CN106768114B - 煤粉在线监测系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤粉在线监测系统和装置，包括设置在测量管内壁上、且分别设置在微波检测装置左右两侧的左封波结构和右封波结构，左封波结构和右封波结构均包括至少一对金属封波头，金属封波头凸出于测量管内壁设置。金属封波头构成一个微波谐振腔，利用金属封波头将微波封在该谐振腔中。那么，当利用微波进行检测时，能够降低微波向更远处泄漏的泄漏量，相应地，检测精度就会提高，并且也无需为了增强检测精度而增大微波发射功率，进而避免了不必要的能量消耗。

Description

煤粉在线监测系统和装置

技术领域

本发明涉及煤粉在线监测系统和装置，属于煤粉测量技术领域。

背景技术

燃煤电厂面临节能增效和减低污染物排放的双重压力，而燃烧的精确控制起到至关重要的作用。燃烧的精确控制的关键在于锅炉各燃烧器内风煤比的监测和调整。其中煤粉的质量流量是需要监测的一项重要内容。煤粉的质量流量＝煤粉的绝对浓度×煤粉的流速×输送管道截面积。

市面出现了静电法的探针式测量装置，取得了一定的效果但是探针在煤粉输送管道内耐磨性能较差，直接影响了产品的寿命；同时由于探针只是插入管道内一部分，所以不能检测去断面的煤粉，影响精度。为了解决以上问题，又出现了环状的测量装置即电极为环状安装在在输煤管道的内壁，这样解决了全断面测量的问题，也延缓了磨损，但是出现积尘影响测量的问题，同时磨损后更换时必须停机较为麻烦。

利用微波检测装置通过微波谐振的方式检测煤粉浓度的方法能够克服上述缺陷，目前该方法得到了广泛的应用，但是，目前的微波检测方式在实施时只在输送管内的某处设置有微波检测装置——微波发射器和微波接收器，这种布置方式很容易造成微波泄漏，进而检测精度较低。要想提升检测精度，就需要增大微波发射功率，相应地，就要加大能量投入，增加了能量消耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤粉在线监测系统，用以解决传统的微波检测方式易造成微波泄漏的问题。本发明同时提供一种煤粉在线监测装置。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种煤粉在线监测系统，包括测量管，以及用于设置在所述测量管内壁上的微波检测装置，所述监测系统还包括设置在测量管内壁上、且分别设置在所述微波检测装置左右两侧的左封波结构和右封波结构，所述左封波结构和右封波结构均包括至少一对金属封波头，所述金属封波头凸出于测量管内壁设置。

所述左封波结构和右封波结构均包括沿着测量管纵向延伸方向设置的至少两对金属封波头。

每对金属封波头中的两个金属封波头的连线均垂直于煤粉流动方向，且每对金属封波头中的两个金属封波头均沿着测量管的周向均匀间隔布置。

所述微波检测装置中的微波发射器和微波接收器设置在测量管两侧，且微波发射器和微波接收器的连线垂直于煤粉流动方向，微波发射器、微波接收器和所有的金属封波头的中心位置处于同一个纵截面上。

左封波结构和右封波结构相对于微波检测装置左右对称设置。

所述金属封波头凸出于测量管内壁的结构为管式结构。

金属封波头由固定座和金属管体构成，所述金属管体与固定座固定设置，金属管体从测量管上对应的孔中伸入测量管内部，金属管体的长度大于测量管壁厚，以凸出于测量管内壁，固定座与测量管外壁挡阻设置。

一种煤粉在线监测装置，包括用于设置在测量管内壁上的微波检测装置，所述监测装置还包括用于设置在测量管内壁上、且分别设置在所述微波检测装置左右两侧的左封波结构和右封波结构，所述左封波结构和右封波结构均包括至少一对金属封波头，所述金属封波头用于凸出于测量管内壁设置。

所述金属封波头凸出于测量管内壁的结构为管式结构。

金属封波头由固定座和金属管体构成，所述金属管体与固定座固定设置，金属管体的长度大于测量管壁厚，以用于凸出于测量管内壁，固定座用于与测量管外壁挡阻设置。

在煤粉测量管的内壁上设有凸出于测量管内壁的金属封波头，且微波检测装置的左右两侧均设置有至少一对金属封波头，那么金属封波头能够构成一个微波谐振腔，利用金属封波头将微波封在该谐振腔中。当利用微波对煤粉数据进行检测时，能够降低微波向远处泄漏的泄漏量，相应地，检测精度就会提高，并且也无需为了增强检测精度而增大微波发射功率，进而避免了不必要的能量消耗。

