适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法

摘要

本发明涉及适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法。该适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法为：烟道某截面布置均匀布置多个空腔型速度传感器，捕获流场各个测点流动信号；通过屏蔽线将流动信号送入调节信号调节模块，完成信号调节；数据采集模块负责完成上述模拟信号向数字信号的转换，并送入上位机；上位机运行分布式速度测量程序，根据上述信号，计算各个测点速度，并进行截面流场实时反演，生成烟道流场的三维云图。本发明提供的适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法，实现对大截面烟道的分布式烟气速度测量与流场实时监测，为生产运行部门的实时调控及环保部门的精确排污统计，提供可靠的数据。

说明书

技术领域

本发明涉及烟气流速及流量一体化测量技术领域，尤其涉及适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法。

背景技术

目前，在国家经济发展对能源总量的需求不断增长而环保力度又逐渐加大的背景下，我国近年来对于污染气体及温室气体的排放控制十分的重视。要确保这些排放控制指标的顺利实现，一方面要从技术和控制手段上减少污染气体SO2、NOx及温室气体CO2的排放，另一方面要保证监测数据的准确可靠。只有有了准确的监测数据，才能真实地反映相关污染物的排放情况，污染气体等的排放控制才能有数可依。

目前，适用于燃煤装备烟道高温、含尘等恶劣环境的测量仪器并不多，主要为皮托管接压力变送器实验烟气速度的测量，但压力变送器波动大、测量精度低，且皮托管管径小，在高灰环境容易堵塞，而且大型燃煤锅炉产生的烟气量巨大，烟道尺寸基本在数十平方，这对大截面烟气速度的测量也带来了不少问题，通常采用单点或者多点取平均的方式进行测量，而且明显是落后的。可见，对于大型燃煤装备烟气速度及其流场的实时准确测量，仍处于较低的水平，相关技术亟待更新、升级。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供的适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法，解决了上述技术问题，提供一种可为目前燃煤装备大截面烟道内烟气流场测量中遇到的问题提供可行性的解决方案，实现了对大截面烟道的分布式烟气速度测量与流场实时监测的燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法包括：包括如下步骤：

S1:烟道内布设有传感设备；

S2：传感设备接收到的数据进行转换；

S3：数据转换成上位机可接收信号；

S4：上位机接收到信号后，将信号形成图像。

其中，所述步骤S1中，烟道截面均匀布置多个速度传感器,速度传感器获取烟道截面处烟气速度的流动信号；所述速度传感器为空腔型速度传感器，所述空腔型速度传感器为基于互相关原理的静电传感器，每个所述静电传感器输出两路信号。

其中，多个所述速度传感器均匀布置在烟道某一高度的截面上，多个速度传感器布置间距为0.75-2.0m，距离烟道壁面距离为0.3-0.7m。

其中，所述步骤S2中，速度传感器连接屏蔽线，屏蔽线将速度传感器获取的流动信号送入信号调节模块；所述信号调节模块为隔离变送器模块，将速度传感器获取的高阻抗低功率的信号转换为低阻抗高功率的信号，低阻抗高功率的信号满足数据采集模块的采集要求。

其中，所述步骤S3中,数据采集模块采集信号调节模块调节后的信号，将信号发送给数字信号处理模块；所述数字信号处理模块将接受到的信号处理成上位机的互相关计算模块可以读取的数据，发送给互相关计算模块。

其中，所述步骤S4中，上位机的互相关计算模块接收到数据信号后，通过速度测量程序转化成云图展示出来；所述速度测量程序为分布式速度测量程序。

其中，所述速度测量程序包括：数据采集模块、数字信号处理模块、互相关计算模块、截面流场实时反演模块和数据保存模块；所述数据采集模块与数字信号处理模块相连；所述数字信号处理模块与互相关计算模块；所述互相关计算模块与截面流场实时反演模块相连；所述数据保存模块连接数据采集模块、数字信号处理模块、互相关计算模块和截面流场实时反演模块。

其中，所述云图为三维云图或二维云图。

本发明的有益效果是：本发明提供的适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法，可为目前燃煤装备大截面烟道内烟气流场测量中遇到的问题提供可行性的解决方案，实现对大截面烟道的分布式烟气速度测量与流场实时监测，为生产运行部门的实时调控及环保部门的精确排污统计，提供可靠的数据。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是本发明适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法的示意图。

图2是图1的截面流场实时反演模块形成的大截面烟道烟气速度云图的示意图。

图3是图1的上位机示意图。

附图标记：1：烟道；2：速度传感器；3：调节信号调节模块；4：数据采集模块；5：速度测量程序。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图1和图2，适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法包括：包括如下步骤：

S1:烟道内布设有传感设备；

S2：传感设备接收到的数据进行转换；

S3：数据转换成上位机可接收信号；

S4：上位机接收到信号后，将信号形成图像。

进一步，所述步骤S1中，烟道截面均匀布置多个速度传感器,速度传感器获取烟道截面处烟气速度的流动信号；所述速度传感器为空腔型速度传感器，所述空腔型速度传感器为基于互相关原理的静电传感器，每个所述静电传感器输出两路信号。

空腔型速度传感器烟尘经过空腔，空腔的静电传感器的两个传感器信号接收点，接收两路信号，并输出两路信号。

静电传感器的两路信号垂直于气固两相流的来流方向且平行设置，烟气中的气固两相流中固相颗粒的存在。难以避免会发生颗粒与颗粒之间，颗粒与管道之间的碰撞、接触和分离，这样就会使固体颗粒自带电荷，而这些电荷包含了其对应固体颗粒的速度信息。因此，利用静电传感器捕获这些信号，在经过一些后续处理就可以获得气固两相流的速度参数。

