CN114910395A - 一种基于音频信号的煤粉细度测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于音频信号的煤粉细度测量方法，包括：在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器；其中，各所述音频信号采集器均用于采集所述煤粉管内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号；检测所述煤粉管内的风速及煤粉浓度，并获取各所述音频信号采集器采集的音频信号；综合分析各所述音频信号以获得对应的音频特征值，并根据预设的风速‑煤粉浓度‑煤粉细度‑音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度。本发明所提供的基于音频信号的煤粉细度测量方法，能够方便、高效地实现煤粉细度的在线测量。本发明还公开一种基于音频信号的煤粉细度测量系统，其有益效果如上所述。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，特别涉及一种基于音频信号的煤粉细度测量方法。本发明还涉及一种基于音频信号的煤粉细度测量系统。
背景技术
在火力发电厂中，磨煤机是一种重要的设备。
磨煤机是将煤块破碎并磨成煤粉的机械，它是煤粉炉的重要辅助设备。磨煤过程是煤被破碎及其表面积不断增加的过程，煤在磨煤机中被磨制成煤粉，主要是通过压碎、击碎和研碎三种方式进行。磨煤机广泛应用于火力发电、水泥、硅酸盐制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。
目前，磨煤机将煤块磨碎成煤粉后，通常使用管道气流的方式实现煤粉风力运输。由于磨煤机的工况、煤块质量、煤块体积等因素的影响，造成磨煤机磨碎后的煤粉的质量不一，主要体现在煤粉细度差距较大，为提高煤粉燃烧质量，要求煤粉细度处于最佳直径范围内。通常而言，影响煤粉细度的关键因素，除了磨煤机本身的工况，还与磨煤机的煤粉管风量、煤粉浓度这两个关键参数相关。
在现有技术中，磨煤机的煤粉管风量、煤粉浓度等关键参数已实现实时在线测量，但煤粉细度的测量一直是难点，通常只能在煤粉在管道内完成运输作业后，对煤粉进行尺寸取样检测，才能事后获知煤粉细度，此种方式不仅测量方式麻烦，劳动量大，且事后再去对磨煤机的工况、煤粉管风量、煤粉浓度等参数进行调整已经存在一定程度地滞后，难以在煤粉管内实现煤粉细度的在线测量。
因此，如何方便、高效地实现煤粉细度的在线测量，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于音频信号的煤粉细度测量方法，能够方便、高效地实现煤粉细度的在线测量。本发明的另一目的是提供一种基于音频信号的煤粉细度测量系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于音频信号的煤粉细度测量方法，包括：
在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器；其中，各所述音频信号采集器均用于采集所述煤粉管内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号；
检测所述煤粉管内的风速及煤粉浓度，并获取各所述音频信号采集器采集的音频信号；
综合分析各所述音频信号以获得对应的音频特征值，并根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度。
优选地，在设置音频信号采集器之前，还包括：
将所述煤粉管安装在煤粉细度仪校验装置上；
按照预设的不同风速及煤粉浓度，在所述煤粉管内通入预设的不同细度的煤粉，并通过所述煤粉细度仪校验装置依次检测各个状态下所述煤粉管内的音频特征值；
根据各次检测的音频特征值与当次检测状态对应的风速、煤粉浓度与煤粉细度制作四者的标准关系对照表。
优选地，在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器，具体包括：
将各个所述音频信号采集器均设置在所述煤粉管的弯头部分的外缘，并沿着煤粉移动方向呈弧形分布。
优选地，在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器，还包括：
将一部分所述音频信号采集器沿着所述煤粉管的弯头部分的最大曲率半径所在弧线分布，并将另一部分所述音频信号采集器沿着所述煤粉管的弯头部分的外缘面以最大曲率半径所在弧线为对称轴对称分布。