附图说明

图1是微波检测的原理示意图；

图2是微波发射器、接收器以及金属封波头在输送管中的布置示意图。

具体实施方式

煤粉在线监测系统实施例

本发明提供的煤粉在线监测系统的基本思路在于：监测系统中除了设置在测量管内壁上的微波检测装置之外，还包括设置在测量管内壁上、且分别设置在微波检测装置左右两侧的左封波结构和右封波结构，左封波结构和右封波结构均包括至少一对金属封波头，并且金属封波头凸出于测量管内壁设置。

基于上述基本思路，下面结合附图做进一步详细的说明。

首先，测量管可以是专门设置的、用于实现数据检测的一段管道，也可以是锅炉中本身就具有的一段输送管，本实施例的监测系统中的测量管为单独设置的管道，那么，该管道就与微波检测装置和封波结构等组成部分共同构成一个独立的检测设备，即一个完整的产品。在进行检测时，将测量管装配在锅炉中，对测量管中流过的煤粉进行检测。另外，不管是专门设置的管道，还是锅炉本身就具有的管道，均用于流通煤粉，即用于输送煤粉，因此，以下将测量管称为输送管。

然后，微波检测装置包括微波发射器和微波接收器。利用微波对煤粉的相关数据，比如浓度等进行测量的检测原理如图1所示，信号源输出连接微波发射器2，微波发射器2发出的微波在输送管中进行相应的传输，然后，微波接收器3接收到微波发射器2发出的微波，当然，微波接收器3就需要输出连接信号处理模块，以对微波接收器3接收到的微波进行处理，进而对煤粉的相关数据进行测量。由于微波检测方法属于常规技术，上述对检测原理只进行了简单介绍，而且数据的具体测量算法也属于常规技术，本实施例就不再具体描述。

现有技术中的微波发射器和微波接收器通常具有以下两种布置方式：第一种，设置在输送管的同一侧，这种设置方式虽然能够实现测量，但是，检测精度不高；第二种，设置在输送管两侧，且微波发射器和微波接收器的连线(本实施例中的连线是指微波发射器和微波接收器的中心位置的连线)与煤粉流动方向倾斜一定角度，这种设置方式较第一种设置方式来说，检测精度虽然有了一定的提升，但是，提升程度不高，检测精度总体上还是不高。本发明中的微波发射器和微波接收器的布置方式可以按照现有技术中的布置方式进行布置，但是，为了增强检测精度，本实施例给出一种布置方式，如图1所示，微波发射器2和微波接收器3的连线垂直于煤粉流动方向，并且，设置在输送管的两侧，即相对于输送管轴线对称设置。另外，微波发射器2和微波接收器3为两个同轴的探头。这种布置方式相较于现有技术中的两种布置方式来说，检测精度得到了很大地提升，同样能够降低微波损耗。

另外，本实施例中，微波发射器2和微波接收器3的深入输送管内壁的一端超出内壁20mm，即可以避免探头磨损，同时可实现全断面的测量。

由于煤粉输送管、微波发射器和微波接收器，以及微波检测原理及算法均属于现有技术，因此，本实施例重点对封波结构、微波发射器和微波接收器在输送管中的具体布置方式进行说明。

监测系统包括两个封波结构，左封波结构设置在微波发射器和微波接收器的左侧，右封波结构设置在微波发射器和微波接收器的右侧，这两个封波结构均设置在测量管内壁上。每个封波结构均包括至少N对金属封波头，N≥1，也就是说，监测系统中共包括有2N对金属封波头。

金属封波头是为了形成一个微波谐振腔，通俗点讲，是为了将微波封在一定的区域内，防止其泄漏到其他区域，并且，凸出于输送管内壁设置，因此，将这种用于形成微波谐振腔的金属结构称为“金属封波头”。

当N＝1时，即微波发射器和微波接收器的左右两侧均设置1对金属封波头，能够形成一个微波谐振腔。但是，为了进一步提升微波谐振腔的“强度”，即进一步降低微波的泄漏，本实施例中，N≥2，即微波发射器和微波接收器的左右两侧均设置有至少两对金属封波头，在微波发射器和微波接收器的对应侧沿着输送管纵向延伸方向设置。当然，N的取值越大，封波效果越好。在能够形成微波谐振腔的基础上，各对金属封波头与微波发射器和微波接收器的距离均可根据实际要求进行设定。

