[發(fā)明專利]基于壓電傳感器的顆粒粒度分布在線測量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210073200.0
• 申請(qǐng)日: 2012-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN102608005A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆勇;高凌君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/02
• 分類號(hào): G01N15/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣固兩相流在線測量技術(shù)范圍，特別涉及一種基于壓電傳感器的顆粒粒度分布在線測量裝置及方法。

背景技術(shù)

氣力輸送是一種利用氣流在管道中輸送顆粒狀固體的有效方法，是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)部門的粒料、粉料的輸送和干燥工藝。一個(gè)典型例子是火力發(fā)電廠中固體燃料如煤粉等的管道輸送。從磨煤機(jī)出來的煤粉由壓縮空氣攜帶同時(shí)供給多根輸送管道，然后進(jìn)入燃燒器陣列在爐膛內(nèi)燃燒。煤粉顆粒粒度的分布與燃燒的效率及污染物排放量有著密切的聯(lián)系。然而，煤粉顆粒粒度的分布取決于磨煤機(jī)的工作性能及煤的物理特性等。近年來，世界各國的燃煤電廠開始采用煤粉與生物質(zhì)共燒技術(shù)，以降低二氧化碳的排放。許多電廠已全部采用生物質(zhì)燃燒發(fā)電。許多生物質(zhì)如秸稈等要比煤粉顆粒要大，因此生物質(zhì)燃燒或煤粉與生物質(zhì)共燒與純煤粉燃燒有很大的不同。大顆粒及不規(guī)則燃料顆粒的燃燒會(huì)直接影響到燃燒效率及污染物的排放量。燃料粒度過大或過細(xì)則會(huì)造成燃燒不完全或磨煤機(jī)能耗增加等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道堵塞，被迫停機(jī)，給電廠造成重大損失。因此，對(duì)電廠煤粉和生物質(zhì)的顆粒粒度分布進(jìn)行在線連續(xù)檢測，有助于提高鍋爐燃燒的安全性及燃燒效率，降低污染物排放。在現(xiàn)有的在線顆粒粒度檢測技術(shù)中，比較成熟的有光學(xué)成像法，但是存在鏡頭易污染和安裝復(fù)雜的缺點(diǎn)。本發(fā)明提出基于壓電傳感器的顆粒粒度在線檢測系統(tǒng)，是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將碰撞機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再進(jìn)一步通過碰撞動(dòng)力學(xué)建模的模型轉(zhuǎn)化成粒度分布。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于壓電傳感器的顆粒粒度分布在線測量裝置及方法，其特征在于，所述基于壓電傳感器的顆粒粒度分布在線測量裝置為在氣固兩相流管道1的中部插入碰撞感應(yīng)探針3，碰撞感應(yīng)探針3在顆粒流場2中部；碰撞感應(yīng)探針3末端安裝有壓電傳感器4，信號(hào)調(diào)理板和數(shù)據(jù)采集模塊5與壓電傳感器4固定在一起并封裝在系統(tǒng)封裝6內(nèi)；信號(hào)處理系統(tǒng)7與信號(hào)調(diào)理板和數(shù)據(jù)采集模塊5連接。

所述碰撞感應(yīng)探針形狀設(shè)計(jì)為V型，感應(yīng)探針斜面與管道橫截面之間的角度α為40°至50°，使碰撞感應(yīng)探針后的反彈顆粒不阻礙流體的運(yùn)動(dòng)。

所述碰撞感應(yīng)探針的長度為管道直徑的三分之一到三分之二。

所述碰撞感應(yīng)探針的V型碰撞面由不銹鋼制成，并鍍有陶瓷以增加耐磨性。

所述壓電傳感器為壓電陶瓷或者壓電薄膜，以達(dá)到長時(shí)間連續(xù)使用的目的。

所述信號(hào)處理系統(tǒng)由碰撞粒度模型和用戶界面構(gòu)成；信號(hào)處理系統(tǒng)得到碰撞信號(hào)的強(qiáng)度后利用碰撞信號(hào)與粒度的數(shù)學(xué)模型進(jìn)而得到管道內(nèi)顆粒的粒度分布。

所述基于壓電傳感器的顆粒粒度分布在線測量方法是插入氣固兩相流管道1中部的碰撞感應(yīng)探針3將被顆粒碰撞的信號(hào)傳輸給壓電傳感器4，壓電傳感器4通過信號(hào)調(diào)理板和數(shù)據(jù)采集模塊5輸入到信號(hào)處理系統(tǒng)7進(jìn)行處理分析，得到碰撞信號(hào)的強(qiáng)度，信號(hào)處理系統(tǒng)7利用碰撞信號(hào)與粒度的數(shù)學(xué)模型進(jìn)而得到管道內(nèi)顆粒的粒度分布，并通過用戶界面顯示；其中，碰撞信號(hào)的強(qiáng)度和顆粒粒度之間的關(guān)系由如下模型給出：

V=hsg33Kv6/5d2---(1)]]>

其中，V為碰撞信號(hào)的強(qiáng)度，h為壓電材料厚度，S是感應(yīng)面積，g₃₃為壓電電壓常數(shù)，K為碰撞材料的碰撞常數(shù)，v為顆粒速度，d為顆粒粒度；壓電傳感器參數(shù)h，S和g₃₃由所用壓電材料來確定；碰撞常數(shù)K通過系統(tǒng)標(biāo)定來確定；顆粒速度v通過測量氣流速度來估計(jì)；在實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中，顆粒的粒度分布顯示在用戶界面中，當(dāng)用戶界面中的顆粒個(gè)數(shù)累計(jì)到具有統(tǒng)計(jì)意義數(shù)目時(shí)，將整個(gè)用戶界面的統(tǒng)計(jì)信息輸出，并根據(jù)新進(jìn)的顆粒信息進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，從而實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。