专利名称：一种管道煤粉流量的检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于燃煤锅炉中输煤管道内煤粉流量的检测方法及装置的改进，涉及光电技术领域。
广泛应用于火力发电厂的大型燃煤锅炉，是依靠风力由管道将煤粉送入炉内，以一定的速度使煤粉喷射在炉膛内燃烧，要使炉内达到最佳燃烧状态，则通过风煤比的控制来实现。现有技术是根据炉内温度、手动控制风力大小和煤粉输入量使炉内达到最佳燃烧状态；在相对稳定的条件下，这种模式被人编制成相应程序，并实现了状态显示。由于这种锅炉很大，且有多组喷嘴，其测出的温度为炉膛综合温度，在单个喷嘴的不正常或整组喷嘴不处于最佳燃烧状态，用所测温度很难分辩，这样就考虑不到炉内燃烧状态的改变，而不断地向内输入煤粉；另外由于风力、煤粉湿度和品质的随机变化、所以很难实现炉内的最佳燃烧；并且煤粉的过量输入，引起不完全燃烧，不仅造成浪费，更重要的是炉内煤粉的堆积能引起压力的升高，有爆炸的危险；而煤粉输入的不足，也造成生产浪费并降低了发电效率。本发明人据此提出一种燃煤锅炉燃烧工况的检测方法，依据其检测结果来调整风煤比的大小就能实现炉内的最佳燃烧，由此需要得知管道煤粉的流量和流速，进而控制喷煤量。
本发明的目的就是提供一种管道煤粉流量的检测方法，把煤粉流量的大小数字化，为喷煤量的控制提供依据，并设计出使该方法得以实施的检测装置。
本发明技术方案的实现是按以下要求完成的。管道煤粉流量的检测方法为在输煤管道上设置有光纤压力传感器与管道内腔相通，管道内压力和流速的变化通过传感器转变为电信号，再经运算电路处理就可以得到管道内压力、流速和煤粉密度(ρ)的相对值；所述的运算电路为ρ=2(C-P)K/V2运算电路，式中C为常数，在ρ为0时使C-P，K为修正系数，K取值在-1/2～-1/3范围内；其中压力P和流速V则由传感器输出的电信号经电路处理后得到。从管道输煤的过程中可以看出，在管道内加风风力稳定后，尚未加入煤粉前，调整常数C等于管壁压力P，使电路中煤粉密度ρ等于零，此时管壁压力P最小，而流速V最大；随着煤粉的加入，压力P增大，而流速降低，在煤粉加入量达最大时，管壁压力为最大，流速为最小；所以压力P与流速V成线性反比关系。流速V可通过压力P经电路处理后得到，也可由传感器采集与压力P成反比关系的信号得到。
本发明的特征还在于，实现上述检测方法的检测装置是由光纤压力传感器和运算电路构成，其中压力传感器的结构为在传感器内固定有一弹性膜片把腔体分为内腔和外腔，外腔与输煤管道相通，管道内压力和流速的变化能引起弹性膜片的凸凹变化，把弹性膜片的内腔面设置为光反射面，这样在传感器内腔固定设置的光纤传感头则能通过所接收反射光强度的变化来确定管道内压力的变化，即把接收的光信号通过光电转换器转换为电信号，再经运算电路处理就可得到压力、流速和煤粉密度的相对值。光纤传感头由发光光纤和接收光纤构成，且发光光纤与接收光纤不在同一光轴上，包括反射光轴；根据光三角法原理，随着接收反射光的距离由近至远，所接收反射光强度的变化为逐渐增强到最强，再逐渐减弱；所以本发明把接收光纤分为两组设置，一组设置在反射光最强的距离以内，使接收的光强随距离的缩短而逐渐减弱，另一组设置在反射光最强的距离以外，使接收的光强随距离的缩短而逐渐增强；这样传感器就可以得到两个互成反比的信号，把一个设定为压力信号，另一个则为流速信号。
本发明的特征还在于，若传感器采集得到的是单信号，可采用微处理器将其处理并校正成为互成反比关系的两个信号，再经运算电路进行运算；若传感器采集得到的是两个信号，可直接用运算电路进行运算。本发明所述的ρ=2(C-P)K/V2运算电路的结构为，压力P信号经过运算放大器后分二路，一路输出，另一路经2(C-P)处理电路得到2(C-P)信号输至乘法器；流速信号经过运算放大器成为1/V2信号分二路，一路再经一运算器成为V信号输出，另一路经K/V2处理电路得到K/V2信号输至乘法器内，在乘法器内2(C-P)与K/V2相乘得到p信号输出。其中2(C-P)和K/V2二个处理电路可以选择集成块，也可以选择分离元件构成的处理电路。
