交流電荷感應式煤粉細度在線監測方法及裝置製造方法
2023-06-12 12:30:06
交流電荷感應式煤粉細度在線監測方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種交流電荷感應式煤粉細度在線監測方法及裝置，利用交流電荷感應技術、數位訊號處理技術和交相關原理，提供一種全新的煤粉細度在線測量裝置，包括安裝在管道上的一對相互平行且與管道垂直的電荷感應式傳感器，電荷感應式傳感器的探頭位於管道內，電荷感應式傳感的接線端位於管道外且分別與信號處理單元的兩個輸入端連接。本發明可直接在線測量煤粉細度的相對變化值，通過人工標定，可實現煤粉細度絕對值的在線測量，具有不受介質工況參數變化的影響，且具有免維護的特徵。
【專利說明】交流電荷感應式煤粉細度在線監測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於氣力輸送稀相氣固兩相流【技術領域】,涉及一種固體成份相對細度值的在線監測裝置，特別是火電廠煤粉氣流細度的在線監測。
【背景技術】
[0002]煤粉細度是火電廠鍋爐運行中嚴格控制的一項指標，也是優化燃燒、提高鍋爐運行經濟性的重要參數。為了使電站鍋爐燃用合格的煤粉，獲得較高的燃燒效率，使鍋爐在安全、經濟的狀態下運行，必須對煤粉細度進行連續監測。
[0003]傳統的煤粉細度測量採用人工定期化驗方法，具體是採用等速取樣方法進行煤粉取樣，取樣後篩分稱重，算出煤粉細度值。對於以前300MW的機組，制粉系統大多採用靜態分離器，隨著磨煤機負荷的變化、煤粉細度變化不大，人工定期取樣化驗法可以滿足過程需要。目前，600MW以上的機組成為主力發電機組，制粉系統大多採用動態旋轉分離器，隨著磨煤機負荷的變化，動態分離器轉速也在變化，煤粉細度隨時發生變化，所以煤粉細度需要實時監測，傳統的人工化驗方法周期長、化驗結果滯後嚴重，已不能滿足生產過程的需要。
[0004]目前，各國工程技術人員都在研究多種技術進行煤粉細度在線測量，工業實際應用都不理想。主要有微波技術、雷射圖像技術、超聲波技術。微波技術的測量方法，易受煤質變化、煤粉溼度等影響，測量結果極不穩定；雷射圖像技術由於光源衰減、鏡頭易被粉塵覆蓋等原因，維護量大，作為工業在線測量裝置，實際應用不理想；超聲波技術的測量方法，由於超聲波是機械波，易受煤粉管道壓力、煤粉濃度、溫度變化的影響，測量結果極不穩定。
【發明內容】
[0005]為解決當前煤粉細度測量方法周期長、測量結果不穩定的技術問題，本發明提供一種基於交流電荷感應的煤粉細度在線監測裝置及檢測方法。
[0006]本發明的具體解決方案如下:
[0007]—種交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法:其特殊之處在於:包括以下步驟:
[0008]I】在煤粉傳輸管道上安裝電荷感應式傳感器；
[0009]2】同步採集煤粉氣流流經電荷感應傳感器時，在傳感器探頭上產生的隨機交流感應電荷信號；
[0010]3】對隨機交流感應電荷信號進行信號處理得到隨機信號序列；
[0011]4】對隨機信號序列利用自相關算法得到隨機序列的自相關函數；
[0012]5】計算自相關函數的主峰波形面積S(t)，用主峰波形面積除以煤粉氣流同步流速V(t)得到煤粉細度相對值R (t)；
[0013]6】人工化驗確定標定係數A，按照以下公式計算煤粉細度絕度值:
[0014]R(t) =AX S (t)+V(t)
[0015]其中:R(t) — t時段煤粉細度絕度值；[0016]A—標定係數；
[0017]S(t)—自相關函數的主峰波形的面積；
[0018]V(t)-t時段煤粉氣流同步流速。
[0019]上述步驟5】中煤粉氣流同步流速的計算方法如下:
[0020]I】在煤粉傳輸管道上選定兩個採集點，在兩個採集點處安裝一對相互平行且與管道垂直的電荷感應式傳感器；所述電荷感應式傳感器之間的距離L小於50cm ；
[0021]2】煤粉氣流先後流經兩個電荷感應式傳感器的傳感器探頭；同步採集兩個傳感器探頭分別感應產生的兩組隨機交流感應電荷信號；
[0022]3】對兩組隨機交流感應電荷信號進行信號處理得到兩組隨機信號序列；根據交相關數學模型計算兩組隨機信號序列的高精度時差Λ t ；
[0023]4】利用公式V(m/s) = L(m)+ Λ t (s)計算出煤粉氣流同步流速。
