CN106771047A - 一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃煤电厂过程参数检测领域，尤其涉及一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置及方法，该装置由测量传感器探头、信号处理单元、数据融合单元和输出显示单元组成。测量传感器探头由安装在燃煤电厂一次风管道上的金属电极和温度传感器组成，用于测量一次风粉的速度、静电信号和温度。信号处理单元输出的一次风粉动态参数和信号特征在数据融合单元中与电厂生产参数进行综合分析，得到管道内煤粉含水率和煤种变化情况，然后在输出显示单元显示、保存，并上传到电厂控制系统。本发明结构简单、成本低、测量灵敏、性能稳定，不易受恶劣环境影响，可实现燃煤电厂一次风管道中煤粉含水率和煤种变化的实时监测。
Description
技术领域
本发明属于燃煤电厂过程参数检测领域，特别涉及一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置及方法。
背景技术
燃煤电厂中，由于煤的产地、种类不同，储存、输送条件各异，导致煤粉中含水率不同。煤种和煤粉含水率的差异会影响电厂输送管道中各参数的测量和锅炉的发热量。为了电厂运行安全，提高锅炉燃烧效率，防止意外发生，需要在管道中安装煤种和煤粉含水率监测装置。
随着科技的发展和研究的进一步深入，煤粉含水率的测量方法可以分为直接测量和间接测量两种方法。直接法包括干燥法、卡尔费休法。直接法测量精度高，但测量非常耗时，因而不能实现快速测量，只能用于实验室检测，作为检验其他方法的检测标准。间接测量方法包括：近红外法、微波法和静电法。近红外法可在非破坏和非接触的条件下进行分析，但这类传感器的光学探头易受粉尘污染而不能得到广泛应用；微波法虽然可以穿透煤层实现含水率的精确测量，但是由于造价昂贵，且受到物质密度的影响，在工业应用中受到一定局限。静电技术由于其工作性能稳定、造价低廉、结构简单和安装维护容易等特点，具有广阔的工业应用前景。
目前，电厂主要通过人工抽检的方法，每天对燃煤进行一至两次检验。这种离线的抽检方法显然无法指导电厂根据燃煤含水率和煤质变化来实时调整制粉系统和锅炉燃烧参数。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置及方法，实现气力输送管道中煤粉含水率和煤种的实时监测。
一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置，所述装置由依次连接的测量传感器探头2、信号处理单元、数据融合单元和输出显示单元组成；
所述测量传感器探头2由温度传感器3、若干个速度测量电极4和若干个静电信号测量电极5组成，并采用绝缘材料6进行速度测量电极4之间、静电信号测量电极5之间的电气隔离；速度测量电极4与静电信号测量电极之间有隔离层7；在同一个圆形管道1上安装一个或多个测量传感器探头2，以提高测量精度；
温度测量传感器3共1至2个，用于测量一次风粉流体温度变化情况；
速度测量电极4由2至6个静电电极组成，用于测量煤粉速度；
静电信号测量电极5由1至4个静电电极组成，用于测量煤粉静电信号变化；
测量传感器探头2其内部表面与圆形管道1内表面平齐，其外部带有屏蔽外壳以防止受外界电磁干扰。
所述测量传感器探头2包含的若干个静电信号测量电极5之间相互平行且间隔距离为1mm至10mm，而且在管道中裸露于一次风粉。
速度测量电极4面向一次风粉的内表面并敷有绝缘层，在圆形管道1中不与一次风粉直接接触，各速度测量电极4间相互平行，轴向宽度相同，间隔距离为5mm至100mm。
所述速度测量电极4其弧长在5mm至500mm之间，轴向宽度在1mm至10mm之间，径向厚度在0.1mm至10mm之间，且各速度测量电极4的尺寸相同；静电信号测量电极5的弧长在5mm至500mm之间，轴向宽度在2mm至100mm之间，径向厚度在0.1mm至10mm之间，各静电信号测量电极的宽度相同或不同。
所述信号处理单元包含二级放大、带通滤波、多通道模拟量/数字量转换和信号处理功能；
所述数据融合单元分别对速度测量电极4和静电信号测量电极5得到的煤粉速度和静电强度数据进行融合，并综合电厂生产参数获得煤种与含水率信息，然后送至输出显示单元。
一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置的监测方法，其步骤为
步骤1、将测量传感器探头1通过法兰盘或其它连接装置安装在圆形管道上，当管道内的煤质发生变化或管道中煤粉含水量变化时，测量传感器探头1测量该变化并将此信号输出至信号处理单元；其中，温度传感器3测量管道内一次风粉的温度；速度测量电极4测量管道中一次风携带煤粉的速度；静电信号测量电极5测量管道中煤种和煤粉带电情况；
