一种基于静电法的一次风在线浓度测量算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于静电法的一次风在线煤粉浓度测量算法，首先对采集到的静电信号进行电荷电压转换，然后滤波、放大。信号处理后使用互相关算法得到相关系数最大时，两个静电探针之间的时间差，两个静电棒之间的距离固定，由此得到一次风的速度；静电信号有效值

An on-line concentration measurement algorithm of primary air based on electrostatic method

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电法的一次风在线浓度测量算法
本专利技术属于工业测量领域，具体说是一种基于静电法的一次风在线浓度测量算法。
技术介绍
当前国内外燃煤电厂一次风浓度测量主要使用超声、微波、静电等方法，有许多厂商推出基于上述三种原理的了一次风浓度测量产品，但在现场应用后发现，这些产品容易被环境影响，都存在测量不准、探头易被煤粉污染、测量稳定性不好等问题。采用本专利技术算法，在使用静电传感器的情况下，可以明显提高浓度测量精度，稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于静电法的一次风在线浓度测量算法，以便在线进行一次风浓度测量，得到煤粉相对浓度，进而可以指导燃烧优化系统进行调节、优化，使锅炉燃烧效果最优，降低煤耗，节能减排。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种基于静电法的一次风在线浓度测量算法，其特征在于：安装在燃煤电厂一次风管道上的静电传感器有上下游两个探针，分别采集两路电荷信号，通过转换电路，将煤粉携带的电荷信号转换为电压信号，然后滤波、放大，送入运算单元进行运算。通过理论分析和实验验证，静电信号有效值不仅与煤粉浓度c有关，而且与煤粉速度v有关。静电信号有效值是与煤粉浓度c和煤粉速度都有关的一个函数，可表示为：式1式1中，有效值由和两部分组成，表示煤粉速度不变，煤粉浓度变化时，静电信号有效值；表示煤粉浓度不变，煤粉速度变化时，静电信号有效值。为了方便处理，先考虑一次风浓度不变的情况下，一次风速度与有效值的关系，通过实验取得多组静电信号有效值与煤粉速度测试数据，通过多组实验数据拟合测到的静电信号有效值与一次风速度符合高斯曲线，如下：式2式中，为保持煤粉浓度不变的情况下，静电传感器有效值，为煤粉速度，p1、p2、p3是影响静电信号有效值的三个参数，可通过三次以上测量实验进行一次标定，测量环境允许的情况下可多次标定取均值，通常这三个参数会随着测量环境变化而产生较大改变。当煤粉速度不变，煤粉浓度与有效值的关系，通过多组实验数据拟合，符合一元二次多项式，可以表示为：式3式中，为保持煤粉速度不变的情况下，静电传感器有效值，c为煤粉浓度，k1、k2、k3是影响静电信号有效值测量的三个参数，可通过三次以上测量实验进行一次标定，测量环境允许的情况下可多次标定取均值。式1中，静电信号有效值和煤粉速度v是可以通过采集信号计算得到的值，那么由式1可得关于煤粉浓度的一元二次多项式：式4式4中和v是可以通过计算得到的，k1、k2、k3、p1、p2、p3为实验标定得到的常数，那么可以计算得到，令，因此一次风浓度计算可转换为求解一元二次多项式，求解可得一次风浓度为：式5式1中静电信号有效值是通过如下方法得到的：使用静电传感器上、下游探针采集信号分别为、，上、下游静电探针有效值分别是：和式6一台静电传感器有两个静电探针，我们使用上下游两个静电棒信号的平均值来表示总体静电信号有效值，如下式所示：式7式7中，、分别为上、下游棒状静电传感器电压信号的有效值。式1中煤粉速度v是通过如下方法得到的：静电传感器有两根静电探针，分别为上游探针和下游探针，分别采集上下游两路信号，上下游信号的时间差为、上下游探针的距离为L，那么煤粉速度：式8式8中上下游信号时间差通过如下方法得到：先使用式9计算上下游信号之间的互相关系数，然后将下游信号移位，再与上游信号一起计算互相关系数，再次移位，再次计算互相关系数，重复上述步骤，一直到。式9式9中，和分别为上、下游静电探针采集到的实时信号值，每次运算需要采集n组值，和分别为上、下游静电传感器采集到n组信号的平均值。从上述计算得到的、、、……、中选出最大的互相关系数，最大互相关系数对应的上下游信号时间差即为。式5计算的是一台磨煤机上某一根一次风管道中煤粉浓度值，发电厂磨煤机上一般有多根一次风管道，可以使用式10计算一台磨煤机上某一根一次风管道相对煤粉浓度(与其他管道的相对比值)，为燃烧优化提供调控参数。式10其中，j为1~4。为一台磨煤机中4根一次风管中某一根管道相对煤粉浓度值。对于一台磨煤机有6根一次风管道或其他数量管道的系统，同样适用。本专利技术用于火力发电厂一次风管道上测量煤粉和空气混合物的浓度，利用一次风流动时，煤粉颗粒与管道碰撞会产生静电，使用安装在一次风管道上静电传感器的两个探针对煤粉颗粒产生的静电信号进行采集。本专利技术主要用于燃煤电厂一次风管道上在线测量一次风浓度，测量精度高，测量结果准确、可靠、稳定。可以解决燃煤电厂一次风不平衡导致的锅炉火焰偏移、水冷壁结焦、甚至爆管等问题，测量结果可用于指导燃烧优化，进一步保证运行安全、降低煤耗。附图说明图1为燃煤电厂燃料处理、运输示意图；图2为静电传感器示意图；图3为浓度不变时，速度与有效值关系曲线图；图4为速度不变时，浓度与有效值关系曲线图；图5为速度、浓度都变化时，速度、浓度与有效值的关系。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明。图1为燃煤电厂燃料处理、运输示意图，由图可知燃煤煤块通过给煤机送入到磨煤机中，磨煤机将煤块磨成um级别的粉末，通过热风从下向上吹出，通过分离器分配到多根一次风管道中，粉末状燃煤通过一次风管风力运输到燃烧器，进行燃烧发电。为了保证锅炉火焰中心不偏移，燃烧效率高，需要测量一台磨煤机多根一次风管中速度、浓度是否一致，因此在一次风管道上安装静电传感器用于测量一次风速度、浓度。图2为静电传感器结构示意图，静电传感器由2根静电探针1、2个绝缘陶瓷套2、安装基座3、连接法兰4、连接线5以及测量单元6组成。静电探针用来采集一次风煤粉携带的电荷，绝缘陶瓷套保证静电棒采集的电荷不泄露，通过连接线将采集的电荷传递到测量单元进行下一步处理。静电传感器的壳体必须使用金属材料，通过连接法兰安装到基座上，与金属一次风管道良好接触，可以起到屏蔽作用，形成屏蔽层7，保护采集到的微弱的电荷信号不受干扰。因为一次风管道中煤粉的冲蚀作用，因此静电探针必须选用耐冲蚀材料制作，至少保证2-4年的寿命。图3为每次实验时浓度不变，横轴为煤粉速度，纵轴为静电信号有效值，共进行8次不同浓度下，煤粉速度与静电信号有效值的实验，记录实验数据，拟合得到的曲线图。从下向上8条曲线的浓度分别是：0.132kg/m3、0.263kg/m3、0.395kg/m3、0.526kg/m3、0.658kg/m3、0.789kg/m3、0.921kg/m3、1.053kg/m3，拟合得到如下公式：其中，为煤粉浓度不变时静电信号有效值；v为煤粉速度，通过静电互相关法测量得到；p1、p2、p3为三个参数，可以通过测量速度，取样煤粉得到浓度的方式标定。图4为每次试验时速度不变，横轴为煤粉浓度，纵轴为静电信号有效值，共进行11次不同速度下，煤粉浓度与静电信号有效值的实验，记录实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静电法的一次风在线浓度测量算法，其特征在于：利用安装在一次风管道上的静电传感器的上下游探针采集煤粉携带的电荷信号，电荷信号通过连接线传送至测量单元，获得煤粉速度v和静电信号有效值

