CN204495409U - 一种电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置，包括数据采集装置及与所述数据采集装置连接的数据处理装置，所述的数据采集装置为圆环状阵列静电传感器测量头，该圆环状阵列静电传感器测量头包括绝缘管以及设置在绝缘管外表面的两个窄的圆环状静电传感器和一个宽的圆环状静电传感器，其中宽的圆环状静电传感器居中设置在两个窄的圆环状静电传感器之间。相比于现有的气固两相流静电测量法，本实用新型利用不同宽度电极的圆环状静电传感器作为数据采集装置对煤粉进行数据采集，减少了由于气固两相流固体颗粒在空间上的不均匀引起的静电信号表征值测量误差，可直接用于电站制粉系统煤粉均衡控制。

Description

一种电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置

技术领域

本实用新型属于粉体流动测量技术领域，具体涉及一种电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置。

背景技术

当前国内外大型火力发电机组中，一般都采用直吹式制粉系统。机组运行时，热风携带磨煤机内煤粉形成的一次风粉离开磨煤机，进入不同的输送管道，并通过这些管道进入相应的燃烧器。进入炉膛的一次风的风速、煤粉浓度和流量以及各燃烧器风粉分配的均匀程度都将直接影响炉内燃烧工况的稳定性和锅炉的燃烧效率。各燃烧器的风粉分配不均会产生炉膛火焰偏斜，局部热负荷过高，炉内某些区域由于煤粉浓度过高造成还原性气氛，加剧了结渣和高温腐蚀过程，而某些燃烧器会产生燃烧脉动甚至熄火现象造成炉内负压的大幅度波动。另外，各燃烧器间风粉偏差加大，造成机械不完全燃烧损失增大的问题，使燃烧器偏离最佳工作状况。随锅炉容量的增大，燃烧器数量增多，制粉和燃烧系统中的风粉分配不均问题会更加突出。因此测量电站制粉输送系统煤粉浓度、质量流量对各燃烧器内部煤粉的均衡分配以及燃烧器内风粉比的调节具有重要意义。

通常，输粉管中煤粉的质量浓度为300-500g/m³，风粉质量比为1.5-3:1，体积比仅处于0.05％的数量级(100℃时)，这样低的粉体含量，使得辐射、电容等煤粉测量方法显得无能为力。电站中间储仓式燃煤锅炉燃烧器入口煤粉浓度测量常采用热平衡法，但对于直吹式或采用乏气送粉的制粉系统，由于输送气体和被输送粉体之间不存在较大的温度差，因此热平衡法也无法应用。

近些年发展起来的静电传感技术是基于气固两相流颗粒荷电检测颗粒流动参数，具有系统结构简单、非接触、灵敏度高、价格低廉、安全且适合于恶劣的工业气力输送现场环境等优点。尽管静电传感器无法给出颗粒浓度和质量流量等参数的绝对测量值，但是从控制与均衡的角度而言，浓度与流量的相对测量值已经足够。这是由于同一台磨煤机出来的煤粉具有相似的荷电特性，如固体的组成、颗粒尺寸、形状、含湿量等因素具有相似性，因此各管道内静电传感器的输出具有可比性。目前，对于给定湿度成分和颗粒尺寸分布的粉体颗粒，在稀相条件下，认为静电传感器输出信号的有效值(RMS)与颗粒流量成正比。但事实上，煤粉两相流在管道内由于管道布置、运行条件等，导致煤粉固体颗粒在管道内的分布位置不同，圆环静电传感器检测的输出信号的有效值(RMS)也会不同，这将导致煤粉流量的表征值产生较大误差，因此制粉输送系统的煤粉均衡控制会产生较大的偏差。

