專利名稱:氣動輸送煤粉流量檢測方法及裝置的制作方法
氣動輸送煤粉流量檢測方法及裝置，適用于高爐噴吹煤粉的單支管流量測量，也適用于相類似系統(tǒng)的氣固雙相流體的固體質(zhì)量流量的在線測量。
目前國際上公知的氣固雙相流體的流量測量通常是雙參數(shù)測量，必須同時檢測出固體物料在輸送管道中的占空濃度和速度，然后計算出流量。在氣固雙相流體的流動過程中，在線檢測濃度和速度都是比較復(fù)雜的，因而流量在線測量比較困難并使裝置成本昂貴。國外常用的有下面幾種類型1.直接檢測正比于管道內(nèi)流體質(zhì)量的物理量，如利用正比于管道內(nèi)質(zhì)量的Coliabs力(哥氏力)，目前存在的問題是(1)無法精確地區(qū)分固體質(zhì)量流量與氣體質(zhì)量流量。(2)傳感裝置過于精密，維護(hù)使用比較復(fù)雜。2.使用壓差方法的質(zhì)量流量計，即在管道上安裝一個擴(kuò)張管，通過測量直管和擴(kuò)張管上的壓力差，計算出固體質(zhì)量比和氣體流量率，從而計算出固體質(zhì)量流量率。采用這種方法測量，用于檢測氣固雙相流體的微差壓變送器不易解決，特別是用于高濃度的情況下。3.通過分別測量濃度和速度來求出流量，典型的方法是用靜電容度化測濃度，用互相關(guān)方法測速度，這種方法物料水分變化影響很大，物料在管壁上粘附致使儀表零點飄移。
本發(fā)明的目的是提出一種適用于工業(yè)在線應(yīng)用能直接測量出氣固雙相流體的固體粉料質(zhì)量流量率的方法和裝置。
本發(fā)明是采用流量噪聲為檢測信號，測量氣固雙相流體固體粉料質(zhì)量流量率。其基本原理如下氣固雙相流體在輸送管道中呈無規(guī)則的湍流狀態(tài)，局部空間內(nèi)的固體濃度中疊加有微小隨機(jī)波動，這種濃度的波動稱為流量噪聲。流量噪聲是氣固雙相流體在流動過程中必然發(fā)生的固有屬性，它產(chǎn)生于輸送氣體壓力的波動，固體下料的非均勻性，固體顆粒與管壁的碰撞與反射，固體顆粒之間碰撞等多種原因，直接提取的流量噪聲含有上述多種原因造成的濃度波動，是一種隨機(jī)信號，為保證噪聲信號的平穩(wěn)性，必須采取統(tǒng)計測量方法，提取流量噪聲中頻段較高的噪聲信號。這部分流量噪聲是由固體顆粒的碰撞與反射產(chǎn)生，與固體質(zhì)量流量率存在單直線性關(guān)系。
在輸送管道上安裝一個電容傳感器，氣固雙相流體通過傳感器構(gòu)成的電場空間，由于固體顆粒的存在改變了空間介電常數(shù)，使傳感器的電容量相應(yīng)于固體濃度產(chǎn)生變化，電容度化中所含的高頻微小隨機(jī)波動正比于流量噪聲，變送器將電容噪聲信號轉(zhuǎn)換成供二次儀表處理的電壓信號X(t)，通過大量的動態(tài)在線測量試驗證明當(dāng)傳感器變送器設(shè)計合理時，E 〔X2( t )〕= l i m1T∫0TX2( t ) d t α M ( t )]]>式中M(t)為固體質(zhì)量流量率，因此只要對變送器輸出信號進(jìn)行線性整流和積分平均，即可測量出固體質(zhì)量流量率。
電容傳感器它如圖2所示主要是由兩個半園型電極對拼構(gòu)成，傳感器必須能兼顧在煤粉導(dǎo)電時能正常工作，在煤粉絕緣時有足夠靈敏度，因此采用在半邊極片上加絕緣層的結(jié)構(gòu)方式，另一個極片接地。
對電特性穩(wěn)定的固體粉料(如煙煤、水泥、石灰、面粉……)根據(jù)該原理研制成的檢測裝置一經(jīng)標(biāo)定，即可使用。而對于無煙煤這種固體物料，其電特性往往隨每批煤的品種不同而改變，只要在上述檢測方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行在線修正，以適應(yīng)目前我國高爐噴吹無煙煤的特定對象。在線動態(tài)修正原理是采用時間重量計算出真實流量率，與在同一時間內(nèi)的測量值進(jìn)行比較，通過線性回歸統(tǒng)計方法，確定出測量標(biāo)定曲線的斜率A和截距B，然后加以修正，從而保證固體介質(zhì)的電特性發(fā)生變化時，達(dá)到所應(yīng)有的測量精度。
