鍋爐煤粉顆粒參數(shù)的在線測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱工測量領(lǐng)域，具體涉及一種雙激光傳感器聯(lián)用的電廠鍋爐煤粉參數(shù) 在線測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 提高火力發(fā)電電廠鍋爐效率、降低污染物排放是國家實(shí)施節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的 關(guān)鍵問題之一。其中，電廠鍋爐的煤粉管道中的煤粉顆粒濃度、速度和粒度的實(shí)時(shí)在線測量 對于節(jié)能減排、優(yōu)化控制起到重要作用。但是，由于其作為氣固兩相流流動(dòng)狀況十分復(fù)雜， 給測量帶來了很多困難。
[0003]目前，常用的煤粉顆粒濃度、速度和粒度的在線測量方法有超聲法、圖像法等。
[0004] 但是，超聲法測量所需的物性參數(shù)隨工況變化較大；圖像法測量則對氣固兩相濃 度等有具體要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)中的某種或某些缺陷，提供了一種雙激光傳感器聯(lián)用的電廠 鍋爐煤粉參數(shù)在線測量裝置及方法，實(shí)現(xiàn)電廠鍋爐內(nèi)煤粉管道內(nèi)煤粉顆粒參數(shù)的實(shí)時(shí)在線 測量。
[0006] 本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種鍋爐煤粉顆粒參數(shù)的在線測量裝置，包括：
[0007] 光信號采集單元，用于采集由于煤粉顆粒流經(jīng)測量區(qū)域?qū)е碌墓庑盘枺庑盘柌?集單元包括兩路光源、探針和光電元件，光源用于發(fā)射光，以照射測量區(qū)域，兩路探針插入 鍋爐煤粉管道中，光電元件用于接收流經(jīng)測量區(qū)域的煤粉顆粒的光信號并且將光信號轉(zhuǎn)換 成電信號；以及
[0008] 數(shù)據(jù)處理單元，與光信號采集單元連接，用于對光信號采集單元所采集的信號進(jìn) 行處理，數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與分析處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于記錄并保存 光信號采集單元所采集的信號，數(shù)據(jù)處理單元對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所記錄并保存的信號進(jìn)行處 理，所處理的結(jié)果被保存于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，有效地提高了電廠鍋爐煤粉管道內(nèi)煤粉參數(shù)裝置的簡易度，同時(shí)提 高了可靠性和測量靈敏度。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光電元件布置在探針上，并且設(shè)置在探針的插入鍋爐 煤粉管道中的端部附近。光源布置在探針內(nèi)，并且設(shè)置在探針的與布置光電元件的端部相 對的端部附近。光源為激光器。這樣設(shè)置的測量裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊性并且能夠進(jìn)一步提高 測量的可靠性。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，測量區(qū)域?yàn)樵O(shè)置在探針上的凹槽，凹槽設(shè)置在光電元 件附件，并且從探針主體的外部沿徑向方向向內(nèi)凹陷，這樣能夠使得測量裝置結(jié)構(gòu)簡單并 且方便操作
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，利用保護(hù)材料對光電元件進(jìn)行密封保護(hù)，這樣能夠進(jìn) 一步提供測量裝置的可靠性并延長測量裝置的使用壽命。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩路探針在鍋爐煤粉管道內(nèi)沿煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)方向呈 上下游布置，并且分別與數(shù)據(jù)處理單元相連接。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種鍋爐煤粉顆粒參數(shù)的在線測量方法，該方法 利用以上所述的鍋爐煤粉顆粒參數(shù)的在線測量裝置來進(jìn)行測量，并且包括以下步驟：
[0015] 將光信號采集單元插入鍋爐煤粉管道內(nèi)；
[0016] 打開光源，使得光源照射到煤粉流過的測量區(qū)域；
[0017] 利用光電元件來接收流經(jīng)測量區(qū)域的煤粉顆粒的光信號并且將光信號轉(zhuǎn)換成電 信號；