发明内容

为了克服现有电站制粉输送系统煤粉流量静电测量方法的不足，本实用新型提出了一种多圆环状电极煤粉流量静电测量表征装置，采用宽度不同的圆环状电极，利用两者静电信号有效值的联系，通过计算宽、窄圆环状静电传感器的输出电信号的有效值及煤粉流动速度，并一步计算出有效值的比值，结合煤粉颗粒速度，用于表征输送管道内煤粉的流量，在此基础上可表征同一磨煤机供应各燃烧器的煤粉分配的均匀性。该方法及装置可提高煤粉静电测量信号的稳定性与准确性，并降低测量装置的成本，可为电站制粉输送系统煤粉的均衡分配控制提供了准确的基础数据。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置，包括数据采集装置及与所述数据采集装置连接的数据处理装置，其特征在于，所述的数据采集装置为圆环状阵列静电传感器测量头，该圆环状阵列静电传感器测量头包括绝缘管以及设置在绝缘管外表面的两个窄的圆环状静电传感器和一个宽的圆环状静电传感器，其中宽的圆环状静电传感器居中设置在两个窄的圆环状静电传感器之间。

所述的数据处理装置包括信号调理电路、数据采集卡以及计算机，所述的圆环状阵列静电传感器测量头与所述信号调理电路的信号输入端连接，在信号调理电路的信号输出端依次连接所述的数据采集卡和计算机。

所述的圆环状阵列静电传感器测量头还包括屏蔽罩、绝缘层以及用于将圆环状阵列静电传感器测量头和输送管道连接法兰，所述绝缘层设置在所述的圆环状静电传感器的外侧，在绝缘层的外侧设置所述的屏蔽罩。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、相比于现有的气固两相流静电测量法，本实用新型利用不同宽度电极的圆环状静电传感器作为数据采集装置对煤粉进行数据采集，并通过圆环状静电传感器的输出信号有效值的比值，减少了由于气固两相流固体颗粒在空间上的不均匀引起的静电信号表征值测量误差，可直接用于电站制粉系统煤粉均衡控制。

2、圆环静电传感器布置在管道外壁，属于非接触式或非介入式测量，因此，对流体的流动状况干扰小，并且静电传感器测量系统不会影响被测流体的流场，也不会造成管道内压力的额外损失。

附图说明

图1为电站制粉输送系统煤粉流量静电测量装置的示意图；

图2为圆环状阵列静电传感器测量头的示意图；

其中，1-绝缘管道；2-窄的圆环状静电传感器；3-宽的圆环状静电传感器；4-屏蔽罩；5-绝缘层；6-连接法兰；7-信号调理电路；8-数据采集卡；9-计算机，L为两窄的圆环状静电传感器之间的距离，L1为窄的圆环状静电传感器和宽的圆环状静电传感器之间的距离。

具体实施方式

实施例

电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征方法，取一段绝缘管道，在绝缘管道的外壁上布置电极宽度不同的圆环状静电传感器，并且其中两端的窄的圆环状静电传感器间距为L，圆环状静电传感器沿绝缘管道的轴向分布，将圆环状静电传感器检测到的静电信号经过放大，通过数据采集卡采集后，利用相关法进行计算处理得出煤粉颗粒的速度，并且通过计算宽的圆环状静电传感器和窄的圆环状静电传感器静电信号有效值之比C，对管道内煤粉颗粒的浓度进行表征，通过C和固体颗粒速度v计算出煤粉颗粒流量表征值Q。当气固两相流静电信号较弱时，宽的圆环状静电传感器能够正常工作，但窄的圆环状静电传感器接收信号太弱，所测数据准确性与稳定性无法得到保障，此外，煤粉颗粒的空间分布也将导致静电传感器输出信号的偏差，此时利用宽度不同电极的两圆环状静电传感器静电信号有效值的比值，有效地提高了流量表征值的准确性和稳定性，可直接用于电站制粉系统煤粉均衡控制。

下面参照附图1和图2，对本实用新型的具体实施方案做出更为详细的说明：

1)将三个圆环状静电传感器沿轴向安装在绝缘管道1外壁，其中宽的圆环状静电传感器的电极轴向长度为5cm，窄的圆环状静电传感器的电极轴向长度为1cm，两电极圆环状都是由0.2mm厚的紫铜片制成。电极外覆盖一绝缘层3，并且在绝缘层外是由1mm厚的黄铜片制成的屏蔽罩4，用于屏蔽外部电磁干扰。两窄电极之间的间距为L＝10cm。由于煤粉颗粒的荷电信号相对较弱，导致静电电极上的感应信号以及前置放大器的输入信号较小，所以将屏蔽罩可靠地接地，以保证其屏蔽效果。然后由信号调理电路7将静电感应信号转变为可被数据采集卡8采集的信号，并由数据采集卡送入计算机9。