为了便于后续的说明，本实施例以具有代表性的N＝2为例。另外，金属封波头以金属封波管为例进行说明，即金属封波头凸出于输送管内壁的结构为管体结构，也称为管式结构，当然，金属封波头并不局限于管体结构，还可以是其他结构形式。这样的话，所有的封波管就构成了一种阵列式的封波结构。金属封波头，即封波管的封波原理为：封波管其实是一种截止波导管，根据截止波导理论，当信号频率低于截止频率时，电磁波被截止，不再向外传播。由于煤粉输送管的管道的横截面为圆形，并且长度较长形成一个较大的波导管，并且由于输送管管道的直径较大，截止频率较低(低于500MHz)，低频情况下对煤粉微波的检测灵敏度较低，所以必须提高截止频率。同时管道较长情况下能量损耗也比较大，从可实现性、成本和安全性考虑，需要将微波截止在一定长度内。借鉴蜂窝式电磁屏蔽结构，在管道内的微波检测装置的左右两侧插入金属封波管，进一步地构成阵列式的封波结构，然后根据测量微波信号的频率范围(1.3GHz～1.8GHz)和输送管的管道直径，设计封波管深入输送管管道相应的深入长度，经试验测试可有效减少设计频率范围内微波信号的传播和能量损耗。所以，由上述可知，本实施例中的谐振腔是结合煤粉输送管和封波管而形成的特定形式的谐振腔，不同于常规的封闭结构和中间开孔结构。

如图2所示，微波发射器2和微波接收器3的左右两侧均设置2对封波管1。对于任意一对封波管，该对封波管中的两个封波管的连线垂直于煤粉流动方向，且这两个金属封波头沿着输送管的周向均匀间隔布置，即这两个封波管设置在输送管的两侧，或者称为相对侧。而且，为了提升谐振腔的强度，所有的封波管、微波发射器2和微波接收器3的中心位置设置在输送管的同一纵截面(即经过输送管轴线的竖向切面)上，如图2所示。另外，为了保证谐振腔的稳定性，微波发射器2和微波接收器3的左右两侧的封波管相对于微波发射器2和微波接收器3左右对称设置。

由于封波管是固定在输送管内壁上，一般情况下这种组合结构不易加工，并且封波管在磨损后不易维修和更换，所以，本实施例给出一种封波管的具体结构，如图2所示，封波管与输送管是分立元件，封波管与输送管内壁是组合在一起的，并非在加工时直接成型。封波管包括两部分，一部分是固定座，另一部分是金属管体，固定座与管体固定设置(比如焊接)。在输送管上、且需要设置封波管的对应位置处钻有小孔，这些孔的孔径略大于管体的外径，并且管体的长度要大于输送管的管壁厚度，这样管体从输送管外由对应的小孔伸入输送管内部后，管体能够从输送管内壁凸出一部分。固定座的横截面的最远两点的距离大于孔径，以使固定座阻挡在输送管外壁外，并且通过对固定座的结构设置，使固定座能够完全遮住对应的孔。基于封波管的这种结构，首先封波管和输送管均是独立设备，各自均易加工，而且，封波管在磨损后可以直接从输送管上取下，然后插入新的封波管即可实现更换，所以更换方便。另外，通过特定设置，封波管伸出输送管内壁的长度一般不超过封波管管径，即封波管凸出部分较短，可有效的延缓封波管的磨损，同时在金属管体凸出部分的表面镀耐磨涂层，以提高其耐磨能力。

本实施例中，如图2所示，靠近微波发射器2和微波接收器3的左右各一对的封波管与微波发射器2和微波接收器3的中心位置所在横截面的直线距离为L₁，远离微波发射器2和微波接收器3的左右各一对的封波管与微波发射器2和微波接收器3的中心位置所在横截面的直线距离为L₁+L₂，其中，L₁＝k₁D；L₂＝k₂D，D为输送管管径，k₁和k₂为设定参数，并且，封波管超出内壁的长度L与管径D也成特定比例，为L＝k₀D，k₀也为设定参数。通过上述几个参数的设定，就形成一个特定的微波谐振腔。k₁、k₂和k₀的取值是根据实际情况进行具体设定，其中，本实施例中，k₁＝3～6，k₁的具体取值参考输送管的管道直径，从设备安装和保证性能考虑：输送管的管道直径较小时，k₁取一个较大值，输送管的管道直径较大时，k₁取一个较小值。理论上k₁取较大值好，但是k₁也不能取的过大，比如：如果输送管的管道直径为600mm，k₁取6时，L₁就超过3600mm，这在电厂很难找到地方安装封波管；k₂＝0.2～0.5；k₀＝0.01～0.05。k₁、k₂和k₀的取值是通过频率范围、截止频率、能量损耗和输送管道的规格计算得到的，计算过程不属于本实施例中发明点，这里就不再叙述。

