用于确定在两相流的气相中固态和/或液态物质的含量的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定在带有气体载体的两相流中所含的固体或／和液体物质的量的方法。本发明专利技术的优选应用领域是燃煤发电厂的燃烧管线中气动传送的煤尘量的确定和拧绳的检测。根据本发明专利技术，两相流装载有固体和／或液体颗粒，其含量根据确定电磁波的传播的极限频率之下的衰减曲线近似线性区域的频率偏移来确定。此线性区域类似于阶梯函数，其形状大体上稳定，但是随着颗粒负载的增加，其大大地朝向低频偏移。根据本发明专利技术，频率的偏移是通过交变电场和由其计算的负载检测的。任何拧绳的出现都可以通过确定在激励交变电场在不同方位的负载来检测。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定在带有气体载体介质的两相流的气相中固态和/或液态物质的含量的方法。本专利技术的最合适的应用是确定在烧煤锅炉的煤管线中气动传输的粉化的煤的含量。在带有气体载体介质的两相流中颗粒非常小的固态或液态物质的运输发生在涡流中是通过使固态和/或液态物质获得足够的运输速度以及足够的质量流率来实现的。特别是精细的固态颗粒的运输通常会导致一种被称作“拧绳(roping)”现象，此时，在运输管截面上的某些区域会出现固态物质的高度集中。粉化的物质的高集中区域或拧绳可能静止处于截面面积的相同位置，并且在该位置长时间十分稳定。有些可能在截面面积内快速改变其位置以及它们的几何形状和/或密度(也就是，在拧绳内固态物质的比浓度)。在管线的每个分支点(也就是管线从一个管分成几个支管的地方)，由于“拧绳”现象的原因，在离开管中的固态质量流的分布变化十分明显。因此，由于在进料管中会出现“拧绳”现象，不能将物料均匀地分布到各个离开管中，所以，从进料管分出的各个管中固态物质的质量流率可能不同。所以，给确定气动运输物质的含量，特别是多分支的配管工作带来很大的困难。多种测量方法，如等动能线多点取样法，不能传递非常准确的测量数据，因为它们不能用统计有效的方法来覆盖截面面积内的拧绳。另外，这些测量花费时间长，因此，只能在数小时以后才能得到有效值。所以，这些测量方法不能用在闭环系统中。为了控制发送工艺并平衡在管线中发送的固态物质的量，需要一种快速在线测量系统。很长一段时间以来，人们一直尝试着使用微波测量系统来进行测量。为此，在某一位置上将一定频率的微波连接到管线上，并在管线的上游或下游测量微波的振幅以及相位。这种测量原理的物理背景是载体气体中固态物质的集中或载体气体中液态物质的集中导致管线被测量部位的综合介电常数的变化和微波会影响随介电常数的变化而产生的衰减和相位偏移。在专利EP0717269，EP0669522或US5177334中介绍了根据这种物理原理的一种测量方法。这种方法的敏感度和这些气动输送系统中的微波使用仍不够，特别是在各个管中运输的物质量相差很大时和在每个管线的截面上的拧绳分布很不均匀时，会导致在截面面积的任何具体点上固态或液态物质的局部浓度明显不同。在电厂里烧煤的锅炉中对粉化的煤的测量，需要1克固体每立方米气体载体的分辨率。这种煤的低浓度仅会导致复合介电常数的非常小的变化，因此，对衰减和微波的相位偏移的影响很小。利用微波来测量质量流率时，由于微波的反射会带来另外的许多问题。特别是在低密度时，微波在管(它表现为类似一个波导)内的衰减小，因此，波在前进过程中几乎没有衰减，所以它能传递一很长的距离，从而导致在管线直径的截面的每个变化处(如管线的分支)微波反射后往回传递，导致管中一直有波存在。这样会导致管中有共振，从而影响测量结果，破坏测量效果。这种微波测量方法的其它缺点在于需要对管子进行根本的物理变化。通常需要在输煤管线中准备一段具有很高几何精度并配备有发送和接收天线的管子。这种特殊的管子必须插在现有的管线中。另外，插入斜的连接器作为输送和接收天线也很困难并且很昂贵。本专利技术的一个目的是提供一种用于确定在带有气体载体介质的两相流的气相中固态和/或液态物质的含量的方法，它可以用于低密度和煤的密度变化很小的场合，同时，它不需要对现有配管工作进行大的修改。所以，任务是开发一种方法，它可以提供1克每立方米的气体载体的最小分辩率，同时，对管线的测量通道的几何形状没有很严格的规定。根据本专利技术，通过权利要求1可以实现该目的，下面的权利要求书介绍了本专利技术的优选使用场合。本专利技术利用在波传导截止频率之下沿恒定波导通道的交变电场的频率和衰减之间的已知物量关系，其中，衰减从低频率高衰减到高频率低衰减线性减小。