优选地，在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器，还包括：
根据所述煤粉管的弯头部分的内壁各区域与煤粉产生碰撞的密集程度的对应关系，调整各所述音频信号采集器在所述煤粉管的弯头部分的外缘上的分布密度。
优选地，综合分析各所述音频信号以获得对应的音频特征值，具体包括：
分别提取各个所述音频信号对应的音频特征值，根据预设的比例加权关系计算各所述音频特征的加权平均值。
优选地，根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度时：
若风速的检测值位于所述标准关系对照表中的相邻两级风速值之间，则以对应的两级风速值分别作为参考项进行依次匹配，并对两次匹配结果中的煤粉细度取均值。
优选地，根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度时：
若粉煤浓度的检测值位于所述标准关系对照表中的相邻两级煤粉浓度值之间，则以对应的两级煤粉浓度值分别作为参考项进行依次匹配，并对两次匹配结果中的煤粉细度取均值。
优选地，根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度时：
若音频特征值不与所述标准关系对照表中的任一数据相同，则取与所述音频特征值的差值最小的数据作为参与匹配的参考值。
本发明还提供一种基于音频信号的煤粉细度测量系统，包括：
探头安装模块，用于在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器；其中，各所述音频信号采集器均用于采集所述煤粉管内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号；
数据检测模块，用于检测所述煤粉管内的风速及煤粉浓度，并获取各所述音频信号采集器采集的音频信号；
分析匹配模块，用于综合分析各所述音频信号以获得对应的音频特征值，并根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度。
本发明所提供的基于音频信号的煤粉细度测量方法，主要包括三个步骤，其中，在第一步中，主要内容为音频信号采集器的安装布置，具体需要在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面上同时设置多个音频信号采集器，该音频信号采集器主要用于采集音频信号，由于煤粉在煤粉管内运输时，将在弯头部分与外侧管壁相撞，而各个音频信号采集器又主要分布在煤粉管的弯头部分外表面，即与撞击区域对应的位置，因此能够准确地捕捉煤粉管内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号。在第二步中，主要内容为关键参数采集，分别为检测煤粉管内的风速及煤粉浓度，以及获取各个音频信号采集器采集的音频信号。在第三步中，主要内容为煤粉细度计算，首先综合分析各个音频信号，由于煤粉撞击位置并非单个点或几个点，而是一大片区域，因此综合所有的音频信号进行分析后，能够获取与真实情况对应的音频特征值。然后再根据分析出的音频特征值与检测出的风速及煤粉浓度参数，代入到预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系中，查找到在当前风速及煤粉浓度环境下，与分析出的音频特征值匹配的煤粉细度参数。如此，本发明所提供的基于音频信号的煤粉细度测量方法，通过实时采集煤粉与煤粉管内壁相撞产生的音频信号以及实时检测煤粉管内的风速及煤粉浓度参数的方式，再根据煤粉细度与风速、煤粉浓度及音频信号的音频特征值的对应关系进行匹配，能够方便、高效地实现煤粉细度的在线测量；相比于现有技术，本发明能够在线、实时地实现煤粉细度检测，从而及时对磨煤机的工况、风速、煤粉浓度等参数进行调整，以获得目标煤粉细度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的方法流程图。
图2为音频信号采集器在煤粉管上的分布示意图。
图3为风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的一种标准关系对照表。
图4为本发明所提供的一种具体实施方式的系统模块图。
其中，图2、4中：
煤粉管—1，音频信号采集器—2，探头安装模块—3，数据检测模块—4，分析匹配模块—5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，基于音频信号的煤粉细度测量方法，主要三个步骤，分别为：
