CN106324044B - 一种化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气固多相流参数检测的技术领域，尤其涉及一种化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法。该检测装置包括：激励线圈、巨磁电阻检测阵列、线圈激励模块、信号调理模块、微处理器和计算机；巨磁电阻检测阵列由上下游两组排列在测量区域四周的巨磁电阻传感器组成，巨磁电阻传感器与信号调理模块连接；微处理器与信号调理模块、线圈激励模块和计算机连接；线圈激励模块还与激励线圈连接。该检测装置及方法结构简单，成本低，灵敏度高，非侵入，可实现化学链燃烧过程金属载氧体浓度分布和速度分布的实时检测；可实现混合颗粒中金属载氧体流动参数的测量。

Description

一种化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法
技术领域
本发明属于气固多相流参数检测的技术领域，尤其涉及一种化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法。
背景技术
在我国目前的电力生产技术中，煤炭作为一种固体燃料，仍占据着主导地位，同时也是温室气体CO2和有害气体NOx排放的主要来源。化学链燃烧技术是在煤的燃烧过程中，利用金属氧化物等载氧体代替空气，与煤在燃料反应器中发生氧化还原反应，使燃料煤不与空气发生直接接触，可以提高煤的燃烧效率，减少温室气体CO2和有害气体NOx的排放量，进而降低温室效应和环境污染。因此，对化学链燃烧过程中载氧体的检测是提高化学链燃烧效率的重要部分。
传统的金属载氧体测量方法存在灵敏度低、检测范围窄、抗干扰能力差的缺陷，且测量装置价格昂贵，急需对金属载氧体测量的方法和装置进行改进。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种化学链燃烧过程金属载氧体检测装置，所述检测装置包括：激励线圈、巨磁电阻检测阵列、线圈激励模块、信号调理模块、微处理器和计算机；
所述巨磁电阻检测阵列由上下游两组排列在测量区域四周的巨磁电阻传感器组成，所述巨磁电阻传感器与所述信号调理模块连接；
所述微处理器与所述信号调理模块、所述线圈激励模块和所述计算机连接；
所述线圈激励模块还与所述激励线圈连接。
所述激励线圈有两组，由金属导线缠绕而成，两组所述激励线圈的间距与所述激励线圈的半径相同。
每组所述巨磁电阻检测阵列中所述巨磁电阻传感器的数量和布置方式根据测量精度的要求进行调整；且上下游巨磁电阻检测阵列的间距为10～30mm。
一种采用上述装置的化学链燃烧过程金属载氧体检测方法，所述方法包括如下步骤：
S1，利用巨磁电阻检测阵列检测测量区域内金属载氧体的电导率或磁导率分布的变化造成的磁场改变，得到巨磁电阻传感器输出信号；
S2，由信号调理模块中的仪表放大器将所述输出信号放大，并由信号调理模块对所述输出信号进行滤波，得到信号调理模块输出信号；
S3，微处理器提取所述信号调理模块输出信号的特征参数，根据所述特征参数计算化学链燃烧过程金属载氧体的浓度分布和速度分布，并将所述浓度分布和所述速度分布送到计算机进行显示。
所述方法还包括：线圈激励模块根据微处理器的指令产生线圈激励信号，使所述激励线圈之间产生均匀分布的磁场，从而使巨磁电阻传感器工作在线性区。
使用所述检测方法测量混合颗粒中金属载氧体流动参数。
本发明的有益效果在于：
提供了一种基于巨磁电阻的化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法；该检测装置结构简单，成本低，灵敏度高，非侵入，可实现化学链燃烧过程金属载氧体浓度分布和速度分布的实时检测；可实现混合颗粒中金属载氧体流动参数的测量，为进一步改进化学链燃烧过程的装置设计和运行参数提供依据。
附图说明
图1为基于巨磁电阻的化学链燃烧过程金属载氧体检测装置结构示意图；
图2为巨磁电阻检测阵列截面示意图；
图3为磁场偏置后的传感器输出特性曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
实施例一：
本发明的目的是提供一种基于巨磁电阻的化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法，可实现化学链燃烧过程混合颗粒中金属载氧体浓度分布和速度分布的实时检测。具体的技术方案是：
所述检测装置由激励线圈、巨磁电阻检测阵列、线圈激励模块、信号调理模块、微处理器和计算机组成。
所述激励线圈由金属导线缠绕而成，两组线圈的间距与线圈的半径相同。
所述线圈激励模块根据微处理器的指令产生线圈激励信号，使激励线圈之间产生均匀分布的磁场，并且产生的恒定磁场分量使巨磁电阻传感器工作在线性区。
所述巨磁电阻检测阵列由上下游两组排列在测量区域四周的巨磁电阻组成。
所述每组巨磁电阻检测阵列中巨磁电阻的数量和布置方式可以根据测量精度的要求进行调整，并且上下游巨磁电阻检测阵列的间距应控制在10mm到30mm之间。
所述信号调理模块利用仪表放大器将巨磁电阻输出的信号进一步放大，并对信号进行滤波。
所述微处理器根据巨磁电阻检测阵列所得电压信号计算化学链燃烧过程金属载氧体的浓度分布和速度分布，并送到计算机显示。