在截止频率之下高衰减和低衰减之间的过渡段具有固定的形状，即使在固态或液态物质相对高浓度时，它也不会由于向发送气体中加入固态或液态物质后引起介电常数的变化而产生明显的变化。然而，一旦固态或液态物质加到测量通道中时，曲线的过渡部分会偏移到低频率，频率的偏移量可以用作对载体气体中固体或液体密度的测量。本专利技术的一个目的是通过一发送天线连接一交变电场，并确定沿固定测量通道下游或上游这种交变电场的强度，因此，首先要用空管来进行记录，然后确定频率偏移量，从而用质量载荷和介电常数以及频率偏移之间的关系计算载体气体中固态或液态物质的量，为此，需要确定由与低频率相关的高衰减和与高频率相关的低衰减限制的过渡曲线的线性部分。使用能限制噪音率的真实接收器可以在过渡曲线上找到拐点，它可以通过曲线的差别来确定。在这个曲线的近似线性部分上，频率的任何变化都会导致衰减的变化。因此，对过渡曲线的线性部分上的测量点和测量范围的测量精度可以很高。本专利技术有多种应用途径，一种是用于当管线是空的时，用过渡曲线的直线部分内的相应频率来确定特征衰减值。为了确定管线中物质的量，频率可以从一个低的开始频逐渐升高直至测定的衰减值达到为空管而确定的参考值。开始频率可以选择得较小一点或等于最低频率，在具体的应用场合下过渡曲线的直线部分可以偏移到最低频率。开始频率可以通过从过渡曲线的近似线性部分的较低频率中减去在密度最大时可能发生的最大的Δf。这种频率偏移可以通过下式来计算Δf=f0(1-1/μrϵr)]]>其中，f0是空管线的参考频率，μr是相对渗透性，εr是气体载体介质和固态和/或液态物质的混合物的相对介电常数。空管特征衰减值和装载管特征衰减值的频率差值就是对管线中固态或液态物质密度的测量。可以理解，对于最大敏感度，最好选择过渡曲线的最陡部分的参考点，也就是，过渡曲线的近似线性部分，其中的反射点是曲线的一个好点。为了加快测量的运算，最好选择一固定的步宽，增加每步的频率，从而计算每步之间的衰减点，直至发现参考点。如上所述，空管的参考衰减点和装载管的参考衰减点之间的频率差值是对管中固态或液态物质的浓度的测量。当然，也可以用曲线的近似线性部分中的两单个测量点来描述参考点，用在装载管状态下测量的另一特征衰减值来计算装载管的Δf。上述测量方法的一个重要优点在于它对测量管线的几何约束(如管子的圆度及其形状精度)要求不严。该测量可以在根据DIN误差制造的钢管中进行。即使在这些标准管中，测量方法的敏感度也非常好，并高于1克每立方米载体气体。本方法的另一优点是交变电场的激励是通过很短的失配天线来进行的。这同样也适合于接收天线。这样，由于磨损而造成的天线长度和形状的任何变化都不会影响测量，也不需要因为腐蚀而更换天线。另外，这些短天线还可以用于没有任何大机械修改的管线中。本专利技术的方法在用于包含固态或液态物质的拧绳的两相流时优点特别明显。为了测量这些拧绳，必须用两套天线(它们的方位偏移90度)，根据上述频率来测量过渡曲线及其近似线性部分的变化。一种可能的方法是间断地测量0度和90度，根据上述方法确定每套天线(轴对齐)上频率的偏移。根据测量方向(0度或90度)，可能的拧绳将会导致频率偏移量的差别。通过平均这些结果，总的测量浓度将会反应在管线的整个截面面积上的固态物质的平均浓度。本专利技术可能用来确定几何位置以及在管线截面面积内拧绳的密度。为此这两个交变电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量气体载体介质中固态和／或液态物质含量的方法，采用步骤：在两相流内激励一电信号；在流动方向的上或下游位置接收电信号；与激励源位置处的信号相比较从而确定电信号的变化，并通过电信号的改变以及不用载体介质或在载体介质中用预定量的固态和／或液态物质的校准测量来确定两相流中包含的固态和／或液态物质的量，这种方法包括以下步骤： Ａ．使用电信号，其为一交变电场，不能作为电磁波在测量通道中传波； Ｂ．确定测量通道的参数，通道中没有或者有一定量的固态和／或液态物质，通过记录沿测量通道的交变电场的衰减随频率的变化，并通过确定在低阈频率下的高衰减阈值和高阈频率下的低衰减阈值之间的衰减过渡曲线的最陡部分内的近似线性部分，最后将曲线的这个部分作为参考部分存储起来。 Ｃ．用合适的测量算法来测量过渡曲线的近似线性部分的频率偏移，从而确定管线内固态或液态物质的含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯G康拉德斯，沃尔克哈德克罗普施，
申请(专利权)人：普罗梅康过程和测量技术康拉德斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]