本發(fā)明專利技術公開了一種煤粉輸送過程中煤粉質(zhì)量流量的檢測方法及裝置，通過非侵入式拾取管道內(nèi)流體粒子摩擦碰撞管壁所產(chǎn)生的聲波來檢測管道內(nèi)介質(zhì)流量，以解決煤粉計量方法誤差大的問題，提高測量精度。本發(fā)明專利技術的聲波檢測是一種非侵入式檢測方法，檢測裝置簡單、安全、環(huán)保，適用于工業(yè)生產(chǎn)過程的在線檢測；采用聲波傳感器陣列，通過多傳感器的數(shù)據(jù)融合可以有效消除煤粉輸送不穩(wěn)定對測量精度的影響；基于聲波檢測的煤粉流動速度、濕含量、粒度、質(zhì)量流量檢測技術與現(xiàn)有技術相比，更為靈敏，檢測精度更高，可以替代對人體有害的放射性密度計。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及的是一種煤粉密相氣力輸送過程中煤粉參數(shù)的檢測裝置和方法，尤其涉及的是一種煤粉輸送過程中煤粉質(zhì)量流量的檢測方法及裝置。
技術介紹
高壓煤粉密相氣力輸 送是大規(guī)模煤氣化的關鍵技術之一。目前干煤粉加壓密相氣力輸送的供煤系統(tǒng)主要有兩種形式，一種是采用下出料式給煤罐及密相管道輸送的方式，另一種是采用上出料式給煤罐及密相管道輸送的GSP (德國未來能源)方式。第一種系統(tǒng)中每個給煤罐同時向氣化爐的兩個煤燒嘴供煤，通過調(diào)節(jié)給煤罐的壓力和輸送氣流量來調(diào)節(jié)給煤量和固氣比，輸送氣體可用氮氣、二氧化碳或合成氣。煤氣化工藝中，氧煤比的控制極為重要，直接關系到裝置內(nèi)溫度的高低和裝置的穩(wěn)定。煤粉的密相輸送不穩(wěn)定，會引起實際氧煤比失調(diào)。若不能及時調(diào)整，煤燒嘴及氣化爐運行不穩(wěn)定，易造成煤燒嘴跳車。各煤粉管道之間煤粉質(zhì)量流量相差過大，會導致氣化爐內(nèi)產(chǎn)生偏流，運行不穩(wěn)定、堵渣等。未轉化的高溫煤粉直接落入渣池，導致渣水的固體含量偏高，除渣廢水排放量也被迫加大，廢水處理工況無法運行正常。煤粉物性的變化、煤粉給料罐與氣化爐的壓差波動、煤線通氣設備的工況等都會導致煤粉管道內(nèi)氣速發(fā)生變化，影響煤粉穩(wěn)定輸送。此外，煤速、密度、氮氣流量、煤線壓力及煤粉溫度等儀表的失真，均會引起煤量的失真，導致煤閥大幅開關，引起煤線的波動。Shell煤氣化工藝中，煤粉質(zhì)量流量由輸送氣體流量、速度和間接地由密度進行控制。氣速用速度計測量，密度用放射性密度計測量。速度計目前有兩種，一種是德國伯托靜電式，另一種是美國熱電的電容式。兩種方法原理相似，通常是在傳感器內(nèi)置兩根固定距離的線圈，同時測量管線中煤粉的信號，兩個信號的回傳時間差可以測量出來，并對兩個實時信號進行相關性分析。如果相關性好的話，直接計算出速度。靜電式速度計對煤的密度無要求，且精度高于電容式速度計。電容式速度計則局限于較小密度，通常閥值在400 kg/m3。Gajewski 等人(Journal of Electrostatics,靜電學雜志，1997，40 (I) : 437-442)通過分析空間電荷密度和運動顆粒上的帶電量，檢測了氣力輸送管中的靜電勢。Carter等人用感應式靜電傳感器檢測了輸送管中顆粒的運動速度和粒度分布(Flow Measurementand Instrumentation,流體測量和儀器儀表，2005，16 (5) : 309-314)。Xu 等人(ChemicalEngineering Science,化工工程科學，2010，65 (4) : 1334-1344)用感應式靜電傳感器檢測氣力輸送過程中的顆粒流的質(zhì)量流率，發(fā)現(xiàn)靜電感應信號的基頻會隨顆粒運動速度的增加而增加。