專利名稱：鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于鍋爐燃燒監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)。
技術背景使用固體燃料(如煤)或者含灰份的液體燃料的火力發(fā)電機組鍋爐在正常運行時，會由于高溫煙氣夾帶的熔化或部分熔化的粘性顆粒碰撞在爐墻或受熱面而產(chǎn)生結(jié)渣。而溫度低于灰熔點的灰粒在受熱面上沉積，則會造成積灰。一旦鍋爐受熱面形成積灰或者結(jié)渣，會導致受熱面的傳熱能力降低、工質(zhì)吸熱量減少、煙氣側(cè)溫度升高以及影響鍋爐的經(jīng)濟性的后果，進而降低發(fā)電廠效率，嚴重則導致意外停爐，直接危及鍋爐的運行安全。為解決上述由鍋爐對流受熱面灰污帶來的問題，各電廠都配有吹灰器。電廠通過定時定量的吹灰方式清掃鍋爐對流受熱面的灰污。但是，這種方法常常使受熱面吹灰過于頻繁或者吹灰力度不夠。吹灰過于頻繁，不僅浪費吹灰所使用的工質(zhì)，而且致使受熱面機械疲勞和熱疲勞加劇，受熱面的壽命降低；吹灰力度不夠，不僅會造成受熱面灰污狀況加劇，而且容易致使受熱面形成難以清除掉渣層。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，針對鍋爐對流受熱面灰污問題，提出一種鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)，用于在線實時監(jiān)測鍋爐對流受熱面灰污，進而指導鍋爐對流受熱面灰污的清除工作。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案是，一種鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)包括安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上的多個聲波發(fā)生器、安裝在聲波發(fā)生器的聲波導管上的聲波接收器、信號調(diào)理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝置；所述聲波發(fā)生器與功率放大器相連；所述聲波接收器與信號調(diào)理器相連；所述功率放大器和信號調(diào)理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。所述安裝在鍋爐水冷壁四周同一個平面上的聲波發(fā)生器為偶數(shù)個，且每個聲波發(fā)生器在鍋爐水冷壁上的位置都與同一個平面上的另一個聲波發(fā)生器對稱。所述聲波接收器為偶數(shù)個。本實用新型能夠準確測量鍋爐對流受熱面煙氣側(cè)溫度場，結(jié)合電廠DCS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)鍋爐對流受熱面灰污報警的監(jiān)測。

圖I是鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是單路徑聲學測溫示意圖；[0014]圖3是神經(jīng)網(wǎng)絡示意圖；圖中，I-聲波發(fā)生器，2-聲波接收器，3-聲波發(fā)生器的聲波導管，4-輸出層，5-隱含層，6-輸入層。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的范圍及其應用。圖I是鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖I中，鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)包括聲波發(fā)生器I、聲波接收器2、信號調(diào)理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝
置。 其中，多個聲波發(fā)生器I安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上，聲波接收器2安裝在聲波發(fā)生器I的聲波導管3上。聲波發(fā)生器I與功率放大器相連，聲波接收器2與信號調(diào)理器相連，功率放大器和信號調(diào)理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。輸入輸出裝置一般與處理終端相連，處理終端可以采用臺式計算機、筆記本或者工作站。處理終端上安裝控制聲波發(fā)生器的程序以及接收聲波信號的程序。輸入輸出裝置用于在處理終端的控制下，通過接線盒向功率放大器發(fā)送聲波發(fā)生信號。同時，輸入輸出裝置用于還用于接收信號調(diào)理器經(jīng)過接線盒發(fā)送的聲波接收信號。功率放大器用于接收聲波發(fā)生信號并控制聲波發(fā)生器發(fā)出聲波。 聲波發(fā)生器用于發(fā)出特定頻率的聲波。聲波接收器用于接收聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波，并將接收的聲波發(fā)送到信號調(diào)理器。信號調(diào)理器用于將聲波接收器接收的聲波轉(zhuǎn)換成聲波接收信號并通過接線盒發(fā)送到輸入輸出裝置。圖2是單路徑聲學測溫示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的聲波發(fā)生器和聲波接收器的優(yōu)選布設方式是，安裝在鍋爐水冷壁四周同一個平面上的聲波發(fā)生器為偶數(shù)個，且每個聲波發(fā)生器在鍋爐水冷壁上的位置都與同一個平面上的另一個聲波發(fā)生器對稱。由于聲波發(fā)生器與聲波接收器相互對應，因此聲波接收器也為偶數(shù)個。該結(jié)構(gòu)是一種單路徑聲學結(jié)構(gòu)，基于該結(jié)構(gòu)的測溫過程如下聲波發(fā)生信號由爐膛左側(cè)測點的聲波發(fā)生器發(fā)出，被左右兩側(cè)的聲波接收器測至IJ，通過聲波飛渡時間的測量，可以用來確定聲波在傳播路徑上的平均速度，根據(jù)平面波的運動方程、平面波的波動方程以及氣體狀態(tài)方程推導出聲波測溫的原理方程如下C=- P(t+273.15) =Z^/(/+273.15)
