的温度，当杆内温度高于70℃时，计算机控制模块2控制自动冷却加速循环模块4向杆内注入冰水或超低温氮气，保持杆的内部温度在-40℃～70℃，防止测温杆弯曲变形以及防止元器件的功能实效，由于采用光纤传输信号，测温杆的温度不会影响测温探头的测量结果。当高温测温探头6测得锅炉内的平均三维温度场大于550℃，计算机控制模块2启动吹灰模块5，往锅炉内吹高温高压的水蒸气，吹掉覆盖在锅炉内壁的煤渣等，使煤渣再次燃烧，若温度小于等于550℃时，则持续监测锅炉内温度场的变化。
由于本发明中主要运用的是光纤温度传感器，其中光纤F-P腔温度传感器通过建立传感信号反射光谱峰值波长的偏移量与待测温度变化量之间的函数关系，间接实现对温度的测量。为了获得高精度的温度，需要对其光谱信号进行波长寻峰，寻峰精度是决定传感器性能的重要指标。首先第一步就是对光谱信号进行降噪处理，使用最小二乘法，简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间差的平方和为最小，来达到降噪的特点。然后使用多峰高斯拟合算法进行处理，确定单位长度，将多个波峰分割成若干个单波峰，进行高斯拟合分析，然后对比分析出偏差最小或满足误差要求的那一组波峰，上述最小多峰拟合法即为本发明所研究对F-P腔多峰反射传感信号光谱的寻峰算法，并且能间接满足测温需求。
所述实例为本发明所针的主要问题，但其保护并不限于上述实施例。并且，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改变和变形而不脱离本发明的范围和精神，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，包括自动吹灰模块，其特征在于：还包括调制解调模块、计算机控制模块、自动冷却加速循环模块、传输光纤、测温杆、高温测温探头和低温测温探头；其中，
所述测温杆为双层结构，其中心层以及外层为空心结构，所述中心层布置有传输光纤，所述传输光纤上布置有若干个熔融拉锥光分路器，所述传输光纤连接所述调制解调模块，所述测温杆的外层中均匀布置有若干低温测温探头，每个所述低温测温探头连接一个所述熔融拉锥光分路器，所述测温杆的外层的外侧壁上均匀布置有若干高温测温探头，每个所述高温测温探头连接一个所述熔融拉锥光分路器；所述测温杆沿高温锅炉径向***高温锅炉内部；
所述调制解调模块与所述传输光纤相连并产生激光光源，通过传输光纤传递到低温测温探头和高温测温探头，并接收反射回来的光信号处理成数字信号；
所述自动吹灰模块与所述计算机控制模块连接，用于往锅炉内吹高温高压的水蒸气；
所述自动冷却加速循环模块与测温杆的外层相连，用于向测温杆的外层中注入冷却水或者冷却气体， 控制测温杆的温度；
所述计算机控制模块分别连接所述调制解调模块、自动吹灰模块、自动冷却加速循环模块以及测温杆，通过接收调制解调模块输出的数字信号，一方面控制自动冷却加速循环模进而控制冷却水或冷却气体循环速度，一方面控制自动吹灰模块开启，一方面控制测温杆沿高温锅炉的径向方向匀速运动。
2.根据权利要求1所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：所述低温测温探头由刻蚀了F-P腔或者刻蚀了FBG的单模石英光纤组成。
3.根据权利要求1所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：所述高温测温探头由一段刻蚀了F-P腔或者刻蚀了FBG的蓝宝石光纤和一段单模石英光纤通过耐高温陶瓷插芯连接组成。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：所述传输光纤采用单模石英光纤。
5.根据权利要求4所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：所述测温杆有多根，所述测温杆沿高温锅炉圆周围绕分布，同时，所述测温杆还沿高温锅炉轴向竖直分布。
6.根据权利要求5所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：所述测温杆位于所述高温锅炉外端连接有推进退出机构，以调整测温杆在高温锅炉内延其径向的***深度。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：当所述计算机控制模块通过高温测温探头测得高温锅炉内平均温度大于550℃时，计算机控制模块启动自动吹灰模块；
当测得平均温度等于或小于550℃时，计算机控制模块停自动吹灰模块。
8.根据权利要求1、2或3所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：当所述计算机控制模块通过低温测温探头测得测温杆的外层温度高于70℃时，计算机控制模块启动自动冷却加速循环模块向测温杆的外层中注入冷却水或冷却气体对测温杆进行降温。
9.根据权利要求1、2或3所述的一种高温锅炉自动温度场测量吹灰***，其特征在于：计算机控制模块通过自动冷却加速循环模块控制测温杆的内部温度维持在-40℃～70℃。
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