當(dāng)煤粉通過電容傳感器的空間電場時，傳感器的電容量發(fā)生變化，使振蕩器A的振蕩頻率f。也產(chǎn)生相應(yīng)的改變△f，經(jīng)調(diào)節(jié)器C將頻率變化轉(zhuǎn)換成電壓變化△V(t)，然后分為兩路，一路經(jīng)低通濾波器D，取出相應(yīng)于平均濃度引起的電壓信號△V(t)，與一個固定參考電壓Vs比較求差，然后經(jīng)比較放大器E進(jìn)行放大，產(chǎn)生出反饋控制電壓Ve加在變?nèi)荻O管上，(F為電壓電容轉(zhuǎn)換，主要由變?nèi)荻O管完成)使變?nèi)荻O管的等效電容量發(fā)生變化，由于變?nèi)荻O管也并加在振蕩器A的振蕩槽路中，因而補(bǔ)償了由于平均濃度引起的頻率變化，使振蕩頻率自動穩(wěn)定在中心頻率f0上。另一路信號△V(t)經(jīng)過高通濾波器G，取出微小的高頻流量噪聲△V(t)經(jīng)過高增益放大，最后將流量噪聲的電壓信號(Xt)送出。變送器由于采用調(diào)頻工作方式，因而靈敏度很高，抗干擾能力強(qiáng)，采用低頻負(fù)反饋閉環(huán)電路，使固體顆粒平均濃度引起的傳感器輸出，外界溫度、濕度、固體顆粒在管壁上的粘附以及電路本身的飄移等等影響，都可有效地加以去除，而對高頻的流量噪聲信號都不產(chǎn)生任何影響。
對X(t)信號進(jìn)行均方運(yùn)算，或者簡單地進(jìn)行線性整流和積分平均運(yùn)算，則可進(jìn)行流量測量。
X＝E 〔X2( t )〕或 〔｜X ( t ) ｜〕]]>M＝AX+B式中A、B是與固體物料堆比重，與固體物料電特性有關(guān)的測量系數(shù)，當(dāng)被測介質(zhì)固定時，A、B為常數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點實現(xiàn)單參數(shù)測量，測量過程極大簡化，造價低。適用于工業(yè)應(yīng)用尤其適用于高爐噴吹煤粉的單支管流量測量，維護(hù)簡單，不易損壞。
圖1 為實際真實流量與測量之間的標(biāo)定曲線圖2 為電容傳感器結(jié)構(gòu)圖圖3 為變送器的電路原理框圖圖4 為高爐噴煤粉系統(tǒng)示意圖。
圖5 為高爐噴煤粉單支管測量系統(tǒng)的示意框圖結(jié)合圖4和圖5描述本發(fā)明的一個實施例，A為儲煤料罐，B為測量料罐重量的電子稱壓力輸出信號B(t)，P1-Pn為n個噴煤支管，T1-Tn為相應(yīng)的各支管上安裝的傳感器和變送器，輸出信號為X1(t)……Xn(t)Z1-Zn為線性整流積分電路，C為多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，D為可控增益放大器，E為A/D轉(zhuǎn)換器，F(xiàn)為微型計算機(jī)，G為CRT，H為打印機(jī)，I為IEEE488接口J為192可編程數(shù)字電壓表。正常測量時，CRT集中顯示各支管的瞬時流量測量值和相應(yīng)標(biāo)高光柱，以及各支管累積流量和總累積流量，可隨時或定時打印測量結(jié)果。