由上述可以看出，按照本发明所设计的检测方法和装置，可以完成对管道煤粉流量的测定，得到管道压力、流速和煤粉密度等参数，实现本发明的目的，从而为锅炉燃烧工况的检测和控制提供依据，使锅炉达到最佳燃烧状态，提高生产效率、节约生产用煤、保证安全运行。
附
图1为本发明所设计光纤压力传感器一种实例的结构示意图，附图2为本发明所设计ρ=2(C-P)K/V2运算电路一种实例的结构原理图，附图3为光三角法原理中接收光强度(I)与接收光距离(H)的关系曲线图，附图4为本发明光纤压力传感器中传感头一种实例的结构示意图，附图5为图4的端面视图。图中1为传感头，2为弹性膜片，3为弹性膜片固定座，4为传感器外壳，5为输煤管道，6为浮球，7为传感头固定座，8为光电转换器，9为光源，10为运算电路，11为光纤隔离层，12为光纤之间的填充料，13为(外圈)接收光纤组，14为(内圈)发光光纤组，15为(中心)接收光纤组。
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方案。
本发明所设计的管道煤粉流量的检测方法为，在输煤管道上固定设置有光纤压力传感与管道内腔相通，管道内压力和流速的变化通过传感器转变为电信号，经ρ=2(C-P)K/V2运算电路处理就可得到管道内压力P、流速V和煤粉密度ρ的相对值。所述的ρ=2(C-P)K/V2运算电路的结构参见图2，将传感头采集到的两个互成反比的光信号分别输至两个光电转换器转变为电信号输出，一个信号经过运算放大器成为压力P信号分二路，一路输出，另一路进入并联有电位器的运算器，在运算器的另一输入端接有可调电位器R，运算后得到的2(C-P)信号输至乘法器；另一信号经过运算放大器成为1/V2信号分二路，一路再经一运算器成为流速V信号输出，另一路进入并联有可调电位器K的运算器，运算后得到的K/V2信号输至乘法器，在乘法器内2(C-P)与K/V2相乘得到煤粉密度ρ信号输出；若传感头采集到的是单信号，则可采用微处理器或运算器将其处理成为互成反比的两个信号即可。所述的运算放大器可选择LM324型。实际上，本发明的检测方法只需说清原理，同行的技术人员都能通过几个方案完成，这里不再一一叙述。
所述光纤压力传感器的结构参见图1，在传感器外壳4内通过固定座3固定设置有弹性膜片2把腔体分为内腔和外腔，弹性膜片可选择磷青铜膜片，厚0.3mm，膜片的内腔面为光反射面，膜片的尺寸决定于外壳4的尺寸；在固定座3的底部有若干小孔使外腔与输煤管道5相通，管道内压力和流速的变化能使膜片2产生变形；为使膜片的变形更集中于一点，在固定座3的底部设置有一浮球6，且使浮球有不少于1/5的部分外露于管道5内，浮球在受到管道内压力和流体推力后能够顶起膜片2，浮球可采用玻璃球或空心钢球；在传感器内腔通过传感头固定座7固定设置光纤传感头1，使传感头能够接收膜片2的反射光，传感头的末端连接有光源9和光电转换器8，光电转换器再与运算电路10连接，经处理后得到的压力P、流速V和密度ρ电信号输至壳体4外。所述传感头的结构参见图4和图5，光纤传感头由发光光纤和接收光纤组成，发光光纤14排列于传感头的内圈，其末端连接于光源9，接收光纤分两组设置，一组位于传感头中心15，另一组排列于传感头的外圈13，两组的末端分别连接于光电转换器8；传感头内光纤的轴向结构(图4)为，中心接收光纤15的端面与发光光纤14的端面在同一平面，其距膜片2的距离(H)为所接收反射光最强的距离(H＇)以内，即随膜片与其距离(H)的缩短，所接收的光强(I)逐渐减弱，参见图3中左边曲线，外圈接收光纤13的端面高于接收光纤15的端面，在所接收反射光最强的距离(H＇)以外，即随距离(H)的缩短，所接收光强(I)逐渐增强，参见附图3中右边曲线。