步骤2、测量传感器探头1的输出信号经信号处理单元后通过数据融合单元得出煤粉含水率和煤种变化情况；其中，速度测量电极4得到的信号，通过互相关算法计算得到管道中一次风粉的速度信号；静电信号测量电极5的测量信号经信号处理单元放大、滤波、分析处理，再由数据融合单元得到管道中煤种和煤粉含水率的信号；
对得到的信号进行分析：
若温度、静电信号与速度皆无变化，则表明含水率和煤种均无变化；若温度与静电信号无变化但速度有变化，则表明煤种发生了变化；若温度、速度无变化但静电信号有变化，则表明煤种发生了变化；若温度无变化但静电信号、速度有变化，则表明煤量发生了变化；若温度、静电信号有变化但速度无变化，则表明含水率发生了变化；若温度、静电信号与速度皆有变化，则需要综合分析；若温度有变化但静电信号、速度无变化，则表明含水率发生了变化；若温度、速度有变化但静电信号无变化，则需要综合分析；
将分析得到的管道内煤粉含水率和煤种变化情况，送至输出显示单元显示、保存，并上传到电厂控制系统；
步骤3、电厂控制系统根据得到的信息对原煤量、一次风机送风量、暖风机及配套装置进行参数调整和控制，使一次风粉管道中的煤粉含水率和温度达到要求，从而实现管道中的煤粉含水率和煤种的实时监测。
有益效果
本发明实时监测管道中煤种和煤粉的含水率。煤粉含水率越高，煤粉颗粒所带静电越少，温度也相应越低，利用气力输送过程中粉尘颗粒产生静电电荷的机理，通过信号采集系统对静电信号进行转换和处理融合分析得到一次风粉管道中煤种和煤粉含水率信息。静电传感器对于气力输送管道中各个位置的固体颗粒具有较高的敏感度，适合于稀相和浓相等各种条件下进行测试，而且静电传感器感应运动颗粒，因此可以避免由固体颗粒的静电粘合特性使敏感区内产生由颗粒沉淀而带来的误差，非常适合一次风粉管道中的煤粉的测量。温度传感器按测量方式分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。热电阻温度传感器的温度最高测量范围可达600度左右，而且灵敏度能保证可靠性高，所以用来测量管道中的温度。本发明可测范围宽、传感器寿命长、安装维护方便，能在不干扰煤粉流动的情况下实现一次风管道上多个部位的煤粉含水率的测量，具有便于实施、投资少、安全可靠的优势，且实施获得的煤粉含水率和煤质变化信息为燃煤电厂优化生产工艺和实时调节生产参数提供科学依据。
附图说明
图1为本发明的监测装置组成框图；
图2为本发明的测量传感器探头安装于圆形管道的结构图；
图3为测量传感器探头剖面图；
图4为四个测量传感器探头安装于同一管段的截面图；
图5为煤粉含水率和煤种分析流程图；
1-圆形管道；2-测量传感器探头；3-温度传感器；4-速度测量电极；5-静电信号测量电极；6-绝缘材料；7-隔离层。
具体实施方式：
本发明提供了一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测方法和装置，实现圆形管道内煤粉含水率和煤种的实时检测，且条形电极不受管道形状影响，易于安装。
下面结合附图及实施案例对本发明作进一步说明：
一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置组成框图如图1所示，由依次连接的测量传感器探头2、信号处理单元、数据融合单元和输出显示单元组成；测量传感器探头2由温度传感器3、速度测量电极4和静电信号测量电极5组成，并由绝缘材料6与测量传感器探头2进行相互之间的电气隔离。图2为本发明的测量传感器探头安装于圆形管道的结构图。
如图3所示，选用四组的由两个静电信号测量电极5、两个速度测量电极4和一个温度传感器3组成传感器探头2对管道中的煤粉含水率和煤质进行实时监测。四组测量传感器探头2均匀分布在管道的圆周上，如,图4所示。每个测量传感器探头2上的两个速度测量电极4的电极弧长均为100mm，轴向宽度均为5mm，径向厚度均为1mm；两个速度测量电极4之间的距离为50mm，便于利用互相关算法计算得到管道中一次风粉的速度信号。每个测量传感器探头2上的两个静电信号测量电极5的电极弧长均为100mm，轴向宽度均为50mm，径向厚度均为1mm；两个静电信号测量电极5之间的距离为5mm，便于感应出与电极结构、颗粒所带静电相关的感应电荷信号，得到的信号经与条形静电电极对应的信号处理单元放大、滤波、分析处理，再经数据融合单元融合后，得到管道中煤种和煤粉含水率的信号。每个测量传感器探头2上的温度传感器3，测量管道内一次风粉的温度。
四个传感器探头采集粉体特征信号，传感器探头的输出信号经信号处理单元调理后获取粉体流动引起的静电信号和温度信号；所得到的静电信号和温度信号通过数据融合单元得出信号特征，送至输出显示单元显示、保存，并上传到电厂控制系统，实现圆形管道内煤粉含水率和煤种的实时监测。
对得到的信号分析如图5所示：