r V m式中，T為飛渡時間，L為測點距離，c為介質(zhì)中聲波的傳播速度，R為理想氣體普適常數(shù)，t為氣體溫度，Y為氣體的絕熱指數(shù)(定壓比熱容與定容比熱容之比值)，m為氣體分子量。對于給定的氣體混合物Z = 為一常數(shù)，故聲波在其中的傳播速度取決于氣
V m體的溫度。由上式得出單路徑溫度計算公式^ = (^)2-273.15 o當系統(tǒng)開始運行時，安裝在鍋爐對流受熱面的聲波發(fā)生器接收到主程序產(chǎn)生聲波發(fā)生信號，經(jīng)功率放大器聲波發(fā)生器發(fā)出聲波經(jīng)由聲波導管傳播到鍋爐爐膛內(nèi)部，聲波接收器接收到聲波信號經(jīng)由信號調(diào)理器和輸入輸出裝置傳回主機(處理終端)主程序中，主程序計算聲波飛渡時間和計算鍋爐煙氣側(cè)溫度。將計算結(jié)果存入到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫定時訪問電廠DCS數(shù)據(jù)系統(tǒng)，保存所需數(shù)據(jù)，以便神經(jīng)網(wǎng)絡預測鍋爐煙氣側(cè)溫度。人工神經(jīng)網(wǎng)絡通過訓練來獲得輸入量與輸出量之間的關系。人工神經(jīng)網(wǎng)絡包含一個個互相連接的神經(jīng)元，神經(jīng)元之間通過線性或者非線性的傳遞函數(shù)相連接。這種結(jié)構(gòu)使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡能夠應用于一個非線性系統(tǒng)。本文建立模型使用的BP網(wǎng)絡這一名稱來源于它的學習算法誤差反向傳播(Error Back Propagation)學習算法,簡稱BP算法,BP網(wǎng)絡是采用BP學習算法的網(wǎng)絡。經(jīng)典BP網(wǎng)絡是全連接的前向網(wǎng)絡，可分成三個部分輸入層、隱含層和輸出層。輸入層接受外界的信息，隱含層是特征表征層，用于儲存學習對象的特征信息，輸出層將網(wǎng)絡計算結(jié)果輸出。對于輸入信息，要先向前傳播到隱含層的結(jié)點上，經(jīng)過各單元的特性為Sigmoid型的激活函數(shù)(又稱作用函數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)或映射函數(shù)等)運算后，把隱含結(jié)點的輸出信息傳到輸出結(jié)點，最后給出輸出結(jié)果。網(wǎng)絡的學習過程由正向和反向傳播兩部分組成。在正向傳播過程中，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元網(wǎng)絡。如果輸出層不能得到期望輸出，就是實際輸出值與期望值之間有誤差，那么轉(zhuǎn)入反向傳播過程，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經(jīng)元的權(quán)值，逐次地向輸入層傳播并進行計算，再經(jīng)過正向傳播過程，通過這兩個過程的反復運用，使得誤差信號最小。神經(jīng)網(wǎng)絡示意圖如附3所示。當受熱面受到灰污以后，其傳熱效能會變差，對于鍋爐對流受熱面來說就表現(xiàn)在其換熱量的減少上，所以可以從這方面分析，從而提取灰污特征系數(shù)。在一定渣層物理、化學特性范圍內(nèi)有，灰沉積厚度S d可由下式求得6 d=D0 (qn
otclean /Qclean) (0_1)式中，D0-常數(shù)；Qnotclean-受熱面的實際吸熱量；Clelean-清潔受熱面的潛在吸熱量清潔受熱面的潛在吸熱量就是被監(jiān)測受熱面在實際運行工況下，受熱面清潔時的潛在吸熱量。因此，可以定義灰污特征參數(shù)為T=l-QsJ/QqJ (0-2)式中Qsj :受熱面實際吸熱量Qqj :清潔受熱面吸熱量當受熱面清潔時，T為最小值，即趨于零；當污垢很厚時，管壁溫度接近于煙氣溫度，受熱面吸熱量趨于零，T達到最大，即趨于I。從上面的分析可以看到T能很好反應灰污狀況，因此，選擇灰污特征參數(shù)T作為監(jiān)測灰污程度的參數(shù)。對于被監(jiān)測的受熱面來說，受熱面的實際吸熱量Qsj可以通過測得進出口工質(zhì)的溫度、壓力和流量來計算得到，而溫度、壓力和流量這些參數(shù)可以通過電廠現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)非常準確的得到，繼而按如下公式得到受熱面的實際吸熱量Qsj Qsj = D (Vh1) (0-3)其中D :受熱面對應的工質(zhì)流量；h2 :工質(zhì)出口 i含；Ii1 :工質(zhì)進口洽；這樣通過電廠現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)可以準確的計算得到各受熱面的實際 吸熱量。 各受熱面清潔狀況下的潛在吸熱量是受許多因素影響的變量，呈現(xiàn)出很強的非線性特點，對于這個問題是通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型來解決的。在工程應用過程中，碰到的大多數(shù)都是非線性問題，并不能將其分段線性化來理解和處理。而分析非線性系統(tǒng)的數(shù)學工具非常少。