當(dāng)計算機(jī)進(jìn)入標(biāo)定修正程序后，自動將缸壓升高到一個固定值，首先修正可控增益放大器D的增益，使A/D轉(zhuǎn)換器可工作在滿量程范圍內(nèi)，然后每隔固定時間間隔△T秒通過IEEE488接口從192取出罐重量差△Wi送給計算機(jī)，這個減少的重量△Wi即在△T時間內(nèi)幾個支管總共噴出的煤粉重量，故總的流量Mi(t)為Mi(t)＝ (△Wi)/(△T)與此同時，計算機(jī)將各支管檢測出的△T時間內(nèi)的總累積流量值Xi(t)算出
這時標(biāo)定數(shù)據(jù)Mi和Xi存入計算機(jī)內(nèi)存，隨著噴吹進(jìn)行，罐壓逐漸降低，流量相應(yīng)減少，當(dāng)計算機(jī)取回予定標(biāo)定數(shù)據(jù)，或收到操作人員的鍵盤命令，即轉(zhuǎn)入標(biāo)定數(shù)據(jù)的線性回歸處理，求出標(biāo)定常數(shù)A、B，然后對原標(biāo)定常數(shù)進(jìn)行修正，并自動轉(zhuǎn)回測量程序。
每次標(biāo)定修正時間不超過15分鐘，根據(jù)現(xiàn)場情況，每批煤可以噴幾天到十幾天，所以每標(biāo)定一次至少能保證使用一天以上。
權(quán)利要求
1.一種氣動輸送煤粉流量檢測方法是以流量噪聲為檢測信號，測量氣固雙相流體粉料質(zhì)量流量率。其特征在于a)實現(xiàn)單參數(shù)在線測量，不需要分別測量固體粉料在輸送管內(nèi)的濃度和速度，而直接在線測量固體質(zhì)量流量率。b)對某些電特性隨品種而變化的固體粉料電特性變化對測量產(chǎn)生影響的動態(tài)在線修正方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的檢測方法，其特征在于檢測氣固雙相流體在流動過程中產(chǎn)生的流量噪聲信號是采用電容原理。
3.一種測量高爐噴吹煤粉單支管流量的測量裝置，其特征是該裝置是由電容噪聲傳感器，調(diào)頻變送器，微型計算機(jī)系統(tǒng)專用接口電路和高精度192數(shù)字電壓表構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的裝置其特征在于電容噪聲傳感器采用雙半園對拚結(jié)構(gòu)，其中一個電極加屏蔽絕緣，另一極片通過管壁接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述裝置其特征是利用調(diào)頻原理將電容傳感器產(chǎn)生的微小電容變化信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，并加以選通負(fù)反饋電路，消除慢變化信號(包括平均固體濃度，固體粉料在管壁粘附引起的電容變化和外界溫度影響等)，提取平穩(wěn)隨機(jī)的流量噪聲信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述裝置與現(xiàn)場固體粉料罐電子秤相配合，由微型計算機(jī)測量系統(tǒng)自動控制完成的，經(jīng)過動態(tài)在線標(biāo)定和回歸計算，修正測量常數(shù)，以適應(yīng)不同電特性粉料流量測量。
專利摘要
一種用于氣動輸送煤粉流量的檢測方法及裝置，是以流量噪聲為檢測信號，直接測量出氣固雙相流體粉料質(zhì)量流量率。不需同時檢測出固體物料在輸送管道中的占空濃度和速度然后計算出流量。該方法適用于高爐噴吹煤粉的單支管流量在線測量，也適用于相類似的系統(tǒng)的氣固雙相流體的固體質(zhì)量流量的在線測量。
文檔編號G01F1/76GK86103084SQ86103084
公開日1988年1月27日 申請日期1986年5月14日
發(fā)明者郭小軍, 朱啟昌, 代殿珠, 成杏根 申請人:冶金部自動化研究所, 首都鋼鐵公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan