一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，所述熔融物液位检测系统包括有次声波发射装置、次声波接收装置、红外检测装置和中心控制系统，所述次声波发射装置、次声波接收装置和红外检测装置均电性连接中心控制系统，所述次声波发射装置根据中心控制系统的发射指令，发射次声波信号，所述次声波接收装置接收次声波发射装置发射来的次声波信号，所述红外检测装置用于检测等离子气化炉外侧的物体。本发明专利技术根据次声波在炉内传导的时间信息来判断熔融物的液位高度，不需要在等离子气化炉内安装设备，避免了传统方法中炉内高温对测量设备的影响，本装置工艺相对简化，可以广泛应用于熔融物液位的检测，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统及检测方法
本专利技术涉及次声波检测
，尤其涉及一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统及检测方法。
技术介绍
等离子熔融固化技术是目前国内外一项比较先进的垃圾焚烧飞灰无害化资源化处理技术，与传统焚烧完全不同，利用等离子炬产生的5000℃以上的高温将从炉本体顶部给料系统加入的飞灰和垃圾迅速熔融。由于其高温和高热密度，等离子技术几乎能将碳基废物中的有机物完全转化成合成气排出，无机物则可变成玻璃态熔浆状的无害灰渣沉积在炉底。在此之中，实时地检测熔融物液位是最重要的一步。液位检测方法从形式上主要分为接触式和非接触式，由于等离子气化炉内部高温、高亮、强干扰、重污染的恶劣环境以及熔浆表面的不规则性，传统接触式方法会导致测量元件造成损害，无法达到预期的效果。所以只能采取非接触式的检测方法。而常用非接触式方法包括雷达法、超声波法、激光法、图像法。雷达法的工作原理是利用雷达发出微波通过介质到达熔浆表面，然后反射到雷达接收装置，以及微波在介质中的传播速度来计算液位高度。但是由于炉内物料和烟尘的干扰反射，以及熔浆表面的不规则性，导致检测系统的稳定性和可靠性较差，而且需要对炉顶开孔以及对检测设备进行耐热处理。超声波法的工作原理是利用超声波发射装置向熔融物液面发射超声波信号，计算回波时间，来确定熔融物液面的位置。但是该方法用于熔融炉中时存在较多技术问题难以解决，一方面熔融炉内运行过程中产生的飞尘和气流会对超声波的传输产生较大影响，另一方面，超声波传播的速度受炉内温度、压力变化影响较大，会导致计算不准确。此外由于超声波发射的波长较长，熔融炉炉内空间有限，熔融炉内壁会产生回波，从而使回波信号的处理复杂和困难，液位计算受炉壁回波影响较大，出现错误。因此常规的超声波方法不适用于等离子气化炉熔浆液位的检测。激光法的工作原理是利用激光器发射连续或高速脉冲激光束，激光束遇到熔浆液面进行反射，光线返回由激光接收器接收，并精确记录激光自发射到接收之间的时间差，从而确定从激光雷达到液面之间的距离，也就知道了液位高度。但是实际中激光信号容易受熔浆以及烟、灰尘等造成光辐射强度衰减的影响，另外受到安装空间的限制。图像法的工作原理是利用摄像头等图像采集装置采集液位图像，利用图像处理技术来处理液位图像，得到液位信息，然后通过计算得到液位高度。但是由于等离子炬的高亮气体射流以及高亮熔浆形成炉内高亮的环境，存在液位图像分割方面的困难以及液位线提取的困难，检测误差较大，可靠性较差。中国专利公布号：CN103015980A，公布日：2013年04月03日，公开了一种用于测量油井动液面深度的具有次声波发射与接收功能的动液面仪，它包括单片机模块、用于实现电信号转换为次声波的电/声转换模块、用于发射次声波的次声波发射模块、用于将次声波转换为电信号的声/电转换模块、次声波接收模块、与单片机模块相连接的液晶显示模块；电/声转换模块一端与单片机模块相连，另一端与次声波发射模块相连；声/电转换模块一端与单片机模块相连接，另一端与次声波接收模块相连。该专利技术的优点是采用单片机技术控制次声波的频率与能量，能够准确测量地下3000米以内的动液面深度。但是该专利技术需要接收液面返回的次声波信号，并通过傅里叶变换对回波信号进行处理，提取次声波旅行时间，最后根据次声波速度计算油井液面高度。中国专利公布号：CN107299832A，公布日：2017年10月27日，公开了一种用频差式次声波发生器测量油井动液面的方法，包括以下步骤：1)首先分别在每根套管接箍的内侧和每根油管接箍的外侧预装回音器；2)将频差式次声波发生器安装于井口上方，并与控制单元相连，控制单元再分别与井口的微音器以及远端的上位机和示波器相连；3)通过上位机给控制单元发出信号，产生的次声波向井下发射，随后，井口微音器接收井下回音器以及动液面反射回的反射波，再将反射波转换为电信号并在示波器上显示出来；4)将电信号传输给AD采样芯片，经过芯片计算得出动液面高度，并将结果传送给上位机；该测量方法具有安全性高、作业成本和施工强度低、过程可控、测量误差小的优点，并可对油井动液面进行实时连续地远程无人监测。但是上述两种方案，均需要在熔融炉顶开口安装次声波发生装置和声波接收装置，受熔融炉内高温的影响，装置无法正常和长期运行，同时由于高温熔融炉内存在大量烟尘，温度高且随着投入的飞灰物料变化，次声波的波速受温度影响很大，同时受炉壁反射影响，因此这两种方案无法用于测量等离子气化熔融炉内的熔浆液位高度。
