基於羅茨鼓風機風壓的煤粉輸送量軟儀表的製作方法
2023-12-05 05:55:51 1
基於羅茨鼓風機風壓的煤粉輸送量軟儀表的製作方法
【專利摘要】基於羅茨鼓風機風壓的煤粉輸送量軟儀表。在化工、電力、水泥、冶金等工業生產中，煤粉輸送的穩定性是煤粉穩定燃燒的重要前提之一，與產品質量和設備安全息息相關。而傳統的煤粉計量設備（轉子秤），由於其設計的缺陷，容易發生卡秤導致煤粉計量不準。本發明利用羅茨鼓風機風壓來建立煤粉輸送量軟儀表。軟儀表的輸入包括羅茨鼓風機風壓、羅茨鼓風機靜風壓、粉體流動係數、校正因子等，輸出為煤粉輸送量。較為典型的應用案例包括基於羅茨鼓風機風壓而建立餵煤量的軟儀表，煤粉輸送量異常的智能辨識，以及煤粉輸送量的自校正等。且此方法不需增加硬體投資，可以在DCS、實時資料庫等支持實時計算的系統中快速實施，性價比高。
【專利說明】基於羅茨鼓風機風壓的煤粉輸送量軟儀表
【技術領域】
[0001]本發明涉及自動控制儀表領域，具體是一種在工業生產過程中，通過測量羅茨鼓風機的風壓來確定煤粉輸送量的軟儀表。
【背景技術】
[0002]煤作為重要的燃料，廣泛應用於水泥、冶金、化工、電力等流程工業中。為了煤燃燒均勻穩定，在生產過程中，原料煤首先會經過煤磨加工處理後得到細度均一、水份含量較低的煤粉。然後，煤粉會經過計量裝置精確計量，然後再用羅茨鼓風機將煤粉送入燃燒室內。
[0003]為了保證燃燒的均勻穩定，餵煤量的精確計量非常重要:多噴煤很容易導致爐膛溫度過高、燃燒不充分等現象，造成能源的浪費；而少噴煤則會導致爐膛溫度過低，則常常會導致質量問題。
[0004]轉子秤是目前使用最廣泛的煤粉測量裝置。轉子秤由定量餵料機、環狀天平轉子秤、鎖風裝置和微機控制部分等組成。煤粉由粉體定量餵料機送入環狀天平轉子秤，轉子秤葉輪旋轉，使煤粉在進料口至出料口半圓周內均勻流動，由於秤體採用天平結構，此時圓盤形秤體一側有煤粉，另一半沒有煤粉，使秤體失去平衡，煤粉的重量經稱重傳感器檢測送入控制儀表，同時把檢測到的速度信號送入儀表，兩者相除即可得到流量值，控制轉速即可調節流量。
[0005]但是，其設計是基於煤粉流動性好的假設。實際上，由於各種原因，煤粉經常會卡在轉子秤的秤盤上，導致稱重測量信號不準，進而導致煤粉的加入量偏高或偏低，即所謂的秤「偏實」、「偏虛」等問題。一方面，這不利於穩定生產和精細化管理；另一方面，嚴重時發生的「衝煤」、「斷煤」對爐膛燃燒的問題造成非常明顯的衝擊，如不及時幹預，會造成明顯的質量事故甚至安全事故。
【發明內容】
[0006]為了克服轉子秤的缺陷，本發明提出了利用轉子秤下遊設備一羅茨鼓風機的風壓與煤粉輸送量之間的相關性，建立煤粉輸送量軟儀表，來解決轉子秤計量不準的問題。從羅茨鼓風機壓力對煤粉輸送量的散布圖中可以看出，兩者之間的相關性非常好。
[0007]本發明目的是提出一種基於羅茨鼓風機風壓的煤粉輸送量軟儀表方法，以實現工業生產過程中煤粉輸送量的在線軟測量。
[0008]為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為:
基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:利用羅茨鼓風機風壓P與物料輸送量C之間的相關性建立軟儀表模型；軟儀表模型的輸入為羅茨鼓風機風壓P ;軟儀表模型的輸出為物料輸送量C ;將該軟儀表模型置入支持實時計算的系統中實施構成軟儀表。
[0009]進一步的，所述的軟儀表模型的輸入包括羅茨鼓風機風壓P、或/和流量係數K、或/和校正因子A。
[0010]進一步的，所述的物料輸送量C與羅茨鼓風機風壓P是線性相關的，軟儀表模型為C =ΚΦΡ+Α。
[0011]進一步的，建立軟儀表模型的步驟包括:數據的採集與處理、軟儀表模型的建立、組態與在線運行、在線校正，其中離線實施部分包括數據的採集與處理、軟儀表模型的建立，在線實施部分包括組態與在線運行、在線校正。
[0012]進一步的，所述數據的採集與處理數據步驟，包含確定軟儀表模型的流量係數K。
[0013]進一步的，組態與在線運行步驟，包含濾波處理模塊，對羅茨鼓風機風壓P的原始信號進行濾波處理。
[0014]進一步的，在線校正步驟，軟儀表模型的輸入包括校正因子；採用手動調整校正因子的方法來實現在線校正。
[0015]進一步的，數據的採集和處理中，應採集煤粉計量裝置所計量的煤粉輸送量和其對應的羅茨鼓風機風壓的實時測量數據，由於煤粉計量裝置與羅茨鼓風機壓力之間存在一定的時間延遲，數據需進行時序校正。
[0016]本發明還提供了一種煤粉輸送量異常的智能辨識與報警方法，根據煤粉計量裝置計量而得的煤粉輸送量，以及基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計算輸送量偏差，當偏差量超過預設的閾值時，則認為煤粉輸送量異常，報警通知操作人員。
