本發(fā)明涉及工業(yè)氣力輸送粉體測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種盤管型風(fēng)粉在線測量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

由于粗放型的生產(chǎn)及管理，使得煤電在生產(chǎn)過程中對環(huán)保造成了很大壓力，有害氣體及粉塵使得環(huán)境污染進一步加劇。國家相關(guān)部門出臺了一系列政策和法規(guī)，要求通過優(yōu)化各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低能耗，將污染物排放量降到最低。

對于燃煤機組而言，煤粉在一次風(fēng)管內(nèi)的流速、流量、細度以及各粉管間的均衡分配對煤電企業(yè)生產(chǎn)安全和節(jié)能減排具有極其重要的關(guān)鍵性作用。煤粉的流速適當(dāng)，一方面可以提高煤粉輸送效率，另一方面可避免速度過高導(dǎo)致管道磨損和不必要的能源消耗，或速度過低時一部分煤粉顆粒在管道沉積造成堵管進而導(dǎo)致嚴重的管道爆炸事故。煤粉的濃度的均衡對鍋爐燃燒而言很為關(guān)鍵，各粉管內(nèi)煤粉不均衡燃燒使得爐膛內(nèi)火焰偏斜，造成鍋爐水冷壁局部高溫，進而導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕。煤粉細度對鍋爐燃燒也具有很重要的意義，煤粉過細，鍋爐燃燒充分，對制粉系統(tǒng)造成不必要能源消耗；煤粉過粗，導(dǎo)致燃燒不充分，飛灰含碳量升高，造成鍋爐效率降低。

現(xiàn)有測量裝置及技術(shù)在不同程度上存在一定缺陷，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要的額外的輔助條件(如壓縮空氣吹掃等)，安裝難度大；

2、對使用環(huán)境要求苛刻，不適應(yīng)在電廠實際環(huán)境中可靠運行；

3、耐磨性、密封性較差、導(dǎo)致產(chǎn)品壽命較低；

4、對管道粉體進行有源測量，造成安全隱患；

5、探針型插入式測量，代表性差、探針易磨損，且對粉體流場造成干擾，進而影響測量精度；

6、測量系統(tǒng)信號傳輸易受干擾，導(dǎo)致信號失真；

7、信號測量及處理功能不夠完善，如只涉及粉體流速或濃度的測量，而沒有粉體細度的測量；

8、測量精度及可信度不高，不能對優(yōu)化調(diào)整及控制提供可靠的依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、安裝方便，能夠?qū)σ淮物L(fēng)管內(nèi)煤粉的流速、濃度及細度進行安全、精確、可靠測量的環(huán)形風(fēng)粉在線測量系統(tǒng)及方法。

為達到上述目的，本發(fā)明的環(huán)形風(fēng)粉在線測量系統(tǒng)

包括依次相連的盤管型測量傳感器、前端信號處理單元、信號處理機柜，盤管型測量傳感器安裝于風(fēng)粉管道，對氣力輸送管道內(nèi)帶電顆粒進行測量，測得的信號經(jīng)前端信號處理單元進行前期處理后傳送到信號處理機柜進行分析和計算，信號處理機柜將分析和計算后的風(fēng)粉流速、粉濃度及細度信號以通訊方式傳送到DCS系統(tǒng)用于監(jiān)測和燃燒優(yōu)化調(diào)整。

所述的盤管型測量傳感器包括帶法蘭的外環(huán)以及通過帶法蘭的端蓋固定在外環(huán)內(nèi)的內(nèi)環(huán)，在內(nèi)、外環(huán)及端蓋之間的縫隙中嵌入有兩組環(huán)形電極，且在外環(huán)上安裝有與環(huán)形電極相連的前端信號處理單元。

所述的兩組環(huán)形電極的軸向間距為20-60mm。

所述的環(huán)形電極徑向厚度為1-5mm，軸向?qū)挾葹?-5mm。

所述的前端信號處理單元包括依次相連的變換、放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換模塊。

所述的信號處理機柜由信號處理單元、運算分析單元、顯示單元和用于與DCS相連的接口單元組成，信號處理單元是將測量信號通過連續(xù)剔除粗差法進行篩選甄別，剔除掉不可用的誤信號和干擾信號，運算分析單元分為流速、濃度和細度計算模塊；

