Акустическая система для измерения пространственного распределения температуры в топочных камерах котельных агрегатов Звегинцев В. И - shikardos.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Инструкция по эксплуатации особенности: Компактность Универсальный... 1 54.92kb.
Лабораторная работа. «Изучение способов измерения температуры» 1 50.14kb.
Николаев 2013 Читай с удовольствием: топ-1000 лучших книг мировой... 6 2174.08kb.
Методы измерения температуры 1 209.35kb.
Методы измерения температуры 1 353.05kb.
5. Виды эк-ких с-м. Критерии классиф-и Экономическая система 3 1282.73kb.
Журнал «Техника-молодежи» в номере журнала за май читайте 1 11.88kb.
Единицы измерения метрическая система сокращения и условные обозначения 9 2681.89kb.
Лекция 6 комплектования машинно-тракторных агрегатов и организация... 1 104.17kb.
Датчик-реле температуры там-103С 1 Назначение изделия 1 105.13kb.
В макроэкономику раздел I. Введение в макроэкономику 1 236.77kb.
Главное управление Министерства финансов рб по Могилевской области 1 82.74kb.
- 4 1234.94kb.
Акустическая система для измерения пространственного распределения температуры в - страница №1/1

С.Ф. Николаев, В.И. Звегинцев, С.В. Лукашевич. Акустический пирометр для измерения температуры газов в топочных камерах котельных агрегатов. Энергетик, №1, 2012. – с. 34-37.

УДК 536.52


Акустическая система для измерения пространственного распределения

температуры в топочных камерах котельных агрегатов
Звегинцев В.И. 1, Лукашевич С.В. 1, Николаев С.Ф. 2

1 – ООО «Сибтехакадем», 2 - ОАО «Сибтехэнерго»

В процессе наладки и эксплуатации тепловых котельных агрегатов большой мощности важным параметром является распределение температур внутри топочных камер. Наличие информации о температуре в топке котла позволяет настроить и поддерживать работу котла в оптимальном режиме.

В настоящее время измерения температуры в топочных камерах выполняются при помощи пристенных термопар или внешних оптических пирометров. Оба эти способа имеют ряд недостатков:

-оптические пирометры меряют температуру в неопределённой точке пространства;

-оптические пирометры не работают в запыленной атмосфере;

-термопара меряет температуру, как правило, вблизи стенки;

-термопара меряет в одной точке пространства.

Перечисленные методы в принципе не позволяют определять пространственное распределение температуры и, следовательно, не могут быть использованы для оптимизации процессов горения внутри топочной камеры и для оперативного управления работой котла.

Для измерения пространственного распределения температуры в топочных камерах котельных агрегатов больших размеров (до 30х30 м) предлагается использовать, так называемый, акустический метод, который заключается в определении скорости звука между контрольными точками и вычислении температуры по полученному значению скорости звука. При этом используется известная зависимость скорости звука в газе от температуры и состава газовой среды.


(1)
где: a – скорость звука;

k – показатель адиабаты;

R – универсальная газовая постоянная;

T – температура газовой среды.
Для измерения скорости звука от некоторого источника подается акустический сигнал, который, проходя через исследуемый объем газа, попадает на приемник сигнала. Измеряя время прохождения сигнала и расстояние от источника до приемника, можно определить средне-интегральную скорость движения звуковой волны по линии, соединяющей источник и приемник.
(2)
где: L – дистанция измерения (расстояние между контрольными точками);

t – время прохождения звукового импульса.
Скорость движения звуковой волны позволяет вычислить средне-интегральную температуру по траектории движения звукового сигнала.

(3)
где: Т – средне-интегральная температура.

Используя несколько источников и приёмников звука, расположенных в одной плоскости, с помощью методов компьютерной томографии можно получить распределение температуры в этой плоскости. Ориентировочная схема размещения 16 источников звука, каждый из которых может одновременно являться приемником звукового сигнала, на внешней поверхности топочной камеры котельного агрегата показана на (рис. 1). Здесь для примера показаны лучи, вдоль которых регистрируется сигнал, испущенный двумя различными источниками. На (рис. 2) показан результат сравнения исходного распределения температур в рассматриваемой плоскости (рис. 2 а) и распределения, полученного при помощи методов томографии (рис. 2 б).



Рис. 1. Схема расположения источников (приемников) для измерения

распределения температур в плоскости


Аналогичным образом, комбинируя измерения в нескольких плоских сечениях, можно построить пространственное распределение температуры. Основная проблема реализации акустической системы для измерения пространственного распределения температур заключается в сложности алгоритмов томографического восстановления и необходимости применения большого количества источников-приемников для получения достаточной точности измерений. Так, например, для получения точности измерения температуры в пространстве, равной 10%, требуется использование 64 источников.

Рис. 2. Пример восстановления распределения температуры в плоскости.

а) исходное модельное распределение температур; б) восстановление

распределения температур по акустическим измерениям (16 источников).
В качестве первого шага на пути создания акустической системы для измерения пространственного распределения температур в котельных агрегатах специалистами ООО «Сибтехакадем» и ОАО «Сибтехэнерго» был разработан и испытан однолучевой акустический пирометр АП-2. Пирометр АП-2 обеспечивает бесконтактное измерение средне-интегральной температуры газа вдоль выбранного луча измерения и предназначен для использования в различных нагревательных устройствах больших размеров (от 5х5 м до30х30 м), например, в топках котельных агрегатов. В приборе используются современные достижения акустики, электроники и технологии цифровой обработки сигналов, которые обеспечивают возможность выполнения в автоматическом режиме точных измерений температуры в пространстве. Акустический пирометр может использоваться либо как независимый прибор для контроля температуры, либо как элемент системы управления нагревательным устройством.