但是信號基頻反映的是信號的周期性，氣力輸送過程中顆粒做單向運動，其信號周期性不強，存在信號的基頻峰與其它峰難以分離的問題。中國專利技術專利CN01126941. 3通過檢測透射光強的隨機脈動程度得到煤粉密度、濃度、流速和流量等參數(shù)。其測量原理是煤粉氣流中的顆粒數(shù)目和粒徑變化使得通過煤粉氣流的透射光強的隨機脈動程度發(fā)生變化。中國專利技術專利CN98808828. 2通過檢測交變電場的頻率偏移來確定兩相流的氣相中固體或液體的含量。其測量原理是固體或液體含量的變化會使得電磁波發(fā)生衰減和頻率偏移。歐洲專利EP0717269、歐洲專利EP0669522、美國專利US5177334和中國專利CN02827877. I使用微波測量系統(tǒng)來測量兩相流的氣相中固體或液體的含量。其測量原理是固體或液體含量的變化會導致介電常數(shù)的變化，使得微波的衰減和相位偏移發(fā)生變化。這三種檢測方法都是侵入式的檢測方法，會干擾管道內(nèi)的流場。工業(yè)生產(chǎn)表明，現(xiàn)有的煤粉計量方法存在較大的誤差，制約了裝置的長周期穩(wěn)定運行。高壓密相氣力輸送中速度較低，固相濃度過高，使得流動形態(tài)非常復雜，流動穩(wěn)定性低，系統(tǒng)的輸送技術要求和條件與一般輸送系統(tǒng)相差較大，其輸送機理和理論模型至今尚未被人們所掌握。測量方法及其精度是制約密相氣力輸送發(fā)展的一個重要因素。因此，迫切需要在煤粉高壓密相氣力輸送檢測方法及測量精度方面予以突破，開發(fā)快速、非接觸、能夠適應復雜環(huán)境的氣固兩相流流型及流動參數(shù)測量方法和技術，提高測量精度。中國專利CN00125923. 7通過拾取管道內(nèi)流體粒子相互碰撞產(chǎn)生的聲波來檢測管道內(nèi)介質(zhì)流量。為了降低其它聲波的強度，他們采取了提高測量管內(nèi)壁光滑度來降低流體對管壁的摩擦聲波，克服管道振動來降低附加聲波的干擾，和通過幅度鑒別電路濾除雜波 等手段來提高測量精度。在高壓氣力密相輸送過程中，流體粒子與管壁的摩擦碰撞產(chǎn)生的聲波是主要的聲源，很難采集到粒子相互碰撞產(chǎn)生的聲波。煤粉密相氣力輸送過程中的不穩(wěn)定性給煤粉輸送過程的計量帶來了極大的困難。煤粉在水平管道上層懸浮相中含量較少，在下層沉積相中含量較高。兩相分界面在軸向呈波浪狀的運動。在輸送氣量偏小時，煤粉的流動性減弱并且不連續(xù)，甚至短時間內(nèi)中斷。煤粉在垂直管道中向上進行氣力輸送時，氣速較高的情況下，煤粉顆粒分散懸浮于氣流中；如果氣速下降至噎塞速度，會出現(xiàn)騰涌現(xiàn)象，壓力降急劇升高。如何消除煤粉密相輸送不穩(wěn)定對測量結果的影響，是本專利技術需要解決的一個難題。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種煤粉輸送過程中煤粉質(zhì)量流量的檢測方法及裝置，通過非侵入式拾取管道內(nèi)流體粒子摩擦碰撞管壁所產(chǎn)生的聲波來檢測管道內(nèi)介質(zhì)流量，以解決煤粉計量方法誤差大的問題，提高測量精度。