所述的流速計算模塊采用互相關(guān)算法與動態(tài)自校準算法相結(jié)合的方式進行流速計算；

所述的濃度計算模塊通過對所測信號幅值進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體濃度；

所述的細度計算模塊通過對所測信號的頻率進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體顆粒細度。

一種盤管型風(fēng)粉在線測量方法，包括如下步驟：

步驟1：盤管型測量傳感器利用交流電荷感應(yīng)原理，測量帶電顆粒在管道內(nèi)流動所產(chǎn)生的感應(yīng)信號；

步驟2：前端信號處理單元對感應(yīng)信號進行前期變換、放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換處理，并以通訊總線方式傳送給信號處理機柜；

步驟3：信號處理機柜的信號處理單元對前端信號處理單元傳輸來的信號通過連續(xù)剔除粗差法進行篩選甄別，剔除掉不可用的誤信號和干擾信號；

步驟4：從信號處理單元來的信號，經(jīng)運算分析單元中的流速、濃度、細度計算模塊分析計算后，得出管道內(nèi)粉體顆粒的流速、濃度和細度值；

步驟5：顯示單元對運算分析單元輸出的信號進行就地顯示，方便巡檢和維護；

步驟6：接口單元將運算分析單元輸出的信號以通訊方式傳送到DCS系統(tǒng)，用于管道內(nèi)粉體顆粒的流速、濃度、細度進行監(jiān)視和調(diào)整控制。

所述的流速計算模塊采用互相關(guān)算法與動態(tài)自校準算法相結(jié)合的方式進行流速計算；

所述的濃度計算模塊通過對所測信號幅值進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體濃度；

所述的細度計算模塊通過對所測信號的頻率進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體顆粒細度。

本發(fā)明所涉及的盤管型風(fēng)粉在線測量系統(tǒng)，綜合考慮了現(xiàn)場環(huán)境，測量系統(tǒng)功能、性能、適用性、使用壽命，系統(tǒng)安裝及維護的便捷性多方面因素，能夠滿足工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用要求，實現(xiàn)對燃煤機組一次風(fēng)管內(nèi)煤粉流速、濃度、細度的準確、安全可靠、在線測量。運行人員可依據(jù)測量結(jié)果來調(diào)配各次風(fēng)和煤粉的配比以保證煤粉燃燒的穩(wěn)定及最優(yōu)，并最終實現(xiàn)更高的燃燒效率和減少污染物排放的目的。

測量傳感器利用交流電荷感應(yīng)原理，測量帶電顆粒在管道內(nèi)流動所產(chǎn)生的感應(yīng)信號；信號預(yù)處理單元對感應(yīng)信號進行前期變換、放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換處理，并以通訊總線方式傳送給信號處理機柜；信號處理單元對信號預(yù)處理單元傳輸來的信號通過連續(xù)剔除粗差法進行篩選甄別，剔除掉不可用的誤信號和干擾信號；從信號處理單元來的信號，經(jīng)運算分析單元分析處理后，得出管道內(nèi)粉體顆粒的流速、濃度和細度值；顯示單元對運算分析單元輸出的信號進行就地顯示，方便巡檢和維護；接口單元將運算分析單元輸出的信號以通訊方式傳送到DCS系統(tǒng)，用于管道內(nèi)粉體顆粒的流速、濃度、細度進行監(jiān)視和調(diào)整控制。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)崟r、在線測量風(fēng)粉管道內(nèi)粉體的流速、濃度和細度，功能完整；

本發(fā)明所涉及測量傳感器兩側(cè)帶有連接法蘭，使安裝更加便捷、密封性能更好；

本發(fā)明所涉及測量傳感器采用不銹鋼材料、全截面、無源測量技術(shù)，耐磨性、代表性、安全性更好；

本發(fā)明所涉及測量傳感器采用通訊總線方式傳輸信號，信號傳輸方便、抗干擾能力強；

本發(fā)明所涉及的信號處理機柜采用符合實際需求的功能模塊，達到對測量信號的有效分析處理，功能完善、精確可靠；

本發(fā)明所涉及的方法能夠適用工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，在對粉體流場無任何影響的情況下，實現(xiàn)對粉體流速、濃度、細度的實時、在線、準確測量；

