一种炉膛温度测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种炉膛温度测量方法，包括：该方法通过直接对火检光纤的光电信号进行数字滤波计算，获得其直流成分之后，通过测量锅炉冷态启动时本喷燃器未投运时的初始温度，以及测量给粉机不同转速下的实测温度以及对应的直流成分的大小，并采用线性回归方法获得直流成分与温度间的关系曲线。最终实现炉膛的在线温度测量。本发明有益效果：可以通过火检探头实现炉膛温度的立体在线监测；采用本发明提出的炉膛温度测量方法不需要添加额外的传感器，也不需要工程改造，是一种最经济的测温解决方案。
【专利说明】一种炉膛温度测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火力发电领域，尤其涉及一种炉膛温度测量方法。
【背景技术】
[0002] 在火力发电机组中，锅炉分为两大类，一种为煤粉锅炉，另一种为循环流化床锅 炉。前者，煤炭被磨煤机磨成粉状后通过送风机送进炉膛燃烧，后者主要是为了环保的需 要，对一些含有大量煤矸石的劣质煤炭进行处理而出现的一种非主力发电方式。目前绝大 多数的火力发电机组为煤粉燃烧方式。要保证炉膛安全运行，首要任务是保证火焰均匀燃 烧，使炉膛各受热面均匀受热，使受热面温度时刻处于安全区间内。要达到这一目标，除了 必须根据锅炉设计参数燃烧设计煤种外，运行中的一次风、喷燃器摆动、风向、二次风等都 对温度场的分布有直接影响。温度场偏离设计值，轻者造成水冷壁金属管道的疲劳，缩短寿 命，严重者直接造成水冷壁爆裂。因此，维持炉膛温度场的均匀燃烧事关发电的安全经济运 行。
[0003] 由于炉膛燃烧时中心温度达1000摄氏度以上，喷燃器出口处的温度也达数百度， 无法直接测量，因此，目前还没有一套成熟的技术实现全炉膛在线测温。目前的测温方法 有，运行人员定期的观察孔红外测温仪法，在线超声波测温法，在线激光测温法。无论超声 波还是激光测温法，都需要在水冷壁上安装专门的发射和接收装置，不仅工程改动大，影响 锅炉安全和效率，而且只测量一个截面的温度，实用价值不大，因此，两种方法都未得到大 范围推广应用。
[0004] 火焰检测装置是炉膛安全运行的必备装置。火检探头的前端是光纤透镜，与喷燃 器安装在一起，对300MW机组来说，煤粉喷燃器一般布置在炉膛四角，分四层，共16个，包括 三层四角的12个油火焰检测器，共有28个。600MW机组喷燃器为前后墙对吹方式，一般可 达48个，1000MW机组则达到96个。火检探头可实现全炉膛立体观测。因此，利用火检信号 观测温度不需要额外的工程改造，是在现有设备基础上的挖潜改造，具有重要意义和重大 的经济社会效益。
[0005] 从火焰检测原理上看，由于炉膛中红外光约占90%，可见光约10%，紫外光约占 2%，因此，目前火检以检测红外光为主。红外光的检测一般采用硫化铅光敏电阻作为传感 器。红外辐射越强，光敏电阻的阻值越小，因此，可通过检测光敏电阻的阻值的来检测红外 光辐射强度。光电转换器将电阻转换为电压和电流信号，再通过模数转换（A/D)和采样处 理后由计算机分析处理。从信号特征上看，燃烧中的火焰信号既有直流成分，也有交流成 分。交流成分实际反映了火焰的闪烁特征，直流成分反应的是平均红外辐射成分，因此，采 用直流成分便可间接获得炉膛温度。
【发明内容】
[0006] 本发明通过对火焰检测器光纤传感器的电信号进行数字滤波，获得红外平均辐射 强度，再通过将该强度信号与不同工况下的标准测量值进行多点测量和曲线拟合，最后获 得该观测点的温度一福射强度关系曲线，从而实现了炉膛的在线测温。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种炉膛温度测量方法，包括以下步骤：
[0009] 1)直流信号检测与分离：通过对火焰检测装置中光电转换器的信号进行实时数 字滤波分析，分离出其中代表红外平均辐射强度的直流成分；
[0010] 2)冷态温度测量：观测点燃烧器投运前，测量该观测点的火检光纤透镜出口处的 温度，以此作为该监测点的"初始"温度％ ;
[0011] 3)热态温度测量：观测点喷燃器点燃后，调整给粉机转速，使得给煤量从最小到 最大，分别测量给粉机不同转速时的温度值以及每个转速下火检信号的直流成分大小；
[0012] 4)用线性回归方法拟合上述测量数据，得到该观测点的温度一辐射强度关系曲 线，利用该曲线的函数关系，由实时测量的直流强度推算出其对应的温度；