在检测时，根据上文所述，微波接收器3可输出连接信号处理模块，信号处理模块根据接收到的微波信号，结合相应的检测算法计算煤粉的浓度，信号处理模块以及具体算法为常规技术，这里就不再具体说明。

并且，信号处理模块也可连接微波发射器2，利用颗粒通过谐振腔时对微波产生一定的反射，通过微波发射器2接收微波的回波信号，信号处理模块应用相关算法可测量煤粉的速度(即流速)；并且在不开机时通过控制器控制微波板周期发射特定频率段的扫频信号，通过计算特定频率的回波时间和微波在空气中传播速度可计算出管道的管径D。

因此，利用微波发射器2和微波接收器3不但能够检测出煤粉的浓度信息，而且还能够得到煤粉的流速信息及输送管的管径D，则煤粉的质量流量就能够计算出。

另外，为了保证计算的准确性，该监测系统运行一段时间后可以修正输送管管道内径参数和封波管磨损情况。

煤粉在线监测装置实施例

煤粉在线监测装置与上述煤粉在线监测系统的不同点在于：监测装置不包含测量管，而其他的组成部分与上述监测系统相同，由于上述系统实施例已做出了详细描述，这里就不再具体说明。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述煤粉在线监测系统和装置的硬件结构，具体的检测算法并不是本发明的发明点，所以，本发明并不局限于具体的算法。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种煤粉在线监测系统，包括测量管，以及用于设置在所述测量管内壁上的微波检测装置，其特征在于，所述监测系统还包括设置在测量管内壁上、且分别设置在所述微波检测装置左右两侧的左封波结构和右封波结构，所述左封波结构和右封波结构均包括至少一对金属封波头，所述金属封波头凸出于测量管内壁设置；

金属封波头是一种截止波导管，其作用是形成微波谐振腔，从而将微波封在一定的区域内，防止其泄露到其它区域；金属封波头深入输送管管道的长度，是根据测量微波信号的频率范围和输送管的管道直径确定的；

每对金属封波头中的两个金属封波头的连线均垂直于煤粉流动方向，且每对金属封波头中的两个金属封波头均沿着测量管的周向均匀间隔布置；

所述微波检测装置中的微波发射器和微波接收器设置在测量管两侧，且微波发射器和微波接收器的连线垂直于煤粉流动方向，微波发射器、微波接收器和所有的金属封波头的中心位置处于同一个纵截面上；同时，所述微波发射器还具有微波接收功能。

2.根据权利要求1所述的煤粉在线监测系统，其特征在于，所述左封波结构和右封波结构均包括沿着测量管纵向延伸方向设置的至少两对金属封波头。

3.根据权利要求1所述的煤粉在线监测系统，其特征在于，左封波结构和右封波结构相对于微波检测装置左右对称设置。

4.根据权利要求1所述的煤粉在线监测系统，其特征在于，所述金属封波头凸出于测量管内壁的结构为管式结构。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的煤粉在线监测系统，其特征在于，金属封波头由固定座和金属管体构成，所述金属管体与固定座固定设置，金属管体从测量管上对应的孔中伸入测量管内部，金属管体的长度大于测量管壁厚，以凸出于测量管内壁，固定座与测量管外壁挡阻设置。

6.一种煤粉在线监测装置，包括用于设置在测量管内壁上的微波检测装置，其特征在于，所述监测装置还包括用于设置在测量管内壁上、且分别设置在所述微波检测装置左右两侧的左封波结构和右封波结构，所述左封波结构和右封波结构均包括至少一对金属封波头，所述金属封波头用于凸出于测量管内壁设置；

金属封波头是一种截止波导管，其作用是形成微波谐振腔，从而将微波封在一定的区域内，防止其泄露到其它区域；金属封波头深入输送管管道的长度，是根据测量微波信号的频率范围和输送管的管道直径确定的；

每对金属封波头中的两个金属封波头的连线均垂直于煤粉流动方向，且每对金属封波头中的两个金属封波头均沿着测量管的周向均匀间隔布置；

所述微波检测装置中的微波发射器和微波接收器设置在测量管两侧，且微波发射器和微波接收器的连线垂直于煤粉流动方向，微波发射器、微波接收器和所有的金属封波头的中心位置处于同一个纵截面上；同时，所述微波发射器还具有微波接收功能。

7.根据权利要求6所述的煤粉在线监测装置，其特征在于，所述金属封波头凸出于测量管内壁的结构为管式结构。

8.根据权利要求6或者7所述的煤粉在线监测装置，其特征在于，金属封波头由固定座和金属管体构成，所述金属管体与固定座固定设置，金属管体的长度大于测量管壁厚，以用于凸出于测量管内壁，固定座用于与测量管外壁挡阻设置。