[0024]上述所採集的每組隨機交流感應電荷信號各包含1024-8192個數據。
[0025]上述所採集的每組隨機交流感應電荷信號各包含4096個數據。
[0026]上述每組隨機交流感應電荷信號在經過信號調理、Α/D變換、由數位訊號處理器高速同步採集，得到隨機信號序列。
[0027]上述電荷感應式傳感器之間的距離為10cm-20cm。
`[0028]上述電荷感應式傳感器包括傳感器碳棒6、絕緣管7、保護套管8、固定螺母9、電氣殼體10、接線端子11，所述接線端子位於電氣殼體10內，所述保護套管的一端與電氣殼體10相連，另一端通過固定螺母9固定在管道的安裝座5上；所述絕緣管設置在保護套管內且一端伸出保護套管，所述絕緣管的另一端伸入電氣殼體10內；所述傳感器碳棒6設置在絕緣管內且一端伸出絕緣管；所述傳感器碳棒6的另一端與接線端子11連接。
[0029]一種交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測裝置，包括信號採集單元、信號處理單元，
[0030]其特殊之處在於:所述信號採集單元包括安裝在管道上的一對相互平行且與管道垂直的電荷感應式傳感器，
[0031]所述電荷感應式傳感器的探頭位於管道內，所述電荷感應式傳感的接線端位於管道外且分別與信號處理單元的兩個輸入端連接，
[0032]所述信號處理單元用於對電荷感應式傳感器傳感器探頭上所產生的兩組隨機交流感應電荷進行採集、調理、變換得到對應上下遊傳感器的兩組隨機信號序列，並通過自相關算法得到各自隨機序列的自相關函數。
[0033]上述電荷感應式傳感器包括傳感器碳棒6、絕緣管7、保護套管8、固定螺母9、電氣殼體10、接線端子11，所述接線端子位於電氣殼體10內，所述保護套管的一端與電氣殼體10相連，另一端通過固定螺母9固定在管道的安裝座5上；所述絕緣管設置在保護套管內且一端伸出保護套管，所述絕緣管的另一端伸入電氣殼體10內；所述傳感器碳棒6設置在絕緣管內且一端伸出絕緣管；所述傳感器碳棒6的另一端與接線端子11連接；所述電荷感應式傳感器之間的距離小於50cm ;所述傳感器碳棒的材料為鎢鈷合金。
[0034]上述電荷感應式傳感器之間的距離為10cm-20cm。
[0035]本發明與現有技術相比，優點是:
[0036]1、本發明通過煤粉氣流與傳感器探頭感應的交流電荷隨機信號測量煤粉相對細度。由於交流感應技術的系統本身探測的是一種電荷不規則的擾動性，不受探頭表面被粉塵覆蓋，探頭表面塗層的影響，所以本發明的監測方法及裝置不受介質溫度、壓力、溼度、煤質變化的影響，且具有免維護特徵。
[0037]2、本發明在計算煤粉細度時完全剔除掉了流速的影響，所得到煤粉相對細度值穩定性好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為本發明的傳感器結構圖；
[0039]圖2為本發明監測裝置原理圖；
[0040]圖3為自相關函數的波形圖；
[0041]其 中，附圖標記為:1_上遊傳感器、2-下遊傳感器、3-信號處理單元、4-信號電纜、5-傳感器安裝底座、6-傳感器探棒、7-絕緣管、8-保護套管、9-固定螺母、10-電氣殼體、11-接線端子。
【具體實施方式】
[0042]本發明根據交流電荷感應原理，即在動態狀況下，任何兩種不同物質將相互感應產生電荷。交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法，包括以下步驟:
[0043]I】在煤粉傳輸管道上安裝電荷感應式傳感器傳感器；
[0044]2】同步採集電荷感應式傳感器探頭上的隨機交流感應電荷信號；
[0045]3】對隨機交流感應電荷信號進行信號處理得到隨機信號序列；
[0046]4】對隨機信號序列利用自相關算法得到隨機序列的自相關函數；
[0047]5】計算自相關函數的主峰波形面積，用主峰波形面積除以煤粉氣流同步流速得到穩定的煤粉細度相對值；自相關函數的波形如圖3所示，橫軸代表時間，縱軸代表相關程度，無量綱。
[0048]6】人工化驗確定標定係數，按照以下公式計算煤粉細度絕度值:
[0049]R(t)=AXS(t)+V(t)
[0050]其中:R(t) — t時段煤粉細度絕度值；
[0051]A—標定係數；
[0052]S (t)—自相關函數的主峰波形的面積；
[0053]V(t)一t時段煤粉氣流同步流速。
