Устройство для измерения недожога топлива в топке котлоагрегата

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет повысить точность измерения недожега твердого топлива. В устройстве датчик 4, введенный в топку котлоагрегата, позволяет регистрировать свечение горящих частиц в инфракрасном диапазоне. Горящая частица проходит через канал отверстий 9, 10, излучая электромагнитную волну, интенсивность которой фиксируется фотопреобразователем 1 и выделяется в блоке измерения импульсного сигнала. Полученная величина умножается на постоянный коэффициент, соответствующий используемому режиму сжигания топлива. 3 з.п. ф-лы., 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 23 N 5/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7 71 ()

ЬЭ

Од

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4728827/06 (22) 11,08.89 (46) 23.08,91. Бюл. № 31 (71) Государственный научно-исследовательский энергетический институт им.

Г.М.Кржижановского (72) В.В.Ермаков, А.В.Рыжаков, В.Г.Белун и

С.А. Фадеев (53) 621.182.26 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 817398, кл. F 23 N 5/08, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕДОЖОГА ТОПЛИВА В ТОПКЕ КОТЛОАГРЕГАТА

„„Я2„„1672130 А1 (57) Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет повысить точность измерения недожога твердого топлива. В устройстве датчик 4, введенный в топку котлоагрегата, позволяет регистрировать свечение горящих частиц в инфракрасном диапазоне. Горящая частица проходит через канал отверстий 9, 10, излучая электромагнитную волну, интенсивность которой фиксируется фотопреобразователем 1 и выделяется в блоке измерения импульсного сигнала. Полученная величина умножается на постоянный коэффициент, соответствующий используемому режиму сжигания топлива. 3 з.п.ф-лы. 5 ил.

1672130

Изобретение относится к теплоэнергетике и может бы r использовано, в частности. при автоматизации процессов горения.

Цель изобретения — повышение точности измерения недожога твердого топлива.

На фиг. 1 изображена схема устройства для измерения недожога топлива в топке котлоагрегата; на фиг. 2 — датчик устройства; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг, 2; на фиг. 4— схема изменения выходных сигналов блоков устройс1ва; на фиг. 5 — зависимость недожога частиц топлива от температуры.

Ус1ройсгво содержит фотопреобразователь 1 с линзой 2, установленные в камере

3 датчика 4, в котором сформирован измерительный канал 5 с охлаждаемыми стенками 6 и 7 и экраном 8, В нижней и верхней стенках 7 выполнены соответственно входное 9 и выходное 10 отверстия для анализируемой среды. Охлаждающий воздух подводится в камеру 3 через штуцер 11, а также к боковым стенкам 6.

Выход фотопреобразователя 1 подключен через блок 12 измерения импульсного сигнала и преобразователь 13 температурного =игнала частицы к регистрирующему прибору 14, Блок 12 содержит две схемы И 15 и 16, схему 17 сравнения, генератор 18 прямоугольных импульсов, элемент 19 памяти, интегратор 20 и накопитель 21.

Преобразователь 13 содержит четыре элемента 22 — 25 памяти, два умножителя 26 и 27, сумматор 28, вычитатель 29 и элемент

30 вычисления квадратного корня.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 4 вводится в топку котлоагрегата (не показана) таким образом, чтобы входное 9 и выходное 10 отверстия располагались в топке по направлению потока анализируемой среды. Согласно оптимальным условиям сжигания твердого топлива в верхней части топки среднее значение порозности имеет величину 0,98.Отсюда следует, по в 1 см размещается - 4-5 частиц твердого топлива, т.е. среднее расстояние между частицами значительно больше среднего размера частиц, поэтому эффектом многократного отражения электромагнитной волны, излучаемой анализируемой частицей, возможно пренебречь.

Горящая частица твердого топлива, проходящая через каналы отверстий 9 и 10, излучает электромагнитную волну (инфракрасный диапазон, длина волны 1 мкм) с ам плитудой, определяемой по формуле

Е (7 где kî,- т4 х показатель затухания;

k,ко — волновое число электромагнитной волны соответственно в контролируемой среде и вакууме;

5 А — длина волны;

Z — расстояние от частицы до места измерения интенсивности волны! (Z), которая равна

I (Z) =1ое (s)

10 где 4 — интенсивность падающей волны; ао — коэффициент поглощения.

Коэффициент поглощения для измерительного канала 5 имеет постоянную величину и может быть определен расчетным путем из выражения (1) при известных 1(Z) и

Io

Например, для длины канала 5 — расстояние между линзой 2 и частицей в отверстиях 9 и 10, равного (Z Zi), коэффициент поглощения определяется a =—

Z — Z<

In —.

° lo

Г1

Измеряя интенсивность волны l(Z) от частицы при известном а, возможно, согласно зависимости, связывающей l(Z)=f (T), определить температуру Т частицы, фиксируемая величина которой на фотопреобразователе 1 определяется следующим образом:

Тц=-Tra + ЛТ= + A SkQ2

Ннедожог.

Н золы где А — коэффициент пропорциональности;

Sk — средний взвешенный размер час35 тич кокса в потоке, Ор — содержание кислорода в газах;

Ннедожог и Нзолы соответственно поверхности горения коксовых частиц и общая поверхность эоловых частиц, 2, 9н

Н недо ж о г S k, Н н

5 где q4 — величина недожога;

q4,S<

Н„а„ АР Кц, 45 где аун — коэффициент Уноса эолы;

АР— рабочая зольность топлива;

Кц — кратность циркуляции.

Oz= а — /3=a — 1+g4, где а- коэффициент избытка окислителя на выходе из эолы горения;

P — степень выгорания, j3 = 1 - Р4.