若温度、静电信号与速度皆无变化，则表明含水率无变化；若温度与静电信号无变化但速度有变化，则表明煤种发生了变化；若温度、速度无变化但静电信号有变化，则表明煤种发生了变化；若温度无变化但静电信号、速度有变化，则表明煤量发生了变化；若温度、静电信号有变化但速度无变化，则表明含水率发生了变化；若温度、静电信号与速度皆有变化，则需要综合分析；若温度有变化但静电信号、速度无变化，则表明含水率发生了变化；若温度、速度有变化但静电信号无变化，则需要综合分析。
Claims (5)
1.一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置，其特征在于，所述装置由依次连接的测量传感器探头(2)、信号处理单元、数据融合单元和输出显示单元组成；
所述测量传感器探头(2)由温度传感器(3)、若干个速度测量电极(4)和若干个静电信号测量电极(5)组成，并采用绝缘材料(6)进行速度测量电极(4)之间、静电信号测量电极(5)之间的电气隔离；速度测量电极(4)与静电信号测量电极之间有隔离层(7)；在同一个圆形管道(1)上安装一个或多个测量传感器探头(2)，以提高测量精度；
温度测量传感器(3)共1至2个，用于测量一次风粉流体温度变化情况；
速度测量电极(4)由2至6个静电电极组成，用于测量煤粉速度；
静电信号测量电极(5)由1至4个静电电极组成，用于测量煤粉静电信号变化；
测量传感器探头(2)其内部表面与圆形管道(1)内表面平齐，其外部带有屏蔽外壳以防止受外界电磁干扰。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置，其特征在于，所述测量传感器探头(2)包含的若干个静电信号测量电极(5)之间相互平行且间隔距离为1mm至10mm，而且在管道中裸露于一次风粉。
速度测量电极(4)面向一次风粉的内表面并敷有绝缘层，在圆形管道(1)中不与一次风粉直接接触，各速度测量电极(4)间相互平行，轴向宽度相同，间隔距离为5mm至100mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置，其特征在于，所述速度测量电极(4)其弧长在5mm至500mm之间，轴向宽度在1mm至10mm之间，径向厚度在0.1mm至10mm之间，且各速度测量电极(4)的尺寸相同；静电信号测量电极(5)的弧长在5mm至500mm之间，轴向宽度在2mm至100mm之间，径向厚度在0.1mm至10mm之间，各静电信号测量电极的宽度相同或不同。
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置，所述信号处理单元包含二级放大、带通滤波、多通道模拟量/数字量转换和信号处理功能；
所述数据融合单元分别对速度测量电极(4)和静电信号测量电极(5)得到的煤粉速度和静电强度数据进行融合，并综合电厂生产参数获得煤种与含水率信息，然后送至输出显示单元。
5.基于权利要求1的一种基于多传感器的煤粉含水率和煤种监测装置的监测方法，其特征在于，其步骤为
步骤1、将测量传感器探头(1)通过法兰盘或其它连接装置安装在圆形管道上，当管道内的煤质发生变化或管道中煤粉含水量变化时，测量传感器探头(1)测量该变化并将此信号输出至信号处理单元；其中，温度传感器(3)测量管道内一次风粉的温度；速度测量电极(4)测量管道中一次风携带煤粉的速度；静电信号测量电极(5)测量管道中煤种和煤粉带电情况；
步骤2、测量传感器探头(1)的输出信号经信号处理单元后通过数据融合单元得出煤粉含水率和煤种变化情况；其中，速度测量电极(4)得到的信号，通过互相关算法计算得到管道中一次风粉的速度信号；静电信号测量电极(5)的测量信号经信号处理单元放大、滤波、分析处理，再由数据融合单元得到管道中煤种和煤粉含水率的信号；
对得到的信号进行分析：
若温度、静电信号与速度皆无变化，则表明含水率和煤种均无变化；若温度与静电信号无变化但速度有变化，则表明煤种发生了变化；若温度、速度无变化但静电信号有变化，则表明煤种发生了变化；若温度无变化但静电信号、速度有变化，则表明煤量发生了变化；若温度、静电信号有变化但速度无变化，则表明含水率发生了变化；若温度、静电信号与速度皆有变化，则需要综合分析；若温度有变化但静电信号、速度无变化，则表明含水率发生了变化；若温度、速度有变化但静电信号无变化，则需要综合分析；
将分析得到的管道内煤粉含水率和煤种变化情况，送至输出显示单元显示、保存，并上传到电厂控制系统；
步骤3、电厂控制系统根据得到的信息对原煤量、一次风机送风量、暖风机及配套装置进行参数调整和控制，使一次风粉管道中的煤粉含水率和温度达到要求，从而实现管道中的煤粉含水率和煤种的实时监测。
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