一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统与方法

本发明属于燃煤锅炉机组的除尘，具体涉及一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统与方法。

背景技术：

1、燃煤锅炉系统烟气含尘量大，灰尘颗粒较细，烟气中的飞灰颗粒容易沉积于烟道或换热器表面。清灰不及时或不干净，容易引起大面积积灰，严重影响换热器的换热效果，甚至引起高温风机瞬间过流动作，威胁到系统安全稳定运行。声波清灰器是一种通过声波中的能量与积灰之间产生振动，使灰渣表面发生形变、疏松、破碎从而破坏受热管表面的积灰现状，将积灰转化成悬浮状态，最终随烟气排出。对于烟道或换热器空间，在积灰和清灰过程中，随着积灰状况的改变，其空间的谐振频率不断变化，如果声波清灰器释放的声波频率不匹配，很难达到较好的清灰效果。

2、声波发生器实际上是一个由变频调整电机带动的通断板，通过有规律地对气流的开断，产生具有一定声强和频率的声波，通过声导管进入除灰对象。现有声波清灰器一般为固定频率或者具有一定范围的循环频率。对于固定频率的声波清灰器，改变清灰频率需要人为调整，且由于频率固定不能彻底清除顽固灰尘，影响设备例如换热器、空预器等工作效率。对于具有一定范围循环频率的声波清灰器，为保证清灰效果一般采用较大的循环频率范围，有效清灰频率区间占总的循环频率范围比例较小，能量利用效率较低。因此，对于现有的清灰技术，由于声波频率的匹配问题而导致的清灰效率低、经济成本高等问题亟待解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统与方法，主动识别需除灰设备空间的谐振频率，并将声波频率和声强的自动调节到目标值，从而实现好的清灰效果，且工作过程无需人为干预，降低了设备运行成本。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，包括安装在烟道或换热器空间上的声学接收装置，与烟道或换热器空间相连通的共振腔式声波发生器，以及与共振腔式声波发生器和声学接收装置电性连接的控制装置，控制装置实时捕捉声学接收装置传递而来的频率信号，同时控制装置实时传递共振腔式声波发生器所需的频率信号。

4、本发明进一步的改进在于，在烟道或换热器空间上安装有多个声学接收装置。

5、本发明进一步的改进在于，控制装置对声学接收装置捕捉的声学特征信号进行滤波消除共振腔式声波发生器的声波噪音的干扰，然后筛选获得烟道或换热器空间的谐振频率。

6、本发明进一步的改进在于，控制装置通过声学接收装置捕捉到的烟道或换热器空间的声学特征信号，评估烟道或换热器空间的积灰程度，由于不同积灰程度时烟道或换热器空间的谐振频率是不同的，从而能够实时地启动或关闭清灰系统，以在保证清灰效果的同时实现经济运行。

7、本发明进一步的改进在于，还包括电磁阀和压缩空气制备系统，压缩空气制备系统用于产生设定压力的压缩空气，压缩空气通过输气管道经过电磁阀送入共振腔式声波发生器，共振腔式声波发生器用于产生与声学接收装置捕捉到的频率相等的声波；电磁阀和控制装置电性连接，电磁阀受其控制，在需要的时候打开释放压缩空气制备系统中的压缩空气以产生声波。

8、本发明进一步的改进在于，控制装置通过控制电机的变频调节电磁阀，根据捕捉到的谐振频率控制共振腔式声波发生器发出该频率的声波的信号，以找到最佳的除灰频率实现共振；同时，控制装置控制电磁阀的开关，在不需要清灰时关闭电磁阀停止进气，节省能量与成本，达到减少经济成本的效果。

9、本发明进一步的改进在于，还包括过滤器，其设置在电磁阀与共振腔式声波发生器之间的输气管道上，用于完成压缩空气的减压、过滤，以及油水和汽水的分离。

10、本发明进一步的改进在于，声学接收装置采用加速度测量共振频率原理，根据烟道或换热器空间的结构尺寸预测其谐振频率范围选择加速度传感器，确保其频率响应范围覆盖或超过待测频率，在预期振动最大的点或者对结构动态特性影响较大的位置安装加速度传感器，确保声学接收装置与烟道或换热器空间之间有良好的耦合，减少信号损失，加速度传感器测量到物体振动时的加速度变化之后，采集到的振动信号是时间域信号，通过快速傅立叶变换fft转换到频域，并将该振动信号传递给控制装置；

11、声学接收装置接收声学信号的方法如下：

12、首先，加速度传感器监测的加速度波形时域信息需要通过模数转换器采样成为数字信号；采样频率fs满足尼奎斯特采样定理，同时需要对信号进行截断；其次，确定进行fft变换的点数n；n决定了频率分辨率，即相邻频率点之间的间隔，其计算为fs/n，之后执行fft变换，变换后的结果提供了信号在不同频率下的幅度信息；频率轴上的频率值通过公式f＝(k×fs)/n计算，其中k是从0到n/2的整数索引，最后解析频谱。

13、本发明进一步的改进在于，共振腔式声波发生器采用电子电路来实现对预期频率声波的产生，其内置系统将接受控制装置传递的谐振频率信号，产生与谐振频率相同频率的声波，产生的声波在设备内部传播时，引起烟道或换热器空间的谐振，导致设备与积灰之间的连接力减弱，随着声波持续作用，最终使积灰脱落。