所述检测方法根据电磁感应原理，当金属载氧体经过由激励线圈产生的均匀磁场时，由于测量区域内电导率或磁导率分布的变化会造成磁场的改变，利用巨磁电阻检测阵列测量这种磁场的变化。根据巨磁电阻检测阵列所得电压信号的特征参数可以计算化学链燃烧过程金属载氧体的浓度分布，并且通过对上下游传感器所得电压信号进行互相关计算得出金属载氧体的速度分布。
由于金属载氧体与固体燃料在电导率或磁导率特性上的差异，所述检测方法可以实现混合颗粒中金属载氧体流动参数的测量。
由于金属载氧体的电导率和磁导率与固体燃料不同，并且有些金属载氧体还具有一定的磁性，因此对金属载氧体的检测可以采用电磁场参数。与其它的检测方法相比，基于巨磁电阻效应的检测方法价格更低，灵敏度更高，检测范围更宽，且线性度好，抗干扰能力强。
上述实施例提出了一种基于巨磁电阻的化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法，该检测装置及方法结构简单，成本低，非侵入，灵敏度高，可实现化学链燃烧过程混合颗粒中金属载氧体浓度分布和速度分布的实时检测，为进一步改进化学链燃烧过程的装置设计和运行参数提供依据。
实施例二：
提供一种基于巨磁电阻的化学链燃烧过程金属载氧体检测装置及方法，可实现化学链燃烧过程混合颗粒中金属载氧体浓度分布和速度分布的实时检测。下面结合附图及实施案例对本发明作进一步说明：
基于巨磁电阻的化学链燃烧过程金属载氧体检测装置结构示意图如图1所示，图1中各标记定义如下：1.金属载氧体；2.巨磁电阻传感器；3.激励线圈；4.线圈激励模块；5.信号调理模块；6.微处理器；7.计算机。所述的巨磁电阻检测阵列由上下游两组排列在测量区域四周的巨磁电阻传感器2组成，巨磁电阻传感器检测到的信号通过信号调理模块5放大和滤波，并利用微处理器6根据检测阵列所得电压信号的特征参数计算化学链燃烧过程金属载氧体的浓度分布和速度分布。
本实施例中，上下游巨磁电阻检测阵列的间距为20mm，每组巨磁电阻检测阵列由四个巨磁电阻传感器2，在管道四周均匀分布组成，巨磁电阻检测阵列截面示意图如图2所示，8为仪表放大器，6为微处理器。每个巨磁电阻传感器2对应一个信号调理模块，信号调理模块利用仪表放大器8将巨磁电阻输出的信号进一步放大，并对信号进行滤波。
激励线圈3由金属导线缠绕而成，两组线圈的间距与线圈的半径相同。线圈激励模块4根据微处理器6的指令产生带有直流分量的正弦激励信号，使激励线圈之间产生均匀分布的磁场，并且产生的恒定磁场分量使巨磁电阻传感器2工作在线性区。磁场偏置后的巨磁电阻传感器输出特性曲线如图3所示。
根据电磁感应原理，当金属载氧体经过由激励线圈产生的均匀磁场时，由于测量区域内电导率或磁导率分布的变化会造成磁场的改变，利用巨磁电阻检测阵列测量这种磁场的变化。根据巨磁电阻检测阵列所得电压信号的特征参数可以计算化学链燃烧过程金属载氧体的浓度分布，并且通过对上下游传感器所得电压信号进行互相关计算得出金属载氧体的速度分布。由于金属载氧体与固体燃料在电导率或磁导率特性上的差异，所述检测方法可以实现混合颗粒中金属载氧体流动参数的测量。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种化学链燃烧过程金属载氧体检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激励线圈、巨磁电阻检测阵列、线圈激励模块、信号调理模块、微处理器和计算机；
所述巨磁电阻检测阵列由上下游两组排列在测量区域四周的巨磁电阻传感器组成，所述巨磁电阻传感器与所述信号调理模块连接；
所述微处理器与所述信号调理模块、所述线圈激励模块和所述计算机连接；
所述线圈激励模块还与所述激励线圈连接；
所述微处理器提取所述信号调理模块输出信号的特征参数，根据所述特征参数计算化学链燃烧过程金属载氧体的浓度分布和速度分布；
所述激励线圈有两组，由金属导线缠绕而成，两组所述激励线圈的间距与所述激励线圈的半径相同。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述巨磁电阻检测阵列中每组所述巨磁电阻传感器的数量和布置方式根据测量精度的要求进行调整；且上下游两组巨磁电阻传感器的间距为10 ~30 mm。
3.一种采用权利要求1~2任一项所述装置的化学链燃烧过程金属载氧体检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1，利用巨磁电阻检测阵列检测测量区域内金属载氧体的电导率或磁导率分布的变化造成的磁场改变，得到巨磁电阻传感器输出信号；
S2，由信号调理模块中的仪表放大器将所述输出信号放大，并由信号调理模块对所述输出信号进行滤波，得到信号调理模块输出信号；
S3，微处理器提取所述信号调理模块输出信号的特征参数，根据所述特征参数计算化学链燃烧过程金属载氧体的浓度分布和速度分布，并将所述浓度分布和所述速度分布送到计算机进行显示。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：线圈激励模块根据微处理器的指令产生线圈激励信号，使所述的两组激励线圈之间产生均匀分布的磁场，从而使巨磁电阻传感器工作在线性区。
5.根据权利要求3~4任一项所述的检测方法，其特征在于，使用所述检测方法测量混合颗粒中金属载氧体流动参数。
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