技术实现思路
专利技术目的：针对在检测熔融物液位的过程中，由于炉内高温对测量设备的影响，导致检测误差较大的问题，本专利技术提出一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统及检测方法。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，所述熔融物液位检测系统包括有次声波发射装置、次声波接收装置、红外检测装置和中心控制系统，所述次声波发射装置、次声波接收装置和红外检测装置均电性连接中心控制系统，所述次声波发射装置根据中心控制系统的发射指令，发射次声波信号，所述次声波接收装置接收次声波发射装置发射来的次声波信号，所述红外检测装置用于检测等离子气化炉外侧的物体；所述次声波发射装置包括有第一次声波发射器、第二次声波发射器和第三次声波发射器，所述第一次声波发射器安装在等离子气化炉的外侧壁上，位于熔融物在等离子气化炉内的液面高度上方，用于检测次声波在热空气内的传播速度，所述第二次声波发射器安装在等离子气化炉的外侧壁上，位于熔融物在等离子气化炉内的液面高度下方，用于检测次声波在熔融物内的传播速度，所述第三次声波发射器安装在等离子气化炉的底部中心，用于检测熔融物在等离子气化炉内的液位位置。进一步地讲，所述次声波接收装置包括有次声波传感单元、信号处理单元、A/D转换单元、处理器单元、通信单元和数据存储单元，所述次声波传感单元电性连接信号处理单元，所述信号处理单元电性连接A/D转换单元，所述A/D转换单元电性连接处理器单元，所述处理器单元电性连接通信单元和数据存储单元，所述次声波传感单元通过信号处理单元和A/D转换单元将次声波发射装置发射来的次声波信号发送至处理器单元中进行处理，所述处理器单元和通信单元之间进行信息交互，所述数据存储单元用于存储次声波传感单元中的传感器数据和处理器单元的参数数据。进一步地讲，所述次声波传感单元包括有第一次声波接收器、第二次声波接收器和第三次声波接收器，所述第一次声波接收器与第一次声波发射器沿径向相对，安装在所述等离子气化炉的外侧壁上，用于接收所述第一次声波发射器发射的次声波信号，所述第二次声波接收器与第二次声波发射器沿径向相对，位于所述等离子气化炉的外侧壁上，用于接收所述第二次声波发射器发射的次声波信号，所述第三次声波接收器与第三次声波发射器位于同一垂直线上，安装于所述等离子气化炉的顶部中心，用于接收所述第三次声波发射器发射的次声波信号。进一步地讲，所述信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，其特征在于，所述熔融物液位检测系统包括有次声波发射装置(101)、次声波接收装置(102)、红外检测装置(103)和中心控制系统(104)，所述次声波发射装置(101)、次声波接收装置(102)和红外检测装置(103)均电性连接中心控制系统(104)，所述次声波发射装置(101)根据中心控制系统(104)的发射指令，发射次声波信号，所述次声波接收装置(102)接收次声波发射装置(101)发射来的次声波信号，所述红外检测装置(103)用于检测等离子气化炉外侧的物体；/n所述次声波发射装置(101)包括有第一次声波发射器(4)、第二次声波发射器(5)和第三次声波发射器(6)，所述第一次声波发射器(4)安装在等离子气化炉的外侧壁上，位于熔融物在等离子气化炉内的液面高度上方，用于检测次声波在热空气内的传播速度，所述第二次声波发射器(5)安装在等离子气化炉的外侧壁上，位于熔融物在等离子气化炉内的液面高度下方，用于检测次声波在熔融物内的传播速度，所述第三次声波发射器(6)安装在等离子气化炉的底部中心，用于检测熔融物在等离子气化炉内的液位位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，其特征在于，所述熔融物液位检测系统包括有次声波发射装置(101)、次声波接收装置(102)、红外检测装置(103)和中心控制系统(104)，所述次声波发射装置(101)、次声波接收装置(102)和红外检测装置(103)均电性连接中心控制系统(104)，所述次声波发射装置(101)根据中心控制系统(104)的发射指令，发射次声波信号，所述次声波接收装置(102)接收次声波发射装置(101)发射来的次声波信号，所述红外检测装置(103)用于检测等离子气化炉外侧的物体；
所述次声波发射装置(101)包括有第一次声波发射器(4)、第二次声波发射器(5)和第三次声波发射器(6)，所述第一次声波发射器(4)安装在等离子气化炉的外侧壁上，位于熔融物在等离子气化炉内的液面高度上方，用于检测次声波在热空气内的传播速度，所述第二次声波发射器(5)安装在等离子气化炉的外侧壁上，位于熔融物在等离子气化炉内的液面高度下方，用于检测次声波在熔融物内的传播速度，所述第三次声波发射器(6)安装在等离子气化炉的底部中心，用于检测熔融物在等离子气化炉内的液位位置。