對于本質(zhì)非線形的系統(tǒng)，通常的最小二乘法已難以使用，因為這類系統(tǒng)對應的模型很難化成最小二乘格式，即關于參數(shù)空間的線形模型，而且對于非線形系統(tǒng)的識別問題，往往需要有關被識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式等各種先驗知識和假設。因此，它們基本上是針對某些特殊非線形系統(tǒng)而進行的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡的建立過程較為簡單，不需要對研究對象深入了解，它只是從行為上模擬研究對象，而并不追究研究對象的內(nèi)在機理。這一點可以解決因為研究對象特別復雜而不易建立數(shù)學模型的問題。另外，由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡僅僅具有從輸入到輸出的映射能力，所以除了輸出值，它不再給出其它的信息，正是有了神經(jīng)網(wǎng)絡，非線性系統(tǒng)的識別才成為可能。神經(jīng)網(wǎng)絡對系統(tǒng)進行識別是通過直接學習系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)，學習的目的是使得所要求的誤差函數(shù)達到最小，從而歸納出隱含在系統(tǒng)輸入、輸出數(shù)據(jù)中的關系，這個關系隱含在神經(jīng)網(wǎng)絡內(nèi)部。對于一個特定的受熱面來說，通過分析，可以用管內(nèi)工質(zhì)流量，管內(nèi)工質(zhì)壓力，管內(nèi)工質(zhì)進口溫度，進風量，燃煤量，燃燒器投運方式這幾個參數(shù)來表征運行工況。清潔受熱面吸熱量= f (爐膛出口煙溫，管內(nèi)工質(zhì)流量，管內(nèi)工質(zhì)壓力，管內(nèi)工質(zhì)入口溫度，進風量，燃煤量，燃燒器投運方式)。這樣清潔受熱面吸熱量、爐膛出口煙溫、管內(nèi)工質(zhì)流量、管內(nèi)工質(zhì)壓力、管內(nèi)工質(zhì)入口溫度、進風量、燃煤量、燃燒器投運方式這幾個因素構(gòu)成了一個時間連續(xù)的非線性動力系統(tǒng)，而清潔受熱面吸熱量正是所需要識別的量。通過電廠DAS系統(tǒng)采集受熱面清潔狀態(tài)下不同工況的受熱面吸熱量，作為樣本對網(wǎng)絡進行訓練，以實現(xiàn)在受熱面被沾污后對清潔受熱面吸熱量的識別與預測。實現(xiàn)本實用新型的全部流程由主程序控制，主程序基于Labview軟件，包括聲波的產(chǎn)生信號、聲波信號的接收、聲波飛渡時間測量和鍋爐煙氣側(cè)溫度計算。軟件運行時，發(fā)出指令使硬件依次運作，數(shù)據(jù)采集，計算鍋爐對流受熱面煙氣側(cè)溫度場，結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫SQL系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫SQL系統(tǒng)訪問電廠DCS數(shù)據(jù)庫，相關數(shù)據(jù)輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸入層，BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測清潔時受熱面的潛在吸熱量，計算程序計算實際時受熱面吸熱量，計算鍋爐對流受熱面灰污系數(shù)，存入數(shù)據(jù)庫SQL系統(tǒng)，以便軟件提供煙氣溫度場、各對流受熱面灰污系數(shù)、相關數(shù)據(jù)變化趨勢和灰污報警信號。[0060]以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到
的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求1.一種鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)包括安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上的多個聲波發(fā)生器、安裝在聲波發(fā)生器的聲波導管上的聲波接收器、信號調(diào)理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝置； 所述聲波發(fā)生器與功率放大器相連； 所述聲波接收器與信號調(diào)理器相連； 所述功率放大器和信號調(diào)理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述安裝在鍋爐水冷壁四周同一個平面上的聲波發(fā)生器為偶數(shù)個，且每個聲波發(fā)生器在鍋爐水冷壁上的位置都與同一個平面上的另一個聲波發(fā)生器對稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是所述聲波接收器為偶數(shù)個。
專利摘要本實用新型公開了一種鍋爐對流受熱面灰污監(jiān)測系統(tǒng)。包括安裝在鍋爐水冷壁四周的一個或者多個平面上的多個聲波發(fā)生器、安裝在聲波發(fā)生器的聲波導管上的聲波接收器、信號調(diào)理器、接線盒、功率放大器和輸入輸出裝置；聲波發(fā)生器與功率放大器相連；聲波接收器與信號調(diào)理器相連；功率放大器和信號調(diào)理器通過接線盒與輸入輸出裝置相連。本實用新型能夠準確測量鍋爐對流受熱面煙氣側(cè)溫度場，結(jié)合電廠DCS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)鍋爐對流受熱面灰污報警的監(jiān)測。
文檔編號F22B37/38GK202546721SQ20122005708
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者安連鎖, 張世平, 沈國清, 鄧喆 申請人:華北電力大學