[0054]步驟5】中煤粉氣流同步流速的計算方法如下:
[0055]I】在煤粉傳輸管道上選定兩個採集點，在兩個採集點處安裝一對相互平行且與管道垂直電荷感應式傳感器；電荷感應式傳感器之間的距離小於50cm ；
[0056]2】煤粉氣流先後流經兩個電荷感應式傳感器的傳感器探頭；同步採集兩個傳感器探頭分別感應產生的兩組隨機交流感應電荷信號；
[0057]3】對兩組隨機交流感應電荷信號進行信號處理得到兩組隨機信號序列；根據交相關數學模型計算兩組隨機信號序列的高精度時差Λ t ；
[0058]4】利用公式V(m/s) = L(m)+ Λ t (s)計算出煤粉氣流同步流速。
[0059]如圖2所示，本發明在進行煤粉細度監測時所採用的裝置包括安裝在管道上的一對相互平行且與管道垂直的電荷感應式傳感器，相互平行是為了測量流速時，距離恆定，是區間測速的概念。與煤粉管道垂直是為了正交獲取信號，減少信號間的重疊。電荷感應式傳感器的探頭位於管道內，電荷感應式傳感的接線端位於管道外且分別與信號處理單元的兩個輸入端連接。
[0060]為了避免感應電荷在傳輸過程中被短路，本發明可使用如圖1所示的傳感器，傳感器探棒6和保護套管8之間由陶瓷材料製成的絕緣管7隔離，傳感器探棒6 —端伸入絕緣管7空腔內並與接線端子11連接，保護套管8套在絕緣管7的一端並與電器殼體10、固定螺母9焊接在一起。由於絕緣管7的絕緣作用，電荷信號不被保護套管8短路，信號只能傳送到電器殼體10的接線端子上11，通過信號電纜4傳送到信號處理單元3。
[0061]本發明中兩個電荷感應式傳感器之間的距離可小於50cm，最好在10cm-20cm之間，如果兩個傳感器之間的距離小於10cm，煤粉氣流衝擊上遊傳感器後形成的渦街紊流，會在下遊傳感器上感應疊加一個低頻紊流擾動，如果兩個傳感器之間的距離大於20cm，對煤粉管道的直管段要求就會變大，另外上下遊傳感器兩組信號的相關性就會變差，煤粉流速的測量精度就會降低。
[0062]為了提高煤粉細度測量值的準確性，本發明中信號處理單元以100K的速率高速同步採集感應電荷信號，採集的數據量太小，則函數所呈現的規則性不清晰，如果採集的數據量過大，則增加了信號處理的運算量。因此在本發明中，信號處理單元每次採集兩組1024-8192個同步數據，最好每次採集兩組4096個同步數據，即能獲得高質量的函數，又能減小信號處理量。
[0063]本發明的原理是:煤粉氣流介質在流經兩個傳感器時，在上下遊傳感器探頭上感應隨機電荷信號，感應的隨機電荷信號屬於各態歷經的平穩隨機信號，兩組隨機信號同時傳至信號處理單元，在信號處理單元中經過信號調理、Α/D變換、由數位訊號處理器高速同步採集，得到對應上下遊傳感器的兩組隨機信號序列，通過自相關算法得到隨機序列的自相關函數。由於隨機信號序列的自相關函數的傅立葉變換就是隨機信號序列的功率密度譜函數，因此信號序列的自相關函數包含有全部煤粉細度的信息。
[0064]經過大量實驗和數據分析，兩組隨機信號序列的自相關函數的主峰波形(以零點為對稱)的面積值，與煤粉相對細度值成正比例關係，同時與煤粉氣流同步流速成正比例關係。即表明在煤粉流速不變的前提下，煤粉相對細度值可用隨機信號序列的自相關函數的主峰波形面積來表徵，用同步煤粉流速去除主峰波形面積，可以完全剔除掉流速的影響因素，得到穩定的煤粉相對細度值，再通過人工化驗確定標定係數，就可得到煤粉細度的絕對值。
【權利要求】
1.一種交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法:其特徵在於:包括以下步驟: I】在煤粉傳輸管道上安裝電荷感應式傳感器； 2】同步採集煤粉氣流流經電荷感應傳感器時，在傳感器探頭上產生的隨機交流感應電荷信號； 3】對隨機交流感應電荷信號進行信號處理得到隨機信號序列； 4】對隨機信號序列利用自相關算法得到隨機序列的自相關函數； 5】計算自相關函數的主峰波形面積S(t)，用主峰波形面積除以煤粉氣流同步流速V(t)得到煤粉細度相對值R (t)； 6】人工化驗確定標定係數A，按照以下公式計算煤粉細度絕度值:
R(t)=AXS(t) -^V (t) 其中:R(t) — t時段煤粉細度絕度值； A—標定係數； S(t)—自相關函數的主峰波形的面積； V (t) 一t時段煤粉氣流同步流速。