14、一种主动优选吹灰频率的声波清灰方法，该方法基于所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，包括：

15、通过声学接收装置捕捉烟道或换热器空间的声学特征，并将声学特征信号全部传给控制装置，控制装置对捕捉的声学特征信号进行预处理，实现捕捉到烟道或换热器空间谐振频率的目的，通过共振腔式声波发生器进行谐振频率信号声波的释放，与烟道或换热器空间达到谐振效果以实现清灰目的。

16、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

17、本发明提供的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统与方法，通过声学接收器对待清灰的烟道或换热器空间反馈声波的接收，并利用机械波的合成原理筛选出待清灰烟道或换热器空间的谐振频率。与固定频率的声波清灰器相比，本发明可以极大地提升清灰效果，且运行过程无需人为干预。与具有一定范围循环频率的声波清灰器相比，本发明避免了过多无用频率声波的输入，能够极大地降低清灰器的能量投入，提高清灰器的经济性。

技术特征：

1.一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，包括安装在烟道或换热器空间(1)上的声学接收装置(2)，与烟道或换热器空间(1)相连通的共振腔式声波发生器(3)，以及与共振腔式声波发生器(3)和声学接收装置(2)电性连接的控制装置(5)，控制装置(5)实时捕捉声学接收装置(2)传递而来的频率信号，同时控制装置(5)实时传递共振腔式声波发生器(3)所需的频率信号。

2.根据权利要求1所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，在烟道或换热器空间(1)上安装有多个声学接收装置(2)。

3.根据权利要求1所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，控制装置(5)对声学接收装置(2)捕捉的声学特征信号进行滤波消除共振腔式声波发生器(3)的声波噪音的干扰，然后筛选获得烟道或换热器空间(1)的谐振频率。

4.根据权利要求1所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，控制装置(5)通过声学接收装置(2)捕捉到的烟道或换热器空间(1)的声学特征信号，评估烟道或换热器空间(1)的积灰程度，由于不同积灰程度时烟道或换热器空间(1)的谐振频率是不同的，从而能够实时地启动或关闭清灰系统，以在保证清灰效果的同时实现经济运行。

5.根据权利要求1所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，还包括电磁阀(6)和压缩空气制备系统(7)，压缩空气制备系统(7)用于产生设定压力的压缩空气，压缩空气通过输气管道经过电磁阀(6)送入共振腔式声波发生器(3)，共振腔式声波发生器(3)用于产生与声学接收装置(2)捕捉到的频率相等的声波；电磁阀(6)和控制装置(5)电性连接，电磁阀(6)受其控制，在需要的时候打开释放压缩空气制备系统(7)中的压缩空气以产生声波。

6.根据权利要求5所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，控制装置(5)通过控制电机的变频调节电磁阀(6)，根据捕捉到的谐振频率控制共振腔式声波发生器(3)发出该频率的声波的信号，以找到最佳的除灰频率实现共振；同时，控制装置(5)控制电磁阀(6)的开关，在不需要清灰时关闭电磁阀(6)停止进气，节省能量与成本，达到减少经济成本的效果。

7.根据权利要求5所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，还包括过滤器(4)，其设置在电磁阀(6)与共振腔式声波发生器(3)之间的输气管道上，用于完成压缩空气的减压、过滤，以及油水和汽水的分离。

8.根据权利要求1所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，声学接收装置(2)采用加速度测量共振频率原理，根据烟道或换热器空间(1)的结构尺寸预测其谐振频率范围选择加速度传感器，确保其频率响应范围覆盖或超过待测频率，在预期振动最大的点或者对结构动态特性影响较大的位置安装加速度传感器，确保声学接收装置(2)与烟道或换热器空间(1)之间有良好的耦合，减少信号损失，加速度传感器测量到物体振动时的加速度变化之后，采集到的振动信号是时间域信号，通过快速傅立叶变换fft转换到频域，并将该振动信号传递给控制装置(2)；

9.根据权利要求1所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，其特征在于，共振腔式声波发生器(3)采用电子电路来实现对预期频率声波的产生，其内置系统将接受控制装置(5)传递的谐振频率信号，产生与谐振频率相同频率的声波，产生的声波在设备内部传播时，引起烟道或换热器空间(1)的谐振，导致设备与积灰之间的连接力减弱，随着声波持续作用，最终使积灰脱落。

10.一种主动优选吹灰频率的声波清灰方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至9中任一项所述的一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统，包括：

技术总结本发明公开了一种主动优选吹灰频率的声波清灰系统与方法，该系统包括安装在烟道或换热器空间上的声学接收装置，与烟道或换热器空间相连通的共振腔式声波发生器，以及与共振腔式声波发生器和声学接收装置电性连接的控制装置；该方法包括：通过声学接收装置捕捉烟道或换热器空间的声学特征，并将声学特征信号全部传给控制装置，控制装置对捕捉的声学特征信号进行预处理，实现捕捉到烟道或换热器空间谐振频率的目的，通过共振腔式声波发生器进行谐振频率信号声波的释放，与烟道或换热器空间达到谐振效果以实现清灰目的。本发明不仅可以实现好的清灰效果而且不会对设备产生大的危害，免了过多无用频率声波的输入，能够极大地降低清灰器的能量投入。技术研发人员：唐春丽,王利民,来江,王进财,管重周,杨亦鑫,柯洵洋,张锦涵,张一轩,赵昊强受保护的技术使用者：西安石油大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14