一种煤粉流量在线测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤粉流量在线测量装置及测量方法，更具体地说是针对燃煤锅炉进行 煤粉流量在线测量的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 在燃煤电厂实际运行过程中，由于磨煤机出口的四根一次风管道阻力的不同，经 常会引起管道堵塞煤粉以及煤粉分配不均等问题。喷入炉膛的煤粉流量分配不均匀直接影 响锅炉的燃烧，导致炉膛火焰中心偏斜，热负荷差异明显，引起局部水冷壁超温结焦、过热 器和再热器左右热偏差较大等不良现象，严重影响锅炉运行的安全性和经济性。
[0003] 煤粉流量的分布不平衡是锅炉燃烧优化急需解决的问题。目前针对煤粉流量的分 布不平衡的问题，主要采用冷态一次风调平技术。在磨煤机出口的四根一次风管上安装靠 背管在线测量一次风速。通过比托管进行网格法标定靠背管在线测量的一次风速。根据标 定后的一次风速的偏差调整可调缩孔调平四根一次风管的风速。这种方法标定复杂，工作 量大，在线风速的测量精度低，运行过程中容易堵粉，导致测量不准确。这种方法在冷态进 行调平，并不完全满足热态运行时煤粉流量分配平衡的要求。
[0004] 解决问题的技术关键是准确测量一次风管中煤粉的流量，实现煤粉流量的在线测 量。目前，在燃煤电厂现场测量煤粉浓度采用煤粉取样方式测量。通过取样枪在一次风管 道上等速取样。取样过程中保证取样探头进口的吸入速度与周围的颗粒速度相等。取样结 束后对样品进行称重和记录取样时间，获得煤粉的质量流量。但这种方式适用于稳定的工 况，而实际工况波动较大。在实际取样过程中，很难保证等速，从而引起较大的测量误差。同 时，这种方法工作量大，反应时间长，不能实现连续的在线测量。目前，采用电容法测量煤粉 流量的仪器没有考虑到煤粉在管道中分布和速度不均匀引起的测量误差。电容层析成像法 虽然能够获得煤粉在管道截面的相分布的信息，但是由于不适应问题和软场效应导致算法 复杂，分辨率较低，测量精度不高等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种煤粉流量在线测量装 置及测量方法，以使得运行人员能够根据煤粉流量在线测量的数据进行及时的调整，避免 管道积粉，煤粉堵管以及煤粉分配不平衡引起的一次风管烧坏、受热面过热、结渣以及热偏 差等问题，优化锅炉燃烧。
[0006] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0007] 本发明煤粉流量在线测量装置的结构特点是：
[0008] 在一次风管道上串联设置一段测量管，所述测量管是以陶瓷材料为材质，在所述 测量管的两端分别安装两组电容传感器；所述电容传感器是在所述测量管的外壁上呈环状 均匀分布2η个电极板，所述2η个电极板是以两两相对构成η个平板电容；以所述平板电容 的电容量作为测量装置的输出信号。
[0009] 本发明煤粉流量在线测量装置的结构特点也在于：
[0010] 在所述测量管1的外壁上独立设置各屏蔽罩3,各电极板2独立封闭在各自所在位 置上的屏蔽罩3中。
[0011] 所述两组电容传感器之间的轴向距离为200mm。
[0012] 所述测量管与所述一次风管道之间利用法兰进行可拆装式连接。
[0013] 利用本发明煤粉流量在线测量装置实现煤粉流量在线测量的方法的特点是：
[0014] 令所述两组电容传感器中的一组为第一组电容传感器，另一组为第二组电容传感 器；
[0015] 所述第一组电容传感器中各平板电容在t时刻的瞬时电容值为=IClilUhi = 1，2,…，η};
[0016] 所述第二组电容传感器中各平板电容在t时刻的瞬时电容值为：{C2il(t)，i = 1，2,…，η};
[0017] 所述测量方法是按如下步骤进行：
[0018] 分别计算两组电容传感器中第i个平板电容所对应检测区域在t时刻的煤粉瞬时 浓度值为％ i⑴和m2, i⑴：
[0019]
[0020]
[0021] 式中P 3为被测煤的真实密度；ε g为空气介电常数；ε 3为被测煤的介电常数；ε。 为真空介电常数；d为平板电容中一对电极板间距离；s为电极板面积；
[0022] 由式（1)计算获得测量管中在t时刻的煤粉瞬时浓度值&⑴为：
[0023]
[0024] 步骤2、由式⑵给出ClilU)和C2il(t)的互相关函数R 12il(T):
[0025]
[0026] 将互相关函数R12i1( τ )对延迟时间τ求导，如式⑶：
[0027]
(3)
[0028] 利用（3)求解出R12i1( τ )为最大值时所对应的延迟时间τ i Rnax
[0029] 令：两组电容传感器之间的轴向距离为D，测量管的管道截面积为A，由式（4)计算 获得煤粉颗粒流过测量管的平均速度f:为 L/Π 丄 UUlUi ? ? 4： /i / J I 〇/ ο
[0030] (4)
[0031] 则煤粉流过测量管的质量流量q(t)为：
[0032] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0033] 1、本发明采用多平板电容将测量空间分成许多小空间，测量出不同空间的煤粉浓 度和速度，实现划区间测量，并由此计算出测量管的煤粉浓度和速度的平均值，最终计算出 煤粉流过测量管的质量流量，有效降低了煤粉浓度和速度在空间分布不均匀导致的测量误 差，提高了测量精度。利用本发明能够根据煤粉流量在线测量的数据进行及时的调整，从而 避免管道积粉，煤粉堵管以及煤粉分配不平衡引起的一次风管烧坏、受热面过热、结渣以及 热偏差等问题，优化锅炉燃烧。
[0034] 2、本发明中测量装置对流场无干扰，具有较高的测量频率，能够在线测量煤粉的 流量，获得煤粉在管道中流量的实时变化的数据。
【附图说明】
[0035] 图1为电容传感器的剖面图；
[0036] 图2为电容式煤粉流量测量装置的示意图；
[0037] 图中标号：1测量管，2电极板，3屏蔽罩，4外壳，5导线，6法兰。
【具体实施方式】
[0038] 参见图1和图2,本实施例中煤粉流量在线测量装置的结构形式是：
[0039] 在一次风管道上串联设置一段测量管1，测量管1是以陶瓷材料为材质，陶瓷材料 能够防止煤粉的冲刷磨损，在测量管1的两端分别安装两组电容传感器；电容传感器是在 测量管1的外壁上呈环状均匀分布2n个电极板2, 2n个电极板2是以两两相对构成η个矩 形平板电容；以平板电容的