S1、在磨煤机的煤粉管1的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器2；其中，各音频信号采集器2均用于采集煤粉管1内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号；
S2、检测煤粉管1内的风速及煤粉浓度，并获取各音频信号采集器2采集的音频信号；
S3、综合分析各音频信号以获得对应的音频特征值，并根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与音频特征值匹配的煤粉细度。
其中，在步骤S1中，主要内容为音频信号采集器2的安装布置，具体需要在磨煤机的煤粉管1的弯头部分的外表面上同时设置多个音频信号采集器2，该音频信号采集器2主要用于采集音频信号，由于煤粉在煤粉管1内运输时，将在弯头部分与外侧管壁相撞，而各个音频信号采集器2又主要分布在煤粉管1的弯头部分外表面，即与撞击区域对应的位置，因此能够准确地捕捉煤粉管1内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号。
在步骤S2中，主要内容为关键参数采集，分别为检测煤粉管1内的风速及煤粉浓度，以及获取各个音频信号采集器2采集的音频信号。
在步骤S3中，主要内容为煤粉细度计算，首先综合分析各个音频信号，由于煤粉撞击位置并非单个点或几个点，而是一大片区域，因此综合所有的音频信号进行分析后，能够获取与真实情况对应的音频特征值。然后再根据分析出的音频特征值与检测出的风速及煤粉浓度参数，代入到预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系中，查找到在当前风速及煤粉浓度环境下，与分析出的音频特征值匹配的煤粉细度参数。
如此，本实施例所提供的基于音频信号的煤粉细度测量方法，通过实时采集煤粉与煤粉管1内壁相撞产生的音频信号以及实时检测煤粉管1内的风速及煤粉浓度参数的方式，再根据煤粉细度与风速、煤粉浓度及音频信号的音频特征值的对应关系进行匹配，能够方便、高效地实现煤粉细度的在线测量；相比于现有技术，本实施例能够在线、实时地实现煤粉细度检测，从而及时对磨煤机的工况、风速、煤粉浓度等参数进行调整，以获得目标煤粉细度。
考虑到对于不同规格的煤粉管1，其对应的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系可能产生变化，针对此，为尽量提高煤粉细度的测量精度，本实施例在对煤粉管1设置音频信号采集器2之前，还增设了针对当前测量的煤粉管1进行风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系的前序建立步骤。
具体的，该风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系实地建立操作需要利用煤粉细度仪校验装置，首先将煤粉管1安装在煤粉细度仪校验装置上，然后通过煤粉细度仪校验装置获取风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系：主要按照预设的不同风速及煤粉浓度，在煤粉管1内通入预设的不同已知细度的煤粉，然后再通过煤粉细度仪校验装置依次检测各个状态下煤粉管1内的音频特征值。
比如，以初始风速、初始煤粉浓度作为初始状态，再在煤粉管1内通过初始细度的煤粉，保持运输一定时间至状态稳定后，通过煤粉细度仪校验装置检测当前状态下煤粉管1内的音频特征值，从而获得一组风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系；如此重复，在之后的每次检测时，以控制变量法的方式逐级改变单一变量，并逐次获得多组风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系。如此，在获得足量的数据之后，即可将各组风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系进行整合，获得关于当前煤粉管1的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的标准关系对照表。
如图3所示，图3为风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的一种标准关系对照表。比如，以煤粉细度X=1为例，则当风速V逐级变化、煤粉浓度N逐级变化时，总有一个与特定状态对应的音频特征值T（或范围）。从而在测量时，已知风速V、煤粉浓度N与音频特征值T，将三者代入标准关系对照表即可查找匹配到对应的煤粉细度X。
显然，当煤粉细度X变化时，上述标准关系对照表也随之变化。