2.根據權利要求1所述的交流電`荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法:其特徵在於:所述步驟5】中煤粉氣流同步流速的計算方法如下: I】在煤粉傳輸管道上選定兩個採集點，在兩個採集點處安裝一對相互平行且與管道垂直的電荷感應式傳感器；所述電荷感應式傳感器之間的距離L小於50cm ； 2】煤粉氣流先後流經兩個電荷感應式傳感器的傳感器探頭；同步採集兩個傳感器探頭分別感應產生的兩組隨機交流感應電荷信號； 3】對兩組隨機交流感應電荷信號進行信號處理得到兩組隨機信號序列；根據交相關數學模型計算兩組隨機信號序列的高精度時差Λ t ； 4】利用公式V(m/s) =L(m)+ Δ t (s)計算出煤粉氣流同步流速。
3.根據權利要求1或2所述的交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法:其特徵在於:所採集的每組隨機交流感應電荷信號各包含1024-8192個數據。
4.根據權利要求3所述的交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法:其特徵在於:所採集的每組隨機交流感應電荷信號各包含4096個數據。
5.根據權利要求3所述的交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法，其特徵在於:每組隨機交流感應電荷信號在經過信號調理、Α/D變換、由數位訊號處理器高速同步採集，得到隨機信號序列。
6.根據權利要求2所述的交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法，其特徵在於: 所述電荷感應式傳感器之間的距離為10cm-20cm。
7.根據權利要求1或2所述的交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測方法，其特徵在於:所述電荷感應式傳感器包括傳感器碳棒(6)、絕緣管(7)、保護套管(8)、固定螺母(9)、電氣殼體(10)、接線端子(11)，所述接線端子位於電氣殼體(10)內，所述保護套管的一端與電氣殼體(10)相連，另一端通過固定螺母(9)固定在管道的安裝座(5)上；所述絕緣管設置在保護套管內且一端伸出保護套管，所述絕緣管的另一端伸入電氣殼體(10)內；所述傳感器碳棒(6)設置在絕緣管內且一端伸出絕緣管；所述傳感器碳棒(6)的另一端與接線端子(11)連接。
8.一種交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測裝置，包括信號採集單元、信號處理單元， 其特徵在於:所述信號採集單元包括安裝在管道上的一對相互平行且與管道垂直的電荷感應式傳感器， 所述電荷感應式傳感器的探頭位於管道內，所述電荷感應式傳感的接線端位於管道外且分別與信號處理單元的兩個輸入端連接， 所述信號處理單元用於對電荷感應式傳感器傳感器探頭上所產生的兩組隨機交流感應電荷進行採集、調理、變換得到對應上下遊傳感器的兩組隨機信號序列，並通過自相關算法得到各自隨機序列的自相關函數。
9.根據權利要求8所述的交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測裝置，其特徵在於:所述電荷感應式傳感器包括傳感器碳棒(6)、絕緣管(7)、保護套管(8)、固定螺母(9)、電氣殼體(10)、接線端子(11)，所述接線端子位於電氣殼體(10)內，所述保護套管的一端與電氣殼體(10)相連，另一端通過固定螺母(9)固定在管道的安裝座(5)上；所述絕緣管設置在保護套管內且一端伸出保護套管，所述絕緣管的另一端伸入電氣殼體(10)內；所述傳感器碳棒(6)設置在絕緣管內且一端伸出絕緣管；所述傳感器碳棒(6)的另一端與接線端子(11)連接；所述電荷感應式傳感器之間的距離小於50cm ;所述傳感器碳棒的材料為鎢鈷I=1-Wl O
10.根據權利要求9所述的交流電荷感應式燃煤鍋爐煤粉細度在線監測裝置，其特徵在於:所述電荷感應式傳感`器之間的距離為10cm-20cm。
【文檔編號】G01N15/02GK103776743SQ201310727199
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】黃宏偉, 劉宗奎, 呂宏彪, 常小軍, 徐堯, 董新 申請人:中電投河南電力有限公司技術信息中心, 西安科瑞自動化有限責任公司