附圖說明

圖1是測量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是信號處理機柜功能單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參見圖1，本發(fā)明的測量系統(tǒng)包括依次相連的盤管型測量傳感器、前端信號處理單元、信號處理機柜，盤管型測量傳感器安裝于風(fēng)粉管道，對氣力輸送管道內(nèi)帶電顆粒進行測量，測得的信號經(jīng)前端信號處理單元進行前期處理后傳送到信號處理機柜進行分析和計算，信號處理機柜將分析和計算后的風(fēng)粉流速、粉濃度及細度信號以通訊方式傳送到DCS系統(tǒng)用于監(jiān)測和燃燒優(yōu)化調(diào)整。

信號處理機柜由信號處理單元、運算分析單元、顯示單元和用于與DCS相連的接口單元組成，信號處理單元是將測量信號通過連續(xù)剔除粗差法進行篩選甄別，剔除掉不可用的誤信號和干擾信號，運算分析單元分為流速、濃度和細度計算模塊；

所述的流速計算模塊采用互相關(guān)算法與動態(tài)自校準算法相結(jié)合的方式進行流速計算；

所述的濃度計算模塊通過對所測信號幅值進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體濃度；

所述的細度計算模塊通過對所測信號的頻率進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體顆粒細度。

參見圖2，本發(fā)明測量傳感器采用盤管型結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用耐磨不銹鋼。包括帶法蘭的外環(huán)1以及通過帶法蘭的端蓋5固定在外環(huán)1內(nèi)的內(nèi)環(huán)3，在內(nèi)、外環(huán)及端蓋之間的縫隙中嵌入有兩組環(huán)形電極2，且在外環(huán)1上安裝有與環(huán)形電極2相連的前端信號處理單元4。兩組環(huán)形電極2的軸向間距為20-60mm。環(huán)形電極2徑向厚度為1-5mm，軸向?qū)挾葹?-5mm。前端信號處理單元4包括依次相連的變換、放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換模塊，并提供通訊總線接口，滿足測量信號到信號處理機柜的傳輸需求。

參見圖3，信號處理機柜由信號處理單元、運算分析單元、顯示單元和用于與DCS相連的接口單元組成，信號處理單元是將測量信號通過連續(xù)剔除粗差法進行篩選甄別，剔除掉不可用的誤信號和干擾信號，運算分析單元分為流速、濃度和細度計算模塊；

所述的流速計算模塊采用互相關(guān)算法與動態(tài)自校準算法相結(jié)合的方式進行流速計算；

所述的濃度計算模塊通過對所測信號幅值進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體濃度；

所述的細度計算模塊通過對所測信號的頻率進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體顆粒細度。

顯示單元可以將運算分析單元輸出的信號進行就地顯示，方便就地巡檢及維護。接口單元可以將運算分析單元輸出的信號以通訊方式傳送到DCS系統(tǒng)。

本發(fā)明的測量方法如下：

步驟1：盤管型測量傳感器利用交流電荷感應(yīng)原理，測量帶電顆粒在管道內(nèi)流動所產(chǎn)生的感應(yīng)信號；

步驟2：前端信號處理單元4對感應(yīng)信號進行前期變換、放大、濾波和AD轉(zhuǎn)換處理，并以通訊總線方式傳送給信號處理機柜；

步驟3：信號處理機柜的信號處理單元對前端信號處理單元傳輸來的信號通過連續(xù)剔除粗差法進行篩選甄別，剔除掉不可用的誤信號和干擾信號；

步驟4：從信號處理單元來的信號，經(jīng)運算分析單元中的流速、濃度、細度計算模塊分析計算后，得出管道內(nèi)粉體顆粒的流速、濃度和細度值；

所述的流速計算模塊采用互相關(guān)算法與動態(tài)自校準算法相結(jié)合的方式進行流速計算；

所述的濃度計算模塊通過對所測信號幅值進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體濃度；

所述的細度計算模塊通過對所測信號的頻率進行特性分析，加權(quán)平均計算出所測粉管的粉體顆粒細度。

步驟5：顯示單元對運算分析單元輸出的信號進行就地顯示，方便巡檢和維護；

步驟6：接口單元將運算分析單元輸出的信號以通訊方式傳送到DCS系統(tǒng)，用于管道內(nèi)粉體顆粒的流速、濃度、細度進行監(jiān)視和調(diào)整控制。