Акустический пирометр позволяет производить измерения температуры в автоматическом режиме с заданным интервалом времени между измерениями, от 30 с и больше. Основные характеристики акустического пирометра АП-2 приведены в (табл. 1).

Табл. 1. Основные технические характеристики акустического пирометра АП-2.


Наименование

Величина

Напряжение питания от сети переменного тока, В

220±4,4

частотой, Гц

50±0,5

Давление в сети питания сжатым воздухом, атм

7-15

Температура окружающего воздуха, °С

0-60

Относительная влажность воздуха, %

до 95

Диапазон измеряемых температур Т, °С

0-1500

Дистанция измерения L, м

5-30

Минимальный интервал времени между измерениями, с

30

Максимальное расстояние от измерительной системы до управляющего компьютера, м

90

Систематическая составляющая основной погрешности, при L=10 м, Т=20°С, °С.

±3

Среднеквадратическое отклонение случайной составляющей основной погрешности при L=10 м, Т=20°С, °С.

±5

Акустический пирометр состоит из двух звуковых головок, измерительной системы, управляющего компьютера. Звуковые головки объединяют в себе источник и приёмник звука, и взаимозаменяемы. В качестве источника звука используются импульсные газодинамические установки (газогенераторы), работающие от сжатого воздуха давлением 7 - 15 атм. В качестве приёмника звука применяются динамические головки 1ГДШ-9. Измерительная система построена на базе модулей Fastwel, выполненных в стандарте MicroPC. Система управления и регистрации размещается в герметичном корпусе, надёжно защищающем систему от влаги и пыли. В качестве управляющего компьютера может использоваться любой персональный компьютер.

Типовая схема измерения температуры газовой среды при помощи однолучевого акустического пирометра АП-2 показана на (рис. 3).

Рис. 3. Схема измерения средне-интегральной температуры при помощи однолучевого акустического пирометра АП-2.
С управляющего компьютера на измерительную систему поступает сигнал «Пуск». В этот момент времени измерительная система запускает источник звука (например, звуковую головку 1), и регистрирует момент образования акустического импульса по электрическому сигналу с приёмника звукового сигнала звуковой головки 1. Акустический сигнал, проходя через объём газа, попадает на приёмник сигнала (звуковую головку 2). Измерительная система регистрирует момент прихода акустического импульса по электрическому сигналу с приёмника звукового сигнала звуковой головки 2. Измеряя время прохождения сигнала и расстояние от источника до приёмника L, можно определить среднюю скорость движения звуковой волны по линии, соединяющей источник и приёмник по формуле (2) и далее определить среднюю температуру газовой среды по линии, соединяющей звуковые головки, по формуле (3).
Первые испытания акустического пирометра АП-2 были проведены 25 мая 2005 г. на Южно-Кузбасской ГРЭС в процессе настройки и составления режимной карты для котла №2 после его капитального ремонта.

Рис. 4. Схема измерений на котле №2 Южно-Кузбасской ГРЭС


Для определения температуры в топке котельного агрегата источник звукового сигнала закреплялся на одной из стенок топки к смотровому люку, а приёмник звукового сигнала закреплялся к смотровому люку на противоположной стенке топки (см. рис. 4). По скорости прохождения звукового сигнала от источника до приёмника определялась средняя температура в топке котла по линии, соединяющей источник и приёмник.

Для работы источника звукового сигнала использовался сжатый азот с давлением 8 атм. Электрическая часть измерительной системы подключалась к сети 220 В, 50 Гц. За одну серию измерений было произведено 30 замеров температуры с интервалом в 1 минуту. Результаты измерений в этой серии приведены на графике (рис. 5).



Рис. 5. Результаты измерений температуры в топке котла.


Среднее значение температуры по результатам всех измерений Тср = 1170°С; среднеквадратичное отклонение от среднего значения σ = 4.0%. Параллельное однократное измерение температуры яркостным пирометром показало значение температуры 1500ºС. Следует отметить, что акустический пирометр АП-2 был установлен на площадке вблизи действующего котла и работал в условиях повышенной температуры эксплуатации (от 50 до 70ºС), но влияние температуры прибора на его работоспособность не было зафиксировано.
Заключение

Разработана, построена и испытана одноканальная акустическая система для измерения температуры в нагретой газовой среде (акустический пирометр АП-2), позволяющая измерять среднюю температуру по линии, соединяющей источник и приёмник звука. Первые испытания акустического пирометра АП-2 в реальных условиях на котле №2 Южно-Кузбасской ГРЭС показали его надежность, работоспособность и достаточно высокую точность определения средней температуры газа в топочном пространстве котла. Использование акустического пирометра позволило повысить точность измерений температуры и сократить время проведения наладочных работ. В дальнейшем аналогичные наладочные измерения с помощью одноканального акустического пирометра АП-2 были проведены на Назаровской ГРЭС-2 и Омской ТЭЦ-4.

В настоящее время заканчивается изготовление многоканальной акустической системы АП-8 (с 8 звуковыми головками), которая позволит выполнять измерения распределения температуры газа в плоскости.
Литература

1. Boilerwatch® MMP acoustic pyrometer. SEI, Inc Sparks, Nevada USA. www.sciengr.com



2. Определение температуры газов в топке котла П-67 акустическим методом. Рыжов А. П., Шандро А. И., Мещеряков В. Г. 660062, Красноярск, Свободный пр., 66а. СибВТИ.

3. Акустический пирометр АК-2. Руководство по эксплуатации. ООО «Сибтехакадем».