CN86103084A - 气动输送煤粉流量检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于气动输送煤粉流量的检测方法及装置，是以流量噪声为检测信号，直接测量出气固双相流体粉料质量流量率。不需同时检测出固体物料在输送管道中的占空浓度和速度然后计算出流量。该方法适用于高炉喷吹煤粉的单支管流量在线测量，也适用于相类似的系统的气固双相流体的固体质量流量的在线测量。

Description

气动输送煤粉流量检测方法及装置，适用于高炉喷吹煤粉的单支管流量测量，也适用于相类似系统的气固双相流体的固体质量流量的在线测量。

目前国际上公知的气固双相流体的流量测量通常是双参数测量，必须同时检测出固体物料在输送管道中的占空浓度和速度，然后计算出流量。在气固双相流体的流动过程中，在线检测浓度和速度都是比较复杂的，因而流量在线测量比较困难并使装置成本昂贵。国外常用的有下面几种类型：1.直接检测正比于管道内流体质量的物理量，如利用正比于管道内质量的Coliabs力（哥氏力），目前存在的问题是（1）无法精确地区分固体质量流量与气体质量流量。（2）传感装置过于精密，维护使用比较复杂。2.使用压差方法的质量流量计，即在管道上安装一个扩张管，通过测量直管和扩张管上的压力差，计算出固体质量比和气体流量率，从而计算出固体质量流量率。采用这种方法测量，用于检测气固双相流体的微差压变送器不易解决，特别是用于高浓度的情况下。3.通过分别测量浓度和速度来求出流量，典型的方法是用静电容度化测浓度，用互相关方法测速度，这种方法物料水分变化影响很大，物料在管壁上粘附致使仪表零点飘移。

本发明的目的是提出一种适用于工业在线应用能直接测量出气固双相流体的固体粉料质量流量率的方法和装置。

本发明是采用流量噪声为检测信号，测量气固双相流体固体粉料质量流量率。其基本原理如下：气固双相流体在输送管道中呈无规则的湍流状态，局部空间内的固体浓度中叠加有微小随机波动，这种浓度的波动称为流量噪声。流量噪声是气固双相流体在流动过程中必然发生的固有属性，它产生于输送气体压力的波动，固体下料的非均匀性，固体颗粒与管壁的碰撞与反射，固体颗粒之间碰撞等多种原因，直接提取的流量噪声含有上述多种原因造成的浓度波动，是一种随机信号，为保证噪声信号的平稳性，必须采取统计测量方法，提取流量噪声中频段较高的噪声信号。这部分流量噪声是由固体颗粒的碰撞与反射产生，与固体质量流量率存在单直线性关系。

在输送管道上安装一个电容传感器，气固双相流体通过传感器构成的电场空间，由于固体颗粒的存在改变了空间介电常数，使传感器的电容量相应于固体浓度产生变化，电容度化中所含的高频微小随机波动正比于流量噪声，变送器将电容噪声信号转换成供二次仪表处理的电压信号X（t），通过大量的动态在线测量试验证明当传感器变送器设计合理时，

$\sqrt{\mathrm{E\; 〔X}{}^2\mathrm{(\; t\; )〕}}\mathrm{=\; l\; i\; m}\frac{1}{T}{\∫}_0^T{X}^2\mathrm{(\; t\; )\; d\; t\; \alpha \; M\; (\; t\; )}$

式中M（t）为固体质量流量率，因此只要对变送器输出信号进行线性整流和积分平均，即可测量出固体质量流量率。

电容传感器它如图2所示主要是由两个半园型电极对拼构成，传感器必须能兼顾在煤粉导电时能正常工作，在煤粉绝缘时有足够灵敏度，因此采用在半边极片上加绝缘层的结构方式，另一个极片接地。

对电特性稳定的固体粉料（如烟煤、水泥、石灰、面粉……）根据该原理研制成的检测装置一经标定，即可使用。而对于无烟煤这种固体物料，其电特性往往随每批煤的品种不同而改变，只要在上述检测方法的基础上进行在线修正，以适应目前我国高炉喷吹无烟煤的特定对象。在线动态修正原理是采用时间重量计算出真实流量率，与在同一时间内的测量值进行比较，通过线性回归统计方法，确定出测量标定曲线的斜率A和截距B，然后加以修正，从而保证固体介质的电特性发生变化时，达到所应有的测量精度。