[0017]本發明還提供了一種煤粉輸送量的自校正方法，根據煤粉計量裝置計量而得的煤粉輸送量，以及基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計算輸送量偏差，並將偏差作為前饋信號，輸送給控制系統，在偏差發生變化時，自動調整餵煤量，實現自校正，以保持燃燒過程的穩定。
[0018]本發明所述軟儀表可以應用於電力、化工、水泥、冶金等各行業中對煤粉輸送量的在線軟測量。軟測量結果可以與實際測量信號相比，從而實現對煤粉輸送量檢測異常的智能辨識，並提供自動報警給操作人員，避免出現生產事故。更進一步，還可以與自動控制系統相連接，在自校正煤粉輸送量，使生產過程保持平穩。
[0019]本發明所述軟儀表不需要硬體投資，利用現有的控制系統即可實現，具有良好的性價比，在行業內有很強的推廣意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是羅茨鼓風機風壓與煤粉輸送量的散布圖；
圖2是軟儀表模型的模型結構示意圖；
圖3是軟儀表的實施步驟圖；
圖4是煤粉輸送量異常的智能辨識與報警。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0022]如圖2、3所示，基於羅茨鼓風機風壓的煤粉輸送量軟儀表，其實施一般包括四個步驟，即數據的採集與處理、軟儀表模型的建立、組態與在線運行、在線校正。其中離線實施部分包括「數據的採集與處理」、「軟儀表模型的建立」，「組態與在線運行」、「在線校正」為在線實施部分。
[0023]數據的採集與處理數據
為建立本發明所述軟儀表，應採集煤粉計量裝置所計量的煤粉輸送量和其對應的羅茨鼓風機風壓的實時測量數據。為保證軟儀表的精度，煤粉輸送量的數據範圍應不少於其量程範圍的50%。
[0024]由於煤粉計量裝置與羅茨鼓風機壓力之間存在一定的時間延遲，數據需進行時序校正。
[0025]建立軟儀表模型
軟測量儀表的核心是軟測量模型的建立，也即待估計變量(煤粉輸送量)與其它直接測量變量(羅茨鼓風機壓力)間的關聯模型。軟測量建模的方法多種多樣。目前，軟測量建模方法包括:機理建模、回歸分析、狀態估計、模式識別、人工神經網絡、模糊數學、支持向量機坐寸ο
[0026]作為一個舉例，下面所述的數據回歸方法建立軟儀表模型為例進行說明，
C = K* (P - P0) +A
其中，
C 煤粉輸送量，t/h。
[0027]P---羅茨鼓風機風壓，是儀表測量值，Pa。
[0028]P0---羅茨鼓風機靜風壓，是羅茨鼓風機未輸送任何粉末時的壓力，這是羅茨鼓風機的固有屬性。設備本身未發生變化時，此參數近似為常數。
[0029]K —粉體流動係數。粉體流動係數與管道的截面積、角度等幾何參數，以及煤粉本身的形狀、粒徑等有關。對於特定工廠的特定裝置而言，此參數近似為常數。
[0030]A —校正因子。用於修正軟儀表模型的預測誤差。
[0031]將通過上述「數據採集與處理」得到的物料輸送量C與羅茨鼓風機風壓P進行數據回歸，可以得到粉體流動係數K和校正因子A。而羅茨鼓風機靜風壓Ptl可以由實驗確定。
[0032]上述方法僅為舉例，建立軟儀表模型的方法多種多樣，閱讀過本說明書的本行業的專業技術人員，可以選擇不同方法建立軟儀表模型從而實現本發明中所述的軟儀表。
[0033]本發明的基於羅茨鼓風機風壓的煤粉輸送量軟儀表，利用羅茨鼓風機風壓P與煤粉輸送量C之間的相關性關係，建立起所述的軟儀表模型，所述的軟儀表模型輸入為羅茨鼓風機風壓P，軟儀表模型的輸出為物料輸送量C。將該軟儀表模型置入實時計算的系統中構成軟儀表。所述的羅茨鼓風機風壓P與煤粉輸送量C的模型關係可以是線性的，也可以是非線性的。
[0034]羅茨鼓風機靜風壓Ptl、和/或粉體流動係數K、和/或校正因子A，也可以加入，作為模型的輸入。模型結構圖如圖2所示。
[0035]組態與在線運行
在建立軟儀表模型後，軟儀表可以在任何支持實時計算的系統中進行實施。所述的系統包括但不限於單片機、PLC系統、DCS系統和實時資料庫系統。一般可以在工廠現有的PLC系統或DCS系統中實施。
[0036]組態與在線運行步驟，包含濾波處理模塊，對羅茨鼓風機風壓P的原始信號進行濾波處理。
[0037]在線校正
由於本發明所述基於羅茨鼓風機風壓的軟儀表具有平穩可靠、使用壽命長等優點，因此，其維護工作量低，不需頻繁的在線校正。然而，在軟儀表長期使用後、或者羅茨鼓風機、煤磨等相關設備檢修後，可以通過在線校正的方法減小測量誤差，提高測量精度。
