本發(fā)明屬于燃煤電廠過程參數(shù)檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于多傳感器的煤粉含水率和煤種監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

燃煤電廠中，由于煤的產(chǎn)地、種類不同，儲存、輸送條件各異，導(dǎo)致煤粉中含水率不同。煤種和煤粉含水率的差異會影響電廠輸送管道中各參數(shù)的測量和鍋爐的發(fā)熱量。為了電廠運行安全，提高鍋爐燃燒效率，防止意外發(fā)生，需要在管道中安裝煤種和煤粉含水率監(jiān)測裝置。

隨著科技的發(fā)展和研究的進一步深入，煤粉含水率的測量方法可以分為直接測量和間接測量兩種方法。直接法包括干燥法、卡爾費休法。直接法測量精度高，但測量非常耗時，因而不能實現(xiàn)快速測量，只能用于實驗室檢測，作為檢驗其他方法的檢測標準。間接測量方法包括：近紅外法、微波法和靜電法。近紅外法可在非破壞和非接觸的條件下進行分析，但這類傳感器的光學探頭易受粉塵污染而不能得到廣泛應(yīng)用；微波法雖然可以穿透煤層實現(xiàn)含水率的精確測量，但是由于造價昂貴，且受到物質(zhì)密度的影響，在工業(yè)應(yīng)用中受到一定局限。靜電技術(shù)由于其工作性能穩(wěn)定、造價低廉、結(jié)構(gòu)簡單和安裝維護容易等特點，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

目前，電廠主要通過人工抽檢的方法，每天對燃煤進行一至兩次檢驗。這種離線的抽檢方法顯然無法指導(dǎo)電廠根據(jù)燃煤含水率和煤質(zhì)變化來實時調(diào)整制粉系統(tǒng)和鍋爐燃燒參數(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于多傳感器的煤粉含水率和煤種監(jiān)測裝置及方法，實現(xiàn)氣力輸送管道中煤粉含水率和煤種的實時監(jiān)測。

一種基于多傳感器的煤粉含水率和煤種監(jiān)測裝置，所述裝置由依次連接的測量傳感器探頭2、信號處理單元、數(shù)據(jù)融合單元和輸出顯示單元組成；

所述測量傳感器探頭2由溫度傳感器3、若干個速度測量電極4和若干個靜電信號測量電極5組成，并采用絕緣材料6進行速度測量電極4之間、靜電信號測量電極5之間的電氣隔離；速度測量電極4與靜電信號測量電極之間有隔離層7；在同一個圓形管道1上安裝一個或多個測量傳感器探頭2，以提高測量精度；

溫度測量傳感器3共1至2個，用于測量一次風粉流體溫度變化情況；

速度測量電極4由2至6個靜電電極組成，用于測量煤粉速度；

靜電信號測量電極5由1至4個靜電電極組成，用于測量煤粉靜電信號變化；

測量傳感器探頭2其內(nèi)部表面與圓形管道1內(nèi)表面平齊，其外部帶有屏蔽外殼以防止受外界電磁干擾。

所述測量傳感器探頭2包含的若干個靜電信號測量電極5之間相互平行且間隔距離為1mm至10mm，而且在管道中裸露于一次風粉。

速度測量電極4面向一次風粉的內(nèi)表面并敷有絕緣層，在圓形管道1中不與一次風粉直接接觸，各速度測量電極4間相互平行，軸向?qū)挾认嗤g隔距離為5mm至100mm。

所述速度測量電極4其弧長在5mm至500mm之間，軸向?qū)挾仍?mm至10mm之間，徑向厚度在0.1mm至10mm之間，且各速度測量電極4的尺寸相同；靜電信號測量電極5的弧長在5mm至500mm之間，軸向?qū)挾仍?mm至100mm之間，徑向厚度在0.1mm至10mm之間，各靜電信號測量電極的寬度相同或不同。

所述信號處理單元包含二級放大、帶通濾波、多通道模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換和信號處理功能；