当煤粉通过电容传感器的空间电场时，传感器的电容量发生变化，使振荡器A的振荡频率f。也产生相应的改变△f，经调节器C将频率变化转换成电压变化△V（t），然后分为两路，一路经低通滤波器D，取出相应于平均浓度引起的电压信号△V（t），与一个固定参考电压V_s比较求差，然后经比较放大器E进行放大，产生出反馈控制电压V_e加在变容二极管上，（F为电压电容转换，主要由变容二极管完成）使变容二极管的等效电容量发生变化，由于变容二极管也并加在振荡器A的振荡槽路中，因而补偿了由于平均浓度引起的频率变化，使振荡频率自动稳定在中心频率f₀上。另一路信号△V（t）经过高通滤波器G，取出微小的高频流量噪声△V（t）经过高增益放大，最后将流量噪声的电压信号（X_t）送出。变送器由于采用调频工作方式，因而灵敏度很高，抗干扰能力强，采用低频负反馈闭环电路，使固体颗粒平均浓度引起的传感器输出，外界温度、湿度、固体颗粒在管壁上的粘附以及电路本身的飘移等等影响，都可有效地加以去除，而对高频的流量噪声信号都不产生任何影响。

对X（t）信号进行均方运算，或者简单地进行线性整流和积分平均运算，则可进行流量测量。

X＝ $\sqrt{\mathrm{E\; 〔X}{}^2\mathrm{(\; t\; )〕或\; 〔｜X\; (\; t\; )\; ｜〕}}$

M＝AX+B

式中A、B是与固体物料堆比重，与固体物料电特性有关的测量系数，当被测介质固定时，A、B为常数。

本发明的优点：实现单参数测量，测量过程极大简化，造价低。适用于工业应用尤其适用于高炉喷吹煤粉的单支管流量测量，维护简单，不易损坏。

图1    为实际真实流量与测量之间的标定曲线

图2    为电容传感器结构图

图3    为变送器的电路原理框图

图4    为高炉喷煤粉系统示意图。

图5    为高炉喷煤粉单支管测量系统的示意框图

结合图4和图5描述本发明的一个实施例，A为储煤料罐，B为测量料罐重量的电子称压力输出信号B（t），P₁-P_n为n个喷煤支管，T₁-T_n为相应的各支管上安装的传感器和变送器，输出信号为X₁（t）……X_n（t）Z₁-Z_n为线性整流积分电路，C为多路转换开关，D为可控增益放大器，E为A/D转换器，F为微型计算机，G为CRT，H为打印机，I为IEEE488接口J为192可编程数字电压表。正常测量时，CRT集中显示各支管的瞬时流量测量值和相应标高光柱，以及各支管累积流量和总累积流量，可随时或定时打印测量结果。

当计算机进入标定修正程序后，自动将缸压升高到一个固定值，首先修正可控增益放大器D的增益，使A/D转换器可工作在满量程范围内，然后每隔固定时间间隔△T秒通过IEEE488接口从192取出罐重量差△Wi送给计算机，这个减少的重量△W_i即在△T时间内几个支管总共喷出的煤粉重量，故总的流量M_i（t）为

M_i（t）＝ (△W_i)/(△T)

与此同时，计算机将各支管检测出的△T时间内的总累积流量值X_i（t）算出

这时标定数据M_i和X_i存入计算机内存，随着喷吹进行，罐压逐渐降低，流量相应减少，当计算机取回予定标定数据，或收到操作人员的键盘命令，即转入标定数据的线性回归处理，求出标定常数A、B，然后对原标定常数进行修正，并自动转回测量程序。

每次标定修正时间不超过15分钟，根据现场情况，每批煤可以喷几天到十几天，所以每标定一次至少能保证使用一天以上。

Claims (6)

1、一种气动输送煤粉流量检测方法是以流量噪声为检测信号，测量气固双相流体粉料质量流量率。其特征在于a)实现单参数在线测量，不需要分别测量固体粉料在输送管内的浓度和速度，而直接在线测量固体质量流量率。

b)对某些电特性随品种而变化的固体粉料电特性变化对测量产生影响的动态在线修正方法。

2、根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于检测气固双相流体在流动过程中产生的流量噪声信号是采用电容原理。

3、一种测量高炉喷吹煤粉单支管流量的测量装置，其特征是该装置是由电容噪声传感器，调频变送器，微型计算机系统专用接口电路和高精度192数字电压表构成。

4、根据权利要求3所述的装置其特征在于电容噪声传感器采用双半园对拚结构，其中一个电极加屏蔽绝缘，另一极片通过管壁接地。

5、根据权利要求3所述装置其特征是利用调频原理将电容传感器产生的微小电容变化信号转换成电压信号，并加以选通负反馈电路，消除慢变化信号（包括平均固体浓度，固体粉料在管壁粘附引起的电容变化和外界温度影响等），提取平稳随机的流量噪声信号。

6、根据权利要求3所述装置与现场固体粉料罐电子秤相配合，由微型计算机测量系统自动控制完成的，经过动态在线标定和回归计算，修正测量常数，以适应不同电特性粉料流量测量。

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