[0038]所述在線校正中，手動調整校正因子A是一種簡便、易操作的在線校正方法。
[0039]除上述實施方式外，本發明還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。
[0040]在實現煤粉輸送量軟儀表後，最簡單的方法是顯示給操作人員。但其更重要的目的是，是實現對煤粉輸送量的智能辨識與自校正，以避免轉子秤「卡煤」造成的煤粉測量不準而導致的質量事故與安全事故。
[0041]下面有兩個實施案例:
案例I煤粉輸送量異常的智能辨識與報警
如圖4所示，根據煤粉計量裝置計量而得的煤粉輸送量，以及軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計算輸送量偏差，當偏差量超過預設的閾值時，則認為煤粉輸送量異常，報警通知操作人員。
[0042]案例2煤粉輸送量的自校正
根據煤粉計量裝置計量而得的煤粉輸送量，以及軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計算輸送量偏差，並將偏差作為前饋信號，輸送給控制系統(如MPC控制器、模糊控制器等)。在偏差發生變化時，自動調整餵煤量，實現自校正，以保持燃燒過程的穩定。
【權利要求】
1.基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:利用羅茨鼓風機風壓P與物料輸送量C之間的相關性建立軟儀表模型；軟儀表模型的輸入為羅茨鼓風機風壓P ;軟儀表模型的輸出為物料輸送量C ;將該軟儀表模型置入支持實時計算的系統中實施構成軟儀表。
2.如權利要求1所述的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:所述的軟儀表模型的輸入包括羅茨鼓風機風壓P、或/和流量係數K、或/和校正因子A。
3.如權利要求2所述的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:所述的物料輸送量C與羅茨鼓風機風壓P是線性相關的，軟儀表模型為C =K*P+A。
4.如權利要求1中所述的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:建立軟儀表模型的步驟包括:數據的採集與處理、軟儀表模型的建立、組態與在線運行、在線校正，其中離線實施部分包括數據的採集與處理、軟儀表模型的建立，在線實施部分包括組態與在線運行、在線校正。
5.如權利要求4中所述的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:所述數據的採集與處理數據步驟，包含確定軟儀表模型的流量係數K。
6.如權利要求4中所述的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:組態與在線運行步驟，包含濾波處理模塊，對羅茨鼓風機風壓P的原始信號進行濾波處理。
7.如權利要求4中所述的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:在線校正步驟，軟儀表模型的輸入包括校正因子；採用手動調整校正因子的方法來實現在線校正。
8.如權利要求4中所述的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表，其特徵在於:數據的採集和處理中，應採集煤粉計量裝置所計量的煤粉輸送量和其對應的羅茨鼓風機風壓的實時測量數據，由於煤粉計量裝置與羅茨鼓風機壓力之間存在一定的時間延遲，數據需進行時序校正。
9.一種煤粉輸送量異常的智能辨識與報警方法，根據煤粉計量裝置計量而得的煤粉輸送量，以及權利要求1-8之一的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計算輸送量偏差，當偏差量超過預設的閾值時，則認為煤粉輸送量異常，報警通知操作人員。
10.一種煤粉輸送量的自校正方法，根據煤粉計量裝置計量而得的煤粉輸送量，以及權利要求1-8之一的基於羅茨鼓風機風壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計算輸送量偏差，並將偏差作為前饋信號，輸送給控制系統，在偏差發生變化時，自動調整餵煤量，實現自校正，以保持燃燒過程的穩定。
【文檔編號】G06F19/00GK104200119SQ201410477126
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】歐丹林, 陳強, 張書法, 康培培 申請人:浙江邦業科技有限公司