2)在计算机内，对采集到的三组静电信号数据，包括2组窄电极静电信号分别为{x(i),i＝1,2…N}、{y(i),i＝1,2…N}和1组宽电极输出信号为{z(i),i＝1,2…N},分别计算出圆环状静电传感器输出信号采集周期T内的有效值X、Y、Z。

$X=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}^2\left(i\right)}---\left(1\right)$

$Y=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}^2\left(i\right)}---\left(2\right)$

$Z=\sqrt{\frac{1}{N-1}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}^2\left(i\right)}---\left(3\right)$

其中，N为周期T内，采集的静电信号数据点的个数。

3)计算宽度不同的圆环状静电传感器所测的静电信号有效值的比值C。利用静电信号有效值比值C，对管道内的管道内煤粉颗粒的浓度进行表征，以提高测量数据的准确性和稳定性。

$C=\frac{2Z}{(X+Y)}---\left(4\right)$

4)根据流体的“凝固”图型假设，利用两个窄圆环状静电传感器输出的静电信号{x(i),i＝1,2…N}、{y(i),i＝1,2…N}，结合互相关法，计算煤粉流经两窄圆环静电传感器的延迟时间τ：

$R\left(n\right)=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}\left[x\left(i\right)y(i+n)\right]---\left(5\right)$

其中，R(n)为静电信号{x(i),i＝1,2…N}和{y(i),i＝1,2…N}的互相关函数，n为延迟的点数。

如果R(n)在n＝m处具有最大值，那么延迟时间τ:

τ＝m·Δt      (6)

其中，Δt为静电信号采样时间间隔，m为R(n)具有最大值处的延迟点数。

5)由已知两窄的圆环状电极之间的间距L，计算出管道内煤粉颗粒流速度ν：

$v=\frac{L}{\mathrm{\τ}}---\left(7\right)$

6)计算流经静电传感器测量头的煤粉流量表征值Q：

Q＝C·v    (8)

参照图1和图2所示，用于电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置，包括圆环状阵列静电传感器测量头、信号调理电路、数据采集卡以及计算机。圆环状阵列静电传感器测量头包括屏蔽罩、绝缘管道、绝缘层、两个窄的圆环状电极以、一宽的圆环状电极及两个连接法兰。

本实用新型表征装置的原理如下：

仪器的工作过程是：首先针对煤粉颗粒在管道内空间和速度分布不均匀，本实用新型利用宽的圆环状静电传感器和窄的圆环状静电传感器静电信号有效值比值C，对管道内煤粉颗粒浓度进行表征。然后利用相关法处理两个窄的圆环状静电传感器检测的静电信号，计算两组信号间的延迟时间τ，在两个窄的圆环状静电传感器距离L，已知的情况下，可以计算出气固两相流中固体颗粒的速度v，然后可以计算出管道内煤粉流量的表征值Q，提高了测量数据的稳定性和准确性，所述的装置具有成本低、对粉体流动无扰动等优点，可直接用于电站制粉系统煤粉均衡控制。

Claims (3)

1.一种用于电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置，包括数据采集装置及与所述数据采集装置连接的数据处理装置，其特征在于，所述的数据采集装置为圆环状阵列静电传感器测量头，该圆环状阵列静电传感器测量头包括绝缘管以及设置在绝缘管外表面的两个窄的圆环状静电传感器和一个宽的圆环状静电传感器，其中宽的圆环状静电传感器居中设置在两个窄的圆环状静电传感器之间。

2.根据权利要求1所述的用于电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置，其特征在于：所述的数据处理装置包括信号调理电路、数据采集卡以及计算机，所述的圆环状阵列静电传感器测量头与所述信号调理电路的信号输入端连接，在信号调理电路的信号输出端依次连接所述的数据采集卡和计算机。

3.根据权利要求2所述的用于电站制粉输送系统煤粉流量静电测量表征装置，其特征在于：所述的圆环状阵列静电传感器测量头还包括屏蔽罩、绝缘层以及用于将圆环状阵列静电传感器测量头和输送管道连接法兰，所述绝缘层设置在所述的圆环状静电传感器的外侧，在绝缘层的外侧设置所述的屏蔽罩。