气固两相流中自带电荷的固相颗粒能够相继穿过静电传感器的两路信号，这样两路信号会依次捕捉到相似的静电感应信号，利用互相关计算模块计算两个相似静电感应信号的延迟时间，再结合两路信号之间的间距，最后即可通过时间、路程以及速度三者之间简单的物理关系计算得出气固两相流的流速也就是烟气速度。

进一步，多个所述速度传感器均匀布置在烟道某一高度的截面上，多个速度传感器布置间距为0.75-2.0m，距离烟道壁面距离为0.3-0.7m。

速度传感器在烟道横截面上，速度传感器横向设置M个，纵向N个，共计M*N个。速度传感器布置间距W优选1m，速度传感器距离壁面距离优选0.5m。

进一步，所述步骤S2中，速度传感器连接屏蔽线，屏蔽线将速度传感器获取的流动信号送入信号调节模块；所述信号调节模块为隔离变送器模块，将速度传感器获取的高阻抗低功率的信号转换为低阻抗高功率的信号，低阻抗高功率的信号满足数据采集模块的采集要求。

信号调节模块可将接收速度传感器的±V、±mA和±mV信号，经过信号调节模块变送成数据采集模块所需要的信号，并隔离传送到数据采集模块，能有效地抑制速度传感器之间信号干扰，解决速度传感器之间"地"电位差的问题。

进一步，所述步骤S3中,数据采集模块采集信号调节模块调节后的信号，将信号发送给数字信号处理模块；所述数字信号处理模块将接受到的信号处理成上位机的互相关计算模块可以读取的数据，发送给互相关计算模块。

进一步，所述步骤S4中，上位机的互相关计算模块接收到数据信号后，通过速度测量程序转化成云图展示出来；所述速度测量程序为分布式速度测量程序。

云图为能够展示出烟道内烟气变化的图像，可以为三维云图或二维云图，优选三维云图。

进一步，所述速度测量程序包括：数据采集模块、数字信号处理模块、互相关计算模块、截面流场实时反演模块和数据保存模块；所述数据采集模块与数字信号处理模块相连；所述数字信号处理模块与互相关计算模块；所述互相关计算模块与截面流场实时反演模块相连；所述数据保存模块连接数据采集模块、数字信号处理模块、互相关计算模块和截面流场实时反演模块；所述数据采集模块采集信号调节模块调节后的信号，将信号发送给数字信号处理模块；所述数字信号处理模块将接受到的信号处理成互相关计算模块可以读取的数据，发送给互相关计算模块；所述互相关计算模块将接受到的数据通过截面流场实时反演模块形成三维云图，并将数据保存在数据保存模块内，所述截面流场实时反演模块实时显示大截面烟气速度云图。

数据采集模块与数字信号处理模块集成在一起，采集到数据后对数据进行处理，直接通过互相关计算模块进行计算，互相关的两个序列都不翻转，直接滑动相乘，求和,通过截面流场实时反演模块形成三维云图。

互相关计算模块的

连续函数计算公式

离散函数计算公式

(f*g)(x)≡∫f

信号处理中，用互相关来衡量两个时间序列f(t)和g(t)在两个不同时刻t1，t2的取值之间的相似程度，本发明中通常可以用于在长序列中寻找一个特定的短序列。

烟气在数理统计中，互相关用来两个随机序列的相关性。

所以，f(t)和g(t)做相关等于f*(-t)与g(t)做卷积,但不反转。

通过上述公式进行计算来实现截面流场实时反演模块形成三维云图。

进一步，所述数据采集模块为数据采集卡，采集信号调节模块所形成的数据；所述数字信号处理模块为数字信号处理器；所述互相关计算模块为互相关计算卷积方法；所述截面流场实时反演模块将烟道截面烟气流速通过互相关计算方法的计算将结果通过反演模块显示在电脑显示器上；所述数据保存模块保存烟道截面烟气流速的数据，以便实时调用。

数据采集卡的采样通道大于2*M*N，采样率大于20*M*N(单位KHz)。

实施例:

如图1所示，本烟道尺寸为14.0*4.0㎡。

如图3所示，一种适用于燃煤装备大截面烟道的分布式烟气速度测量方法，测量方法为：

1)在烟道某截面均匀布置14个空腔型速度传感器，捕获流场各个测点流动信号；

2)通过屏蔽线将流动信号送入信号调节模块，完成信号调节；

3)数据采集模块负责完成上述模拟信号向数字信号的转换，并送入上位机(速度测量程序)；

4)上位机运行分布式速度测量程序，根据上述信号，计算各个空腔型速度传感器测点速度，并进行截面流场实时反演，生成烟道流场的三维云图。

空腔型速度传感器为基于互相关原理的静电传感器，每个传感器输出两路信号。

空腔型速度传感器均匀布置在烟道某一高度的截面上，横向7个，纵向2个，共计14个，布置间距W为2.0m，距离壁面距离为1.0m。

信号调节模块为四通道信号调节模块，负责将空腔型速度传感器捕获的高阻抗低功率的信号转换为低阻抗高功率的信号，以满足数据采集卡的采集要求。

数据采集卡的采样通道数为32个，采样率为625KHz。

如图2所示，分布式速度测量程序各个模块协调运作，共同完成各个测点速度的计算和大截面烟道烟气速度云图的生成，实时显示和动态刷新。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。