Устройство для измерения недожога топлива в топке котлоагрегата Советский патент 1991 года по МПК F23N5/08 

10

7 П.

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.

AL 8

Ч 7 Ф„2

О

ч|

ю

со о

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть 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 устройст ва; на фиг. 5 - зависимость недожога частиц топлива от температуры.

Устройство содержит фотопреобразователь 1 с линзой 2, установленные в камере 3 датчика 4, в котором сформирован изме- рительный 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 температур- ного сигнала частицы к регистрирующему прибору 14.

Блок 12 содержит две схемы И 15 и 16, схему 17 сравнения, генератор 18 прямо угольных импульсов, элемент 19 памяти, ин- тегратор 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 распо- лагались в топке по направлению потока анализируемой среды. Согласно оптимальным условиям сжигания твердого топлива в верхней части топки среднее значение по- розности имеет величину 0,98.Отсюда еле- дует.что в 1 см размещается 4-5 частиц твердого топлива, т.е. среднее расстояние между частицами значительно больше среднего размера частиц, поэтому эффектом многократного отражения электромагнит- ной волны, излучаемой анализируемой частицей, возможно пренебречь.

Горящая частица твердого топлива, проходящая через каналы отверстий 9 и 10, излучает электромагнитную волну (инфрак- расный диапазон, длина волны 1 мкм) с амплитудой, определяемой по формуле

Е (Z)e ikDnz ,

где ко - я/л

х показатель затухания;

k,k0 - волновое число электромагнитной волны соответственно в контролируемой среде и вакууме:

Я - длина волны;

I (Z).(1}

где 10 - 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 I(Z) и 1о.

Например, для длины канала 5 - расстояние между линзой 2 и частицей в отверстиях 9 и 10, равного (), коэффициент

1

Z-Z

поглощения определяется а -

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

Т-Т -4- ЛТ-т -1- л с, .rv недожог.

I частицы-I газа+ Л1 - газа + A bkV 2-п

Пзолы

где А - коэффициент пропорциональности; Sk - средний взвешенный размер частиц кокса в потоке;

02 - содержание кислорода в газах: Ннедожог и Нзолы - соответственно поверхности горения коксовых частиц и общая поверхность золовых частиц,

.2. u н Sk

где Q4 - величина недожога; Q4ЈSk3

Нзолы ХЗун А Кц,

где аун - коэффициент уноса золы;

Ар - рабочая зольность топлива;

Кц - кратность циркуляции.

02 1+94. где а-коэффициент избытка окислителя на выходе из золы горения;

/ - степень выгорания,

.

Тогда ЛТ + 1).

аун Ар Кц

Ннедожог Sk ,

1

Отсюда - -х

-MO

дт

зун

(2)

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

В устройстве выходной сигнал с фотопреобразователя 1 после выделения сигнала в блоке 12, пропорционального температуре частицы, поступает на преобразователь 13, где производится умножение ДТ на постоянную величину элемента 22 памяти, пропорциональную(КГ5аун Ар. Кц), вводимую с учетом используемых режимов сжигания топлива.

Полученная величина складывается с сигналом элемента 23 памяти, пропорциональным (а -1) , после извлечения корня квадратного в элементе 30 из полученного сигнала вычитается в вычитателе 29 постоянная величина, равная (& - 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 импульсный 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 пропускается охлаждающий воздух и выводится через отверстия в экране 8. Входное отверстие 9 выполняют сечением 5ВХ определяемым из соотношения SBx 5вых 5кан, где 5Вых - площадь выходного отверстия 10;

5кан - площадь измерительного канала 0 5

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

Расстояние от торца нижней стенки 7 до

экрана 8 выбирают равным (приближенно)

расстоянию между частицами для исключе0 ния затенения частиц одна другой при

измерении интенсивности их излучения.

Выходные отверстия на экране 8 выполнены на его внешней стенке для исключения влияния на измеряемый высокотемператур- 5 ный поток воздуха, охлаждающего боковые стенки 6 и экран 8.

Формула изобретения

0 фотопреобразователь и линзу, установленные в камере датчика, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения недожога твердого топлива, оно дополни5 тельно содержит источник избыточного дав- ления воздуха, измерительный канал с охлаждаемыми стенками и экраном, блок измерения импульсного сигнала и преобразователь температурного излучения

0 частицы, подключенные последовательно соответственно между фотопреобразователем и регистрирующим прибором, причем камера датчика сообщена с измерительным каналом, на конце которого установлен эк5 ран, 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

0 этом камера датчика сообщена с источником избыточного давления воздуха и выполнена в выходном сечении по внешней поверхности линзы с кольцевым сужением.

сигнала содержит две схемы И, схему сравнения, генератор прямоугольных импульсов, элемент памяти, интегратор и накопитель, первая схема И первым входом подключена к выходу фотопреобразователя, 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.

Фиг.З

ния импульсного сигнала, вторым входом - к второму элементу памяти и выходом - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с третьим элементом памяти,

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 регистрирующим прибором и вторым входом с пятым элементом памяти.

полостью, сообщенной через полости боковых стенок с источником избыточного давления воздуха, а на его внешней стенке выполнены выходные отверстия для воздуха.

NЈ

газа

О

В io sayjifl 1КцЛТ & й,5 ,7 о,в op tp го з,а ko 52 b,o i, $o юр

vur. 5

Фиг. 4

tp го з

vur. 5