【技术特征摘要】
1.一种基于静电法的一次风在线浓度测量算法，其特征在于：利用安装在一次风管道上的静电传感器的上下游探针采集煤粉携带的电荷信号，电荷信号通过连接线传送至测量单元，获得煤粉速度v和静电信号有效值；煤粉浓度c与静电信号有效值、煤粉速度v之间的关系式为：

式中：k1、k2、k3、p1、p2、p3为常数；令，因此一次风浓度计算转换为求解一元二次多项式，求解可得一次风浓度c：

。


2.根据权利要求1所述的基于静电法的一次风在线浓度测量算法，其特征在于：所述常数p1、p2、p3，是在一次风管道浓度不变的情况下，通过实验取得若干组一次风速度v和静电信号有效值，并拟合测到的静电信号有效值与一次风速度v符合高斯曲线，获得的该三个常数。


3.根据权利要求1所述的基于静电法的一次风在线浓度测量算法，其特征在于：所述常数k1、k2、k3，是在一次风管煤粉速度不变情况下，通过实验取得若干组一次风浓度c和静电信号有效值测试数据，并拟合得到煤粉浓度c与静电信号有效值符合一元二次多项式，获得的该三个常数。


4.根据权利要求1所述的基于静电法的一次风在线浓度测量算法，其特征在于：所述静电传感器设有两根静电探针，分别设置于一次风管上下游，上游静电探针采集信号为，下游静电探针采集信号为，那么上游静电探针上的静电信...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟成全，沈德明，黄皎，刘春国，
申请(专利权)人：南京科远智慧科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32