[0018] 將所轉(zhuǎn)換的電信號的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0019] 將所采集的信號通過分析處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，得到顆粒參數(shù)，并將處理得到的顆 粒參數(shù)存儲于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠?qū)﹄姀S鍋爐煤粉顆粒的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，具有實(shí)施方 式簡單且靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的測量裝置的數(shù)據(jù)處理單元對光脈動(dòng)信號進(jìn)行 處理，并且根據(jù)比爾朗伯特定律：
[0022]
[0023] 能夠得到顆粒粒度與濃度，并將處理得到的顆粒粒度與濃度結(jié)構(gòu)存儲于分析處理 系統(tǒng)，其中，r稱為對數(shù)透射率，是透射光強(qiáng)it與入射光強(qiáng)Ic的對數(shù)比；L是測量光束在測 量區(qū)內(nèi)的光程；N是單位體積顆粒數(shù)濃度，當(dāng)光束面積為A時(shí)，該時(shí)刻激光照射顆粒數(shù)η= NAL;D是顆粒的平均粒徑；kext是消光系數(shù)，它是入射光波長λ、顆粒平均粒徑D和顆粒相 對折射率m的函數(shù)，可由米氏散射理論求得。據(jù)此，結(jié)合通過測量區(qū)域的顆粒數(shù)滿足泊松分 布，最終可以得到顆粒粒度與濃度。
[0024] 數(shù)據(jù)處理單元還能夠以兩路光脈動(dòng)信號作為互相關(guān)分析的隨機(jī)信號x(t)和 y(t)，開展兩信號的互相關(guān)函數(shù)分析：
[0025]
[0026] 其中T為積分平均時(shí)間，τ為時(shí)間變量，Rxy(T)在τ=τ。達(dá)到最大值，互相關(guān) 信號的渡越時(shí)間為％。從而能夠獲得顆粒平均速度ν:ν= (1/τ。，其中d為雙激光傳感 器之間的距離，并將處理得到的顆粒速度存儲于分析處理系統(tǒng)中。
[0027] 本發(fā)明提供了一種雙激光傳感器聯(lián)用的電廠鍋爐煤粉參數(shù)在線測量裝置及方法， 實(shí)現(xiàn)電廠鍋爐內(nèi)煤粉管道內(nèi)煤粉顆粒濃度、速度、粒度的實(shí)時(shí)在線測量，有效提高現(xiàn)有電廠 鍋爐煤粉管道內(nèi)煤粉參數(shù)裝置的簡易度，同時(shí)提高測量靈敏度。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的雙激光傳感器聯(lián)用的電廠鍋爐煤粉參數(shù)在線測量裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖；以及
[0029] 圖2是本發(fā)明的雙激光傳感器聯(lián)用的電廠鍋爐煤粉參數(shù)在線測量方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的雙激光傳感器聯(lián)用的電廠鍋爐煤粉參數(shù)在線 測量裝置的結(jié)構(gòu)。
[0031] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的實(shí)施例僅是對本發(fā)明的示例性說明，而非 用于對其做出任何限制。
[0032] 圖1為本發(fā)明的雙激光傳感器聯(lián)用的電廠鍋爐煤粉參數(shù)在線測量裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖，該測量裝置用于測量電廠鍋爐煤粉管道內(nèi)煤粉顆粒的粒度、濃度與速度。
[0033] 如圖1所示，雙激光傳感器聯(lián)用的電廠鍋爐煤粉參數(shù)在線測量裝置100包括光信 號采集單元1和數(shù)據(jù)處理單元2,光信號采集單元1通過電纜線15與數(shù)據(jù)處理單元2連接。
[0034] 光信號采集單元1插入電廠鍋爐煤粉管道10中，用于采集由于煤粉顆粒流經(jīng)該光 信號采集單元1的測量區(qū)域所導(dǎo)致的光（脈動(dòng)）信號。
[0035] 數(shù)據(jù)處理單元2對光信號采集單元1的所采集的信號進(jìn)行處理，以得到顆粒粒度、 濃度與速度等顆粒參數(shù)，并且記錄并保存光信號采集單元1的光（強(qiáng)）信號以及數(shù)據(jù)處理 結(jié)果。
[0036] 光信號采集單元1包括兩路探針12,兩路探針12插入電廠鍋爐煤粉管道10中， 并且在煤粉顆粒運(yùn)動(dòng)的方向上以上下游的方式布置于電廠鍋爐煤粉管道10中。光信號采 集單元1還包括布置在探針12內(nèi)的作為光源的激光器11以及布置上探針12上的光電元 件14。光電元件14布置在探針12上，并且設(shè)置在探針12的插入鍋爐煤粉管道10中的端 部附近。激光器11布置在探針12內(nèi)，并且設(shè)置在探針12的與布置光電元件14的端部相 對的端部附近，激光器11發(fā)射激光并且用于照射到測量區(qū)域13。測量區(qū)域13位于探針12 上，煤粉顆?？梢粤鹘?jīng)該測量區(qū)域13,測量區(qū)域13可以為位于探針12上的凹槽，