Page 68 - 电力与能源2022年第六期
P. 68

5 3 0                   佟   鹏, 等: 水泥窖余热锅炉炉管泄漏声学监测系统设计

              周后才转变扩大为破坏性泄漏。因此, 对水泥窖                          8 ( 0 , b , 0 ), 若泄漏点 S 坐标为( x , , z ), 则泄漏
                                                                                             y
              余热锅炉炉管泄漏的早期检测、 及时预报、 准确定                         点 S 到传感器 i 与传感器 j 的时间迟延用表示。
              位的研究, 对于降低余热发电和水泥窑系统非计
              划停机造成的经济损失具有重要意义。
              1  基本原理

              1.1  声谱分析法
                   电力行业应用的锅炉“ 四管” 泄漏监测的方法

              主要有传统法、 水平衡法、 滤波法和声谱分析法,
              其中声谱分析法是目前最常用的监测方法, 具有
              实时、 可 远 程 监 测、 可 应 用 于 高 温 高 压 环 境 等
              优点   [ 2 ] 。                                                  图 1  泄漏点的定位模型
                   声谱分析法是通过接收炉内噪声信号并进行                             得到用于确定泄漏声源的双曲面定位                 [ 8 ] 方程
              分析以辨别炉管是否发生泄漏的方法。与烧烧噪                            组如下:
              声、 燃烧器的射流噪声、 烟道和管道扩容或节流等                                   cτ i j =  ΔS i - ΔS j          ( 1 )
                                                                                                  ———泄漏
              产生的气体动力性噪声以及其他机械噪声不同,                            式中  c ———炉膛声波的传播速度; ΔS i
              炉管泄漏产生的喷流噪声具有宽频带的声发射频                            声源到i传声器的距离; ΔS j         ———泄漏声源到 j 传
              谱特征。在锅炉运行过程中, 超高频率和声功率                           声器的距离; τ i j ——— TDOA , 用 LMS 自适应滤波
              的喷流噪声表明炉管开始发生泄漏, 随着破坏的                           器法求出。
              加剧, 泄漏口径逐渐增大, 峰值频率不断降低                  [ 3 ] 。      步骤二: 通过 LMS 算法的自适应滤波器法
              1.2  声定位原理                                       计算各路信号之间的时间延迟估计。
                   声学定位原理是将多个声波传感器采集到的                        1.3  声学谐振腔式声导管
              声信号转换成电信号然后进行特征分析, 通过合                               一般的声波导管, 容易导致积灰, 烟气反窜也
              适的计算方法定位出声源位置               [ 4 ] 。其中, 基于到       易损坏传感器, 因此常采用间断或连续吹扫的方
              达时间差定位方法( TimeDela yofArrival , 简称               式来保护传感器正常工作。
              TDOA ) 应用最为广泛       [ 5 ] 。理论上, 平面只需要 2              在运行过程中发现, 此方案不但无法完全消
              个、 立体空间仅需要 3 个声波传感器就可以根据                         除此类故障, 反而带来强背景噪声等衍生问题, 因
              目标与基元之间的几 何关系确定目标声源的位                            此本系统采用声学谐振腔式声导管。声学谐振腔
              置; 但由于锅炉内复杂的声环境和管束                 [ 6 ] 的影响,    式声导管如图 2 所示, 主要有腔体和 A 、 B 耐高温
              往往 需 要 利 用 广 义 互 相 关 函 数 法、 最 小 均 方              振动膜 3 部分组成。整体采用组件式装配方法,
              ( LeastMeanS q uare , 简称 LMS ) 自适应滤波法和           方便后期运行的检修与维护工作。当锅炉内管束
              高阶统计量时延估计法等手段提高时延估计的精                            发生泄漏时, 噪声信号自裂缝处传播进入声导管
                                                               内引起谐振腔振动, 然后被传感器接收完成声信
              度, 从而保证准确定位声源。
                   本系统主要采用 LMS 算法的自适应滤波器                       号到电信号的转变。由于腔体距离特定, 声波在
              法得 到 时 间 迟 延 估 计, 并 采 用 基 于 蜂 窝 网 络 的            声学谐振腔中会形成干涉, 增强了特定频率泄漏
              TDOA 定 位 系 统 中 的 改 进 型 三 维 空 间 算 法 的             信号。应用谐振腔式声导管能够有效地提取泄漏
              CHAN 算法     [ 7 ] 实现锅炉承压管泄漏位置的精确                 信号, 并可避免飞灰和烟气反窜对传感器的影响,
                                                               实现吹灰和声学监测的协同作业。
              定位。主要分为如下两个步骤。
                   步骤一: 泄漏点的定位模型如图 1 所示。定
                                                              2  系统设计
              义传声器i为第 i 个传声器, S 为泄漏点, 坐标分
              别为传感器 1 ( a , 0 , 0 )、 传感器 2 ( a 1 00 传感器       2.1  硬件系统
                                              ,,)、
                                                                   本系统在声学模型上, 采用滤波处理和频谱
                   ,,               , ,                , ,
              3 ( a 2 b0 )、 传感器 4 ( a 2 b 1 0 )、 传感器 5 ( a 1 b 2
              0 )、 传感器 6 ( a , b 2 0 传感器 7 ( 0 , b 1 0 )、 传感器  分析相结合的方法, 提高了信号分析的准确率和
                              ,)、
                                                ,
   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73