本專利技術是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本專利技術包括以下步驟(I)在管道內(nèi)設置至少一個壓力傳感器和至少一個溫度傳感器，分別用于測量管道內(nèi)的壓力P和溫度T ;在管道的外壁設有至少兩組聲波傳感器組用于接收管道內(nèi)的聲波信號，每組聲波傳感器組包括至少一個聲波傳感器，每組聲波傳感器組布置于管道的同一圓截面上，相鄰兩組聲波傳感器組之間的距離為L ；(2)對采集的聲波信號進行預處理，去除噪聲；(3)對去噪后的相鄰兩組聲波傳感器組接受到的聲波信號進行相關性分析，得到煤粉通過兩組聲波傳感器組的時間t和煤粉流動速度V的關系v=L/t ；(4)對聲波傳感器接收的聲波信號進行分析得到特征參數(shù)，代入預測模型計算得到煤粉流動速度、濃度、濕含量和粒度參數(shù)；(5)根據(jù)壓力P、溫度T、煤粉流動速度V、煤粉濃度C和管道面積A計算得到煤粉的質(zhì)量流量mc,mc= P CX AX V，Pgas =P gasref XPXlOX 273/ {(T+273) X Z}P c=p ctx (C- P g J /(Pct-P gas)p ct 所述步驟(2)中預處理去除噪音的方法選用平滑、微分、多元散射校正、正交信號校正、傅里葉變換、小波變換、凈分析信號中的一種或多種。采集到的聲波信號中包括了許多噪聲。因此，消除噪聲的處理方法就十分關鍵和必要。本專利技術的檢測方法中的預處理的方法中，平滑可以提高分析信號的信噪比，最常用的方法是移動式平均平滑法和Savizky-Golay多項式平滑。微分可以消除基線漂移、強化譜帶特征、克服譜帶重疊，是常用的譜預處理方法，一階微分可以去除同波長無關的漂移，二階微分可以取出同波長線性相關的漂移。傅里葉變換能夠實現(xiàn)譜域函數(shù)與時域函數(shù)之間的轉換，其實質(zhì)是把原聲譜分解成許多不同頻率的正弦波的疊加本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種煤粉輸送過程中煤粉質(zhì)量流量的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）在管道內(nèi)設置至少一個壓力傳感器和至少一個溫度傳感器，分別用于測量管道內(nèi)的壓力P和溫度T；在管道的外壁設有至少兩組聲波傳感器組用于接收管道內(nèi)的聲波信號，每組聲波傳感器組包括至少一個聲波傳感器，每組聲波傳感器組布置于管道的同一圓截面上，相鄰兩組聲波傳感器組之間的距離為L；（2）對采集的聲波信號進行預處理，去除噪聲；（3）對去噪后的相鄰兩組聲波傳感器組接受到的聲波信號進行相關性分析，得到煤粉通過兩組聲波傳感器組的時間t和煤粉流動速度v的關系：v=L/t；（4）對聲波傳感器接收的聲波信號進行分析得到特征參數(shù)，代入預測模型計算得到煤粉流動速度、濃度、濕含量和粒度參數(shù)；（5）根據(jù)壓力P、溫度T、煤粉流動速度v、煤粉濃度C和管道面積A計算得到煤粉的質(zhì)量流量mc，mc=ρc×？A×v，ρgas？=ρgasref×P×10×273/{(T+273)×Z}ρc=ρct×(C？ρgas)/(ρct？ρgas)ρct為煤粉真密度，ρgas為輸送氣的密度，ρgasref為標準狀態(tài)下輸送氣的密度，Z為常數(shù)。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：黃正梁，盛新，王靖岱，章友祥，趙錦波，汪永慶，何樂路，余世金，陽永榮，黃成浩，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，浙江大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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