[0013] 5)定期修正：由于不同煤种的发热量不同，如果更换了煤种，则需重复进行步骤 2)到步骤4)，以获得新的温度曲线。
[0014] 所述步骤1)中分离出其中代表红外平均辐射强度的直流成分的具体方法为 ：
[0015] 将经过数字滤波后的信号u(t)表示为一个基频为的傅立叶函数：
【权利要求】
1. 一种炉膛温度测量方法，其特征是，包括以下步骤： 1) 直流信号检测与分离：通过对火焰检测装置中光电转换器的信号进行实时数字滤 波分析，分离出其中代表红外平均辐射强度的直流成分； 2) 冷态温度测量：观测点燃烧器投运前，测量该观测点的火检光纤透镜出口处的温 度，以此作为该监测点的"初始"温度aQ ; 3) 热态温度测量：观测点喷燃器点燃后，调整给粉机转速，使得给煤量从最小到最大， 分别测量给粉机不同转速时的温度值以及每个转速下火检信号的直流成分大小； 4) 用线性回归方法拟合上述测量数据，得到该观测点的温度一辐射强度关系曲线，利 用该曲线的函数关系，由实时测量的直流强度推算出其对应的温度； 5) 定期修正：由于不同煤种的发热量不同，如果更换了煤种，则需重复进行步骤2)到 步骤4)，以获得新的温度曲线。
2. 如权利要求1所述的一种炉膛温度测量方法，其特征是，所述步骤1)中分离出其中 代表红外平均辐射强度的直流成分的具体方法为： 将经过数字滤波后的信号u (t)表示为一个基频为w的傅立叶函数：
其中，Utl为直流分量，为直流分量衰减系数；Uk为第k次谐波的幅值；《为基波电流 或电压的角频率；9 k为第k次谐波的初始相角，k = 1，2,…，M ; 将（1-1)式中的UcieTxt按泰勒级数展开，取前两项，则： U〇e Xt^ Ug-Ug A. t (1-2) 将（1-1)式中的sin(kc〇t+0k)按三角函数展开整理，则： 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)分别为需要测量的第k次谐波相量的实部和虚部；根 据最小二乘方判据，每次采样后将得到如下一个方程：
h为第i次采样时刻，经过连续N次采样后，将得到N个方程，将％、Utl A，以及所有谐 波的实部和虚部作为未知量，且用矩阵表示，则N次采样结果可用如下矩阵方程表示：
用A表示N行，2 (M+1)列的系数矩阵，用X表示单列2 (M+1)行的待测变量矩阵，用U表 示单列采样矩阵，则上述采样矩阵可表示为： A ? X = U (1-5) 如果常数矩阵A的逆矩阵为A'则： X = A-1 ? U (1-6) 其中，逆矩阵的维数为2 (M+1)行，N列；Al卩是最小二乘滤波器，如果用％表示其 第1行第」列的元素，则，1 = 1，2，?，2(1+1);」=1，2，*"^; 根据矩阵X的定义和方程（1-6)，则直流成分Utl具体为：
3. 如权利要求1所述的一种炉膛温度测量方法，其特征是，所述步骤3)中通过热态温 度测量，通过调整给粉机转速，用红外测温仪分别测量给粉机转速10 %，25 %，50 %，75 %， 100%时的温度并记录相应转速下的火检信号的直流成分的大小，对应的红外温度测量仪 的记录值分别为：W1, W2, W3, W4, W5 ;对应的直流量大小分别为U1, U2, U3, U4, U5。
4. 如权利要求1所述的一种炉膛温度测量方法，其特征是，所述步骤4)的具体方法 为： 假设温度w (t)与辐射强度（直流量）U (t)之间符合如下关系： W (t) = Bc^a1U (t)+a2U2 (t)+a3U3 ⑴ (2-1) 其中，此处的％即为步骤2)所述的初始温度％ ; 则： 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，％为已知变量，ai、a2、a3为未知变量，用列矩阵A表示，维数为4x1 ;辐射强度矩 阵用矩阵U表示，维数为5x4,温度量用矩阵W表示，维数为5x1，上述线性回归方程可表示 为如下矩阵方程： U ? A = W (2-2) 如果U存在逆矩阵r1，则： A = T1 ? W 其中，IT1维数为4x5 ; 通过公式（2-2)，便得到公式（2-1)中的未知系数ai、a2、a3，从而也就实现了该点温度 的实时在线测量。
【文档编号】G01J5/10GK104330171SQ201410606026
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】丁卫东, 邱岭, 郑承华, 于永博 申请人:山东泰景电力科技有限公司