一种测量气力输送管道中固相浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量气力输送管道中固相浓度的方法，包括如下步骤：S1、在测量管段内安装发射天线和接收天线；S2、通过发射天线，微波在测量管段构成的圆波导内传播，微波信号受到气固两相流动介质散射能量的物理调制后，携带散射能量信息的微波信号经接收天线接收，经检波器得到散射能量的功率信号；S3、根据所述功率信号计算气固两相流中固相的浓度。本发明专利技术可以精确的得到工艺过程的固相浓度参数，有利于工业生产的自动控制，提高工业过程的经济性、安全性。可以推广应用于其他气固两相流动，固相浓度的测量。

A Method for Measuring Solid Concentration in Pneumatic Pipeline

The invention discloses a method for measuring solid phase concentration in pneumatic conveying pipeline, which includes the following steps: S1, installation of transmitting antenna and receiving antenna in measuring pipeline section; S2, transmission of microwave in circular waveguide formed by measuring pipeline section through transmitting antenna; microwave signal is physically modulated by scattering energy of gas-solid two-phase flow medium, and microwave signal carrying scattering energy information passes through. The receiving antenna receives the power signal of scattering energy from the geophone, and S3 calculates the concentration of solid phase in gas-solid two-phase flow according to the power signal. The invention can accurately obtain the solid phase concentration parameters of the process, is beneficial to the automatic control of industrial production, and improves the economy and safety of the industrial process. It can be applied to other gas-solid two-phase flow and solid concentration measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种测量气力输送管道中固相浓度的方法
本专利技术涉及固相浓度检测领域，具体涉及一种测量气力输送管道中固相浓度的方法。
技术介绍
气力输送广泛用于工业生产现场，特别是在火力发电厂内，煤粉通过一次风管道进入炉膛进行燃烧，由于管道布局、结构的差异，导致不同的管道中的煤粉浓度差异很大，给燃烧调整带来不便，使得燃烧的经济性变差，影响燃烧的效率和污染物的排放，甚至严重威胁到生产安全。一次风管道中固相浓度的精确检测非常重要，然而由于电力生产负荷的多变性以及两相流动的复杂性，目前尚无成熟、可靠的检测技术。微波技术应用于气固两相流固相浓度的检测已经成为研究热点。微波检测系统中，预定频率的微波在测量管道传播，由于受到气固两相中固相的作用，微波信号会衰减和频移，微波的衰减和频移是混合物复介电常数的函数，而混合物复介电常数又是混合物的组分的函数，从而通过检测微波信号的衰减和频移可以得到气固两相中固相的浓度。然而实际应用中，较小的浓度变化和毫秒级的响应时间，造成的复介电常数的变化非常小，其影响的衰减和频移也是非常小的，导致检测系统的灵敏度和实时性变差。基于微波的煤粉浓度检测方法目前，基于微波的煤粉浓度检测方法主要有：（1）自由空间衰减法：CN200710025018.7，电站锅炉煤粉浓度的微波测量系统，公布了一种方法：沿煤粉流动方向按一定角度对应倾斜布置微波发生器和微波接收器。微波在测量管内因为煤粉的存在而发生衰减。通过测量其衰减值即可反应煤粉的浓度。这种方法主要无法避免金属管壁对微波反射带来的影响，精度很低。（2）自由空间反射法（法国EDITFLOW，德国MUTEC）：传感器向金属输料管道内固体颗粒发射低能量微波信号，通过微波的反射能量来测量物料的密度。这种方法只适合于浓相流动且管径≤200mm的情况，主要适用于煤化企业。电厂一次风管道一般600mm左右且稀相(一般混合物浓度<0.5kg/kg)，实际中无法保证精度。（3）波导法：CN201510745882.9，煤粉浓度微波测量参数的整定方法，公布了一种方法：把一次风管作为波导，通过微波传输参数的变化检测两相流介电特性的变化，进而得到煤粉浓度。这种方法因为测量管道上、下游煤粉粒子的散射和反射以及煤质、水分变化带来的测量误差，精度略低，约为10-15%左右，达不到5%的规程要求。（4）谐振腔法：其基本原理是当被测介质放入谐振腔时，谐振频率和品质因素发生变化，从而建立了介质密度和介电特性与谐振频率和品质因素的关系。