А ф

Тогда ЛТ вЂ” — (94 + g4(a — 1)), Зн A Кц

Отсюда 94 =- с

2 ((а — 1) +10 ЛТ a„H А . Кц — -с "+ 1) 1672130

Таким образом, величина недожога функционально связана с температурой частиц твердого топлива (фиг.5).

В устройстве выходной сигнал с фотопреобразователя 1 после выделения сигна- 5 ла в блоке 12, пропорционального температуре частицы, поступает на преобразователь 13, где производится умножение ЛТ на постоянную величину элемента

22памяти,пропорциональную(10 ау A Кц), 10 вводимую с учетом используемых режимов сжигания топлива.

Полученная величина складывается с сигналом элемента 23 памяти, пропорцио2 нальным (a — 1), после извлечения корня квадратного в элементе 30 из полученного сигнала вычитается в вычитателе 29 постоянная величина, равная (а — 1), и после преобразования в умножителе 26 с учетом постоянной величины из элемента 25 памяти на регистрирующем приборе 14 фиксируется сигнал, пропорциональный недожогу твердого топлива.

Преобразование сигнала с фотопреобразователя 1 в блоке 12 осуществляется следующим образом. Импульсный сигнал с фоновым, пропорциональным температуре в топке, поступает на схему И 15, которая открывается при поступлении импульса с генератора 18 (фиг.4). Схема 17 сравнения пропускает сигнал больше величины, установленной в элементе 19 памяти, а так как схема И 15 открыта только при импульсе с генератора 18, то через схему 17 пропускается сигнал, изменяющий свою величину за время импульса, больше установленной величины в элементе 19 памяти, т.е. упомянутой схемой пропускается сигнал с установленным градиентом изменения его величины, Это позволяет выделить им.пульсный сигнал, пропорциональный температуре частицы, Интегрирование его осуществляется только в момент срабатывания схемы И 16, т.е. при подаче на ее входы сигналов со схемы 17 сравнения и генератора 18. Частота выдачи импульсов последнего значительно выше частоты импульсного сигнала, поэтому отключение схемы И 16 происходит только при подаче на нее нулевого сигнала со схемы 17 сравнения, характеризующего окончание импульсного сигнала с фотопреобразователя 1(пропорционального температуре частицы), Отключение схемы И 16 определяет сброс выходного сигнала с накопителя 21, в котором формируется суммарная величина с интегратора, пропорциональная площади под кривой импульсного сигнала (фиг.4), т.е. температуре частицы, Датчик 4 выполнен с полыми боковыми стенками 6 и экраном 8, через полость которых п ропускается охлаждающий воздух и выводится через отверстия в экране 8.

Входное отверстие 9 выполняют сечением

S»x. определяемым из соотношения Sex —=

Sevx Якан, где Se+x — площадь выходного отверстия 10;

Sxae — площадь измерительного канала

5.

B этом случае воздух, поступающий иэ камеры 3 в измерительный канал 5, выходит через часть отверстия 10, смежную торцу верхней стенки 7, практически не изменяя структуру измеряемого высокотемпературного потока.

Расстояние от торца нижней стенки 7 до экрана 8 выбирают равным (приближенно) расстоянию между частицами для исключения "затенения" частиц одна другой при измерении интенсивности их излучения.

Выходные отверстия на экране 8 выполнены на его внешней стенке для исключения влияния на измеряемый высокотемпературный поток воздуха, охлаждающего боковые стенки 6 и экран 8.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения недожога топлива в топке котлоагрегата, содержащее фотопреобраэователь и линзу, установленные в камере датчика, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения недожога твердого топлива, оно дополнительно содержит источник избыточного давления воздуха, измерительный канал с охлаждаемыми стенками и экраном, блок измерения импульсного сигнала и преобразователь температурного излучения частицы, подключенные последовательно соответственно между фотопреобразователем и регистрирующим прибором, причем камера датчика сообщена с измерительным каналом, на конце которого установлен экран, а в нижней и верхней стенках измерительного канала перед экраном выполнены соответственно входное отверстие для анализируемой среды и выходное отверстие с сечением большим сечения входного. при этом камера датчика сообщена с источником избыточного давления воздуха и выполнена в выходном сечении по внешней поверхности линзы с кольцевым сужением.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок измерения импульсного сигнала содержит две схемы И, схему сравнения, генератор прямоугольных импульсов, элемент памяти, интегратор и накопитель, первая схема И первым входом подключена к выходу фотопреобразовате1672130

Фиг.д ля, вторым — к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выходом — к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к первому элементу памяти, а выход — к первому входу второй схемы И, вторым входом соединенной с выходом генератора прямоугольных импульсов, первым выходом — через интегратор с накопителем и вторым выходом со сбросовым входом накопителя, выход которого подключен к преобразователю температурного сигнала частицы, 3. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что преобразователь температурного излучения частицы содержит четыре элемента памяти, два умножителя, сумматор, вычитатель и элемент вычисления квадратного корня, первый умножитель первым входом подключен к выходу блока измерения импульсного сигнала, вторым входом— к второму элементу памяти и выходом — к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с третьим элементом памяти, 5 а выход — через элемент вычисления корня квадратного с первым входом вычитателя, вторым входом подключенным к четвертому элементу памяти и выходом к первому входу умножителя, выходом соединенного с реги10 стрирующим прибором и вторым входом с пятым элементом памяти, 4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений, экран выполнен с внутренней

15 полостью, сообщенной через полости боковых стенок с источником избыточного давления воздуха, à Hà его внешней стенке выполнены выходные отверстия для воздуха, 1672130

7 аза