所述數(shù)據(jù)融合單元分別對速度測量電極4和靜電信號測量電極5得到的煤粉速度和靜電強度數(shù)據(jù)進行融合，并綜合電廠生產(chǎn)參數(shù)獲得煤種與含水率信息，然后送至輸出顯示單元。

一種基于多傳感器的煤粉含水率和煤種監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，其步驟為

步驟1、將測量傳感器探頭1通過法蘭盤或其它連接裝置安裝在圓形管道上，當管道內(nèi)的煤質(zhì)發(fā)生變化或管道中煤粉含水量變化時，測量傳感器探頭1測量該變化并將此信號輸出至信號處理單元；其中，溫度傳感器3測量管道內(nèi)一次風粉的溫度；速度測量電極4測量管道中一次風攜帶煤粉的速度；靜電信號測量電極5測量管道中煤種和煤粉帶電情況；

步驟2、測量傳感器探頭1的輸出信號經(jīng)信號處理單元后通過數(shù)據(jù)融合單元得出煤粉含水率和煤種變化情況；其中，速度測量電極4得到的信號，通過互相關(guān)算法計算得到管道中一次風粉的速度信號；靜電信號測量電極5的測量信號經(jīng)信號處理單元放大、濾波、分析處理，再由數(shù)據(jù)融合單元得到管道中煤種和煤粉含水率的信號；

對得到的信號進行分析：

若溫度、靜電信號與速度皆無變化，則表明含水率和煤種均無變化；若溫度與靜電信號無變化但速度有變化，則表明煤種發(fā)生了變化；若溫度、速度無變化但靜電信號有變化，則表明煤種發(fā)生了變化；若溫度無變化但靜電信號、速度有變化，則表明煤量發(fā)生了變化；若溫度、靜電信號有變化但速度無變化，則表明含水率發(fā)生了變化；若溫度、靜電信號與速度皆有變化，則需要綜合分析；若溫度有變化但靜電信號、速度無變化，則表明含水率發(fā)生了變化；若溫度、速度有變化但靜電信號無變化，則需要綜合分析；

將分析得到的管道內(nèi)煤粉含水率和煤種變化情況，送至輸出顯示單元顯示、保存，并上傳到電廠控制系統(tǒng)；

步驟3、電廠控制系統(tǒng)根據(jù)得到的信息對原煤量、一次風機送風量、暖風機及配套裝置進行參數(shù)調(diào)整和控制，使一次風粉管道中的煤粉含水率和溫度達到要求，從而實現(xiàn)管道中的煤粉含水率和煤種的實時監(jiān)測。

有益效果

本發(fā)明實時監(jiān)測管道中煤種和煤粉的含水率。煤粉含水率越高，煤粉顆粒所帶靜電越少，溫度也相應(yīng)越低，利用氣力輸送過程中粉塵顆粒產(chǎn)生靜電電荷的機理，通過信號采集系統(tǒng)對靜電信號進行轉(zhuǎn)換和處理融合分析得到一次風粉管道中煤種和煤粉含水率信息。靜電傳感器對于氣力輸送管道中各個位置的固體顆粒具有較高的敏感度，適合于稀相和濃相等各種條件下進行測試，而且靜電傳感器感應(yīng)運動顆粒，因此可以避免由固體顆粒的靜電粘合特性使敏感區(qū)內(nèi)產(chǎn)生由顆粒沉淀而帶來的誤差，非常適合一次風粉管道中的煤粉的測量。溫度傳感器按測量方式分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。熱電阻溫度傳感器的溫度最高測量范圍可達600度左右，而且靈敏度能保證可靠性高，所以用來測量管道中的溫度。本發(fā)明可測范圍寬、傳感器壽命長、安裝維護方便，能在不干擾煤粉流動的情況下實現(xiàn)一次風管道上多個部位的煤粉含水率的測量，具有便于實施、投資少、安全可靠的優(yōu)勢，且實施獲得的煤粉含水率和煤質(zhì)變化信息為燃煤電廠優(yōu)化生產(chǎn)工藝和實時調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)提供科學依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的監(jiān)測裝置組成框圖；