在谐振腔中，电磁波只存在全反射的情况，其他干扰极少，传输损耗也非常小，应用现场环境下容易实现密度和介电特性的高精度测量，明显优于现有的所有检测方法,但实际应用中谐振腔的构建困难、实现成本很高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种测量气力输送管道中固相浓度的方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种测量气力输送管道中固相浓度的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、在测量管段内安装发射天线和接收天线；S2、通过发射天线，微波在测量管段构成的圆波导内传播，微波信号受到气固两相流动介质散射能量的物理调制后，携带散射能量信息的微波信号经接收天线接收，经检波器得到散射能量的功率信号；S3、根据所述功率信号计算气固两相流中固相的浓度：S31、计算检波后采集数据的平均值：(1)式中，x为接收探头的接收信号经检波后的数据采集值S32、将原始采集数据减去平均值：(2)S33、功率计算：(3)式中，x’(n)为原始采集数据减去均值后的数据，x’zcount、x’fcount分别为序列x’(n)中的正数数据个数和负数数据个数，k为一个与具体接收电路相应的系数；S34、浓度计算：通过理论论证和实验，获得了散射信号功率值与浓度的关系数据，将获得数据进行拟合得到如下拟合公式：y=-5.328x3+18.457x2+6.8715x+1E-12；R2=1;其中,X为功率值，单位dBm（分贝毫瓦），1E-12是十的负十二次方的意思（科学计数），y为浓度乘以100，单位是kg/kg;将上式中的power值乘以标定系数k1(与管径相关)，k2(与探头间距相关)，得到powervalue，然后将powervalue值代入散射信号功率值与浓度的关系式可以得到气固两相流中固相的浓度。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术更适合于稀相气固两相流的固相浓度测量，并保证精度。在稀相环境下，调制于基波上的信号以散射能量为主，直接与固相粒子的数目（也即固相浓度）存在确定的关系式。相比于自由空间衰减法，杜绝了管壁反射带来的强烈干扰；而波导衰减法对煤质和水份过于敏感，也带来了相当大的测量误差。相比于谐振腔法，本专利技术的安装更加简单实用，现场实施比较容易，实现成本相对较低。本专利技术可以精确的得到工艺过程的固相浓度参数，有利于工业生产的自动控制，提高工业过程的经济性、安全性。可以推广应用于其他气固两相流动，固相浓度的测量。附图说明图1为本专利技术实施例中发射天线和接收天线的安装示意图。图2为本专利技术的工作原理示意图。图3为本专利技术实施例中步骤S3的流程图。图4为本专利技术实施例中散射信号功率值与浓度的关系曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。火电厂一次风管道中的风粉混合物浓度<0.5kg/kg，煤粉颗粒粒径介于90~200um，属于典型的稀相流动。微波信号在测量管段构成的圆波导内传播，由于风粉混合物的存在，微波遇到悬浮在气流中的煤粉粒子时，会发生散射现象，入射的微波使煤粉粒子极化，做强迫的多极振荡发出散射波。粒子散射能力与入射微波频率、粒子的大小、形状以及粒子的电学特性相关。当入射频率确定后，粒子的散射情况主要取决于粒子的直径和入射频率（波长）的相对大小，可以分为瑞利散射（d<<λ）和米散射（d≈λ）。根据波导理论，波导管存在一个截止频率，所以本专利技术以略高于被测量传播介质截止频率的微波，通过在测量管段1内安装发射天线2和接收天线3（如图1所示），使得微波在测量管段构成的圆波导内传播，微波信号受到气固两相流动介质散射能量的物理调制，从而使得接收天线检测到的微波信号中含有固相浓度的信息，上述含有固相浓度的信息的微波信号经检波器检波得到表征固相浓度的功率信号。根据该功率信号即可获取到气固两相流中固相的浓度，具体的，如图3所示，包括如下步骤：S31、计算检波后采集数据的平均值：(1)式中，x为接收探头的接收信号经检波后的数据采集值S32、将原始采集数据减去平均值：(2)S33、功率计算：(3)式中，x’(n)为原始采集数据减去均值后的数据，x’zcount、x’fcount分别为序列x’(n)中的正数数据个数和负数数据个数，k为一个与具体接收电路相应的系数；S34、浓度计算：通过理论论证和实验，获得了散射信号功率值与浓度的关系数据，如图4所示，将获得数据进行拟合得到如下拟合公式：y=-5.328x3+18.457x2+6.8715x+1E-12；R2=1;其中,X为功率值，单位dBm（分贝毫瓦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量气力输送管道中固相浓度的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、在测量管段内安装发射天线和接收天线；S2、通过发射天线，微波在测量管段构成的圆波导内传播，微波信号受到气固两相流动介质散射能量的物理调制后，携带散射能量信息的微波信号经接收天线接收，经检波器得到散射能量的功率信号；S3、根据所述功率信号计算气固两相流中固相的浓度。

【技术特征摘要】
1.一种测量气力输送管道中固相浓度的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、在测量管段内安装发射天线和接收天线；S2、通过发射天线，微波在测量管段构成的圆波导内传播，微波信号受到气固两相流动介质散射能量的物理调制后，携带散射能量信息的微波信号经接收天线接收，经检波器得到散射能量的功率信号；S3、根据所述功率信号计算气固两相流中固相的浓度。2.如权利要求1所述的一种测量气力输送管道中固相浓度的方法，其特征在于：所述步骤S3包括如下步骤：S31、计算检波后采集数据的平均值：(1)式中，x为接收探头的接收信号经检波后的数据采集值S32、将原始采集数据减去平均值：(2)S33、功率计算：(3)式中，x’(n)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立军，邱立科，倪庆生，夏云阳，奚琛，徐新伟，
申请(专利权)人：东北电力大学，吉林市瑞德电力技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22