如图2所示，图2为音频信号采集器2在煤粉管1上的分布示意图。
在步骤S1中，考虑到煤粉与煤粉管1的内壁产生撞击时，总体呈现撞击区域较大、撞击面积较广、撞击位置分布较散等特点，且在理想状态下，气流沿着弯头部分的中心线运动，且以中心线为圆心均匀分布，但由于气流及煤粉存在质量，气流的运动受到煤粉及管道自身特性的影响，因此在煤粉管1弯头部分处运动时，风、粉混合物在离心力、重力作用下去碰撞煤粉管1外侧管内壁，如此使得在风不存在紊流的情况下，风、粉混合物撞击弯头部分的外侧内壁以中心平面对称，同时，因为风速、煤粉细度的不同，其离心力存在差异，因此撞击煤粉管1的位置也会存在差异。
针对此，本实施例中，在布置音频信号采集器2时，具体将各个所述音频信号采集器2均设置在煤粉管1的弯头部分的外缘，并沿着煤粉移动方向呈弧形分布。如此设置，能够使音频信号采集器2的信号采集范围基本全面覆盖煤粉管1弯头部分的实际撞击区域，提高检测结果可靠性。
进一步的，本实施例还将一部分音频信号采集器2沿着煤粉管1的弯头部分的最大曲率半径所在弧线分布，同时将另一部分音频信号采集器2沿着煤粉管1的弯头部分的外缘面以最大曲率半径所在弧线为对称轴对称分布。比如，可在煤粉管1的弯头部分的最大曲率半径所在弧线上布置4个音频信号采集器2，同时在该最大曲率半径所在弧线的两侧位置，沿着环向方向依次对称分布2~3对音频信号采集器2，且各个音频信号采集器2依然沿着煤粉管1的弯头部分的弧形结构保持弧形分布。如此设置，各个音频信号采集器2在煤粉管1的弯头部分上总体呈现环形或弧形网状分布，能够进一步提高测量精度。
不仅如此，考虑到空气动力学的影响，煤粉在随着气流运动时，与煤粉管1弯头部分内壁的撞击情况可能各不相同，主要体现在产生碰撞位置的密集程度上——一般的，在煤粉管1弯头部分内壁的朝向出风口的一侧区域与煤粉产生碰撞位置的密集程度较高，而在煤粉管1弯头部分内壁的朝向进风口的一侧区域与煤粉产生碰撞位置的密集程度较低，针对此，本实施例根据该特性调整各音频信号采集器2在煤粉管1的弯头部分的外缘上的分布密度，使得碰撞密集的区域内音频信号采集器2的分布密度也较高，反之亦然。
在步骤S3中，分析音频特征值时，首先需要分别提取各个音频信号所分别对应的音频特征值，然后再根据预设的比例加权关系计算各个音频特征值的加权平均值。比如，从碰撞区域中心处获得的音频信号对应的音频特征值的比例加权较高，反之则较小，如此使得计算出的音频特征值更加可靠。
另外，在根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与音频特征值匹配的煤粉细度时，若风速的检测值位于标准关系对照表中的相邻两级风速值之间，则以对应的两级风速值分别作为参考项进行依次匹配，并对两次匹配结果中的煤粉细度取均值。
同理，若粉煤浓度的检测值位于标准关系对照表中的相邻两级煤粉浓度值之间，则以对应的两级煤粉浓度值分别作为参考项进行依次匹配，并对两次匹配结果中的煤粉细度取均值。
当风速的检测值位于标准关系对照表中的相邻两级风速值之间，且粉煤浓度的检测值也位于标准关系对照表中的相邻两级煤粉浓度值之间时，此时可利用对应的两级风速值与两级煤粉浓度值对应的4个端点值进行组合匹配，再根据对应的4个音频特征值进行平均值处理，最后再根据音频特征值的平均值匹配对应的煤粉细度。
比如，V0介于V1与V2之间，而N0介入N1与N2之间，则分别对应4个音频特征值：T11、T12、T21、T22，然后通过比例计算T11、T12、T21、T22的平均值Ta，最后以Ta为准进行匹配。
此外，若音频特征值不与标准关系对照表中的任一数据相同，则取与音频特征值的差值最小的数据作为参与匹配的参考值。
如图4所示，图4为本发明所提供的一种具体实施方式的系统模块图。
本实施例还提供一种基于音频信号的煤粉细度测量系统，主要包括探头安装模块3、数据检测模块4和分析匹配模块5。其中，探头安装模块3主要用于在磨煤机的煤粉管1的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器2；其中，各音频信号采集器2均用于采集煤粉管1内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号。数据检测模块4主要用于检测煤粉管1内的风速及煤粉浓度，并获取各音频信号采集器2采集的音频信号。分析匹配模块5主要用于综合分析各音频信号以获得对应的音频特征值，并根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与音频特征值匹配的煤粉细度。