圖2為本發(fā)明的測量傳感器探頭安裝于圓形管道的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為測量傳感器探頭剖面圖；

圖4為四個測量傳感器探頭安裝于同一管段的截面圖；

圖5為煤粉含水率和煤種分析流程圖；

1-圓形管道；2-測量傳感器探頭；3-溫度傳感器；4-速度測量電極；5-靜電信號測量電極；6-絕緣材料；7-隔離層。

具體實施方式：

本發(fā)明提供了一種基于多傳感器的煤粉含水率和煤種監(jiān)測方法和裝置，實現(xiàn)圓形管道內(nèi)煤粉含水率和煤種的實時檢測，且條形電極不受管道形狀影響，易于安裝。

下面結(jié)合附圖及實施案例對本發(fā)明作進一步說明：

一種基于多傳感器的煤粉含水率和煤種監(jiān)測裝置組成框圖如圖1所示，由依次連接的測量傳感器探頭2、信號處理單元、數(shù)據(jù)融合單元和輸出顯示單元組成；測量傳感器探頭2由溫度傳感器3、速度測量電極4和靜電信號測量電極5組成，并由絕緣材料6與測量傳感器探頭2進行相互之間的電氣隔離。圖2為本發(fā)明的測量傳感器探頭安裝于圓形管道的結(jié)構(gòu)圖。

如圖3所示，選用四組的由兩個靜電信號測量電極5、兩個速度測量電極4和一個溫度傳感器3組成傳感器探頭2對管道中的煤粉含水率和煤質(zhì)進行實時監(jiān)測。四組測量傳感器探頭2均勻分布在管道的圓周上，如,圖4所示。每個測量傳感器探頭2上的兩個速度測量電極4的電極弧長均為100mm，軸向?qū)挾染鶠?mm，徑向厚度均為1mm；兩個速度測量電極4之間的距離為50mm，便于利用互相關(guān)算法計算得到管道中一次風粉的速度信號。每個測量傳感器探頭2上的兩個靜電信號測量電極5的電極弧長均為100mm，軸向?qū)挾染鶠?0mm，徑向厚度均為1mm；兩個靜電信號測量電極5之間的距離為5mm，便于感應(yīng)出與電極結(jié)構(gòu)、顆粒所帶靜電相關(guān)的感應(yīng)電荷信號，得到的信號經(jīng)與條形靜電電極對應(yīng)的信號處理單元放大、濾波、分析處理，再經(jīng)數(shù)據(jù)融合單元融合后，得到管道中煤種和煤粉含水率的信號。每個測量傳感器探頭2上的溫度傳感器3，測量管道內(nèi)一次風粉的溫度。

四個傳感器探頭采集粉體特征信號，傳感器探頭的輸出信號經(jīng)信號處理單元調(diào)理后獲取粉體流動引起的靜電信號和溫度信號；所得到的靜電信號和溫度信號通過數(shù)據(jù)融合單元得出信號特征，送至輸出顯示單元顯示、保存，并上傳到電廠控制系統(tǒng)，實現(xiàn)圓形管道內(nèi)煤粉含水率和煤種的實時監(jiān)測。

對得到的信號分析如圖5所示：

若溫度、靜電信號與速度皆無變化，則表明含水率無變化；若溫度與靜電信號無變化但速度有變化，則表明煤種發(fā)生了變化；若溫度、速度無變化但靜電信號有變化，則表明煤種發(fā)生了變化；若溫度無變化但靜電信號、速度有變化，則表明煤量發(fā)生了變化；若溫度、靜電信號有變化但速度無變化，則表明含水率發(fā)生了變化；若溫度、靜電信號與速度皆有變化，則需要綜合分析；若溫度有變化但靜電信號、速度無變化，則表明含水率發(fā)生了變化；若溫度、速度有變化但靜電信號無變化，則需要綜合分析。