本发明检测方法中提出的压力P、流速V和密度ρ的概念，仅是借用这几个名词来表示输煤管内物理变化的几个因素，并不表示实际意义上的概念，其测得的数值也只是这些因素综合变化的模拟电量，故不能用实际理论(尤其是极限假设)解释清楚本发明中P与V的得到及其之间的关系，所以由本发明测出的结果也仅限于对管道煤粉流量相对变化的确定及管道风煤比的控制，面不能做其他用途。本发明人按照所述要求制做出一台检测装置样机，经试验测试，在风力不变情况下，加煤量呈线性改变时，所测得P、V、ρ三个电量也呈线性变化，而且在风煤比为0.5Kg/M3、1.0Kg/M3、1.5Kg/M3时，分别测得的ρ的电置变化在1V以上，从而说明本发明用干管道煤粉流量的检测是可行的，能够用于燃烧工况的检测，符合对喷煤量控制的要求，达到了本发明的目的。
本发明中C等于P的调整是通过对电位器R的调整完成，也可通过调整与运算器并联的电位器实现；在一次性调整后把各种风力变化时测得的P、V、ρ的电量输入识别系统，由其确定出各种风力变化时P、V、ρ的修正参数并被储存；在应用中遇风力变化时，识别系统则根据当时的送风量用相应的修正参数修正测得的P、V、ρ值，其中一些细节是另一项发明的内容，这里不再详述了。
权利要求
1．一种管道煤粉流量的检测方法，是依靠设置在输煤管道上的光纤压力传感器采集信号，并将其转变为两个互成反比的电信号，其特征在于，把两个信号经ρ=2(C-P)K/V2运算电路进行处理，即可得到压力P、流速V和煤粉密度ρ的相对值，式中C为常数，K为修正系数；在煤粉密度ρ为零时，调整常数C等于压力P。
2．根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述的ρ=2(C-P)K/V2运算电路结构为，把得到的两个互成反比电信号的一个信号经运算放大器成为压力P信号分二路，一路输出，另一路经2(C-P)电路处理得到2(C-P)信号输至乘法器；把另一个信号经过运算放大器成为1/V2信号分二路，一路再经一运算器成为流速V信号输出，另一路经K/V2电路处理得到K/V2信号输至乘法器内，在乘法器内2(C-P)与K/V2相乘得到煤粉密度ρ信号输出；修正系数K取值在-1/3～-1/2范围内。
3．实现权利要求1和2所述检测方法的检测装置，其特征在于，所述光纤压力传感器的结构为，在传感器壳体内固定设置一弹性膜片把腔体分为内腔和外腔，外腔与输煤管道相通，管道内压力和流速的变化能引起该膜片的凸凹变化，该膜片的内腔面为光反射面，在内腔固定设置有光纤传感头对准光反射面，光纤传感头的发光光纤末端设置有光源，其接收光纤的末端连接至光电转换器，再经ρ=2(C-P)K/V2处理，将得到的P、V和ρ信号输至传感器壳体外。
4．根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光纤传感头内的接收光纤分两组设置，一组光纤的端头与发光光纤的端头平齐，其距光反射面的距离在反射光最强的距离以内，使接收的光强随距离的缩短而逐渐减弱；另一组光纤的端头高于发光光纤的端头，其距光反射面的距离在反射光最强的距离以外，使接收的光强随距离的缩短而逐渐增强；在两组接收光纤的末端分别连接两个光电转换器，能得到二个互成反比的电信号。
5．根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在传感器外腔的膜片固定座底部设置有一浮球，且使浮球有不少于1/5的部分外露于管道内，在浮球受力后能够顶起弹性膜片。
全文摘要
一种管道煤粉流量的检测方法及其装置,本发明是利用输煤管道上设置的光纤压力传感器采集管道内压力P和流速V的变化,将得到的二个互成反比的电信号经ρ=2(C－P)K/V
文档编号G01F1/34GK1229911SQ98112839
公开日1999年9月29日 申请日期1998年3月20日 优先权日1998年3月20日
发明者陈尧生 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所