另外，为保证所采集的音频信号的稳定性，需要保证煤粉随空气流动的稳定性，而弯头、阀门等都会对空气流动产生扰动，进而造成煤粉流动的不确定性，造成弯头部分处所采集音频信号的特征不确定性，因此需要在煤粉管1的弯头部分的前后留足直管段。在所测对象风速范围、煤粉细度范围及测量精度要求不同时，最短直管段的长度要求不同，具体需要根据上述三个因素确定，一般而言，风速越大，直管段长度要求越长；精度越高，直管段要求越长；颗粒度越小，直管段要求越长，且直管段长度通常与弯头的直径成倍数关系。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，包括：
在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器；其中，各所述音频信号采集器均用于采集所述煤粉管内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号；
检测所述煤粉管内的风速及煤粉浓度，并获取各所述音频信号采集器采集的音频信号；
综合分析各所述音频信号以获得对应的音频特征值，并根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度。
2.根据权利要求1所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，在设置音频信号采集器之前，还包括：
将所述煤粉管安装在煤粉细度仪校验装置上；
按照预设的不同风速及煤粉浓度，在所述煤粉管内通入预设的不同细度的煤粉，并通过所述煤粉细度仪校验装置依次检测各个状态下所述煤粉管内的音频特征值；
根据各次检测的音频特征值与当次检测状态对应的风速、煤粉浓度与煤粉细度制作四者的标准关系对照表。
3.根据权利要求1所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器，具体包括：
将各个所述音频信号采集器均设置在所述煤粉管的弯头部分的外缘，并沿着煤粉移动方向呈弧形分布。
4.根据权利要求3所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器，还包括：
将一部分所述音频信号采集器沿着所述煤粉管的弯头部分的最大曲率半径所在弧线分布，并将另一部分所述音频信号采集器沿着所述煤粉管的弯头部分的外缘面以最大曲率半径所在弧线为对称轴对称分布。
5.根据权利要求4所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器，还包括：
根据所述煤粉管的弯头部分的内壁各区域与煤粉产生碰撞的密集程度的对应关系，调整各所述音频信号采集器在所述煤粉管的弯头部分的外缘上的分布密度。
6.根据权利要求1所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，综合分析各所述音频信号以获得对应的音频特征值，具体包括：
分别提取各个所述音频信号对应的音频特征值，根据预设的比例加权关系计算各所述音频特征值的加权平均值。
7.根据权利要求2-6任一项所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度时：
若风速的检测值位于所述标准关系对照表中的相邻两级风速值之间，则以对应的两级风速值分别作为参考项进行依次匹配，并对两次匹配结果中的煤粉细度取均值。
8.根据权利要求7所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度时：
若粉煤浓度的检测值位于所述标准关系对照表中的相邻两级煤粉浓度值之间，则以对应的两级煤粉浓度值分别作为参考项进行依次匹配，并对两次匹配结果中的煤粉细度取均值。
9.根据权利要求8所述的基于音频信号的煤粉细度测量方法，其特征在于，根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度时：
若音频特征值不与所述标准关系对照表中的任一数据相同，则取与所述音频特征值的差值最小的数据作为参与匹配的参考值。
10.一种基于音频信号的煤粉细度测量系统，其特征在于，包括：
探头安装模块，用于在磨煤机的煤粉管的弯头部分的外表面设置多个音频信号采集器；其中，各所述音频信号采集器均用于采集所述煤粉管内部在出风时煤粉与管壁碰撞产生的音频信号；
数据检测模块，用于检测所述煤粉管内的风速及煤粉浓度，并获取各所述音频信号采集器采集的音频信号；
分析匹配模块，用于综合分析各所述音频信号以获得对应的音频特征值，并根据预设的风速-煤粉浓度-煤粉细度-音频特征值的对应关系，查找与所述音频特征值匹配的煤粉细度。
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