2.根据权利要求1所述的一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，其特征在于，所述次声波接收装置(102)包括有次声波传感单元(201)、信号处理单元(202)、A/D转换单元(203)、处理器单元(204)、通信单元(205)和数据存储单元(206)，所述次声波传感单元(201)电性连接信号处理单元(202)，所述信号处理单元(202)电性连接A/D转换单元(203)，所述A/D转换单元(203)电性连接处理器单元(204)，所述处理器单元(204)电性连接通信单元(205)和数据存储单元(206)，所述次声波传感单元(201)通过信号处理单元(202)和A/D转换单元(203)将次声波发射装置(101)发射来的次声波信号发送至处理器单元(204)中进行处理，所述处理器单元(204)和通信单元(205)之间进行信息交互，所述数据存储单元(206)用于存储次声波传感单元(201)中的传感器数据和处理器单元(204)的参数数据。


3.根据权利要求2所述的一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，其特征在于，所述次声波传感单元(201)包括有第一次声波接收器(1)、第二次声波接收器(2)和第三次声波接收器(3)，所述第一次声波接收器(1)与第一次声波发射器(4)沿径向相对，安装在所述等离子气化炉的外侧壁上，用于接收所述第一次声波发射器(4)发射的次声波信号，所述第二次声波接收器(2)与第二次声波发射器(5)沿径向相对，位于所述等离子气化炉的外侧壁上，用于接收所述第二次声波发射器(5)发射的次声波信号，所述第三次声波接收器(3)与第三次声波发射器(6)位于同一垂直线上，安装于所述等离子气化炉的顶部中心，用于接收所述第三次声波发射器(6)发射的次声波信号。


4.根据权利要求2或3所述的一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，其特征在于，所述信号处理单元(202)包括有信号滤波模块和信号放大模块，所述次声波传感单元(201)将接收到的次声波信号发送至信号滤波模块中进行滤波，同时将所述滤波后的次声波信号发送至信号放大模块中进行放大，并将所述放大滤波后的次声波信号发送至A/D转换单元(203)中进行A/D转换。


5.根据权利要求1或2所述的一种基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测系统，其特征在于，所述红外检测装置(103)包括有N个热释电传感器，所述N个热释电传感器均设置在等离子气化炉的四周，用于检测所述等离子气化炉外侧的物体。


6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于次声波的等离子气化炉熔融物液位检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶泽甫，张哲鸣，阎高伟，朱竹军，张帅，孔卉茹，宋上，樊茂洲，李鹏翔，马跃，侯祯妮，裴国臣，乔虹，柳叶，
申请(专利权)人：山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14