一种测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的系统及方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的系统及方法。


背景技术：

2.电站煤粉锅炉中，一次风携带煤粉通过一次粉管进入锅炉进行燃烧。由于同一台磨煤机对应的几支一次粉管走向不同，因而阻力也不同，各支粉管煤粉气流的流速及流量便会存在偏差，这会导致炉内燃烧出现偏斜，进而引起炉内热负荷不均匀、煤粉燃烧不充分、受热面超温等一系列问题，而由于煤粉气流流速较低导致一次粉管积粉自然的现象也时有发生。另一方面，由于煤粉气流为气固两相流，且流量及流速较高，因而准确测量煤粉气流的流量及流速一直是行业难题。由于无法准确测量，运行人员也难以进行相应调整，这成为制约锅炉安全经济运行的重要因素。
3.对于测量煤粉气流的流速，现有技术主要是在粉管内部安装测量元件，测量气流的动压及静压，并将压力测量结果传输到测量仪器中，通过测量仪器计算得到气流的风速。虽然安装在粉管内部安装测量元件形式各异，但其测量原理基本一致。对于测量煤粉气流的流量，多采用静电感应法和超声波法，静电感应法是根据粉尘颗粒在管内流动时产生的静电感应电量不同来确定煤粉流量，超声波法是利用超声波信号在气固两相流中传输时信号的衰减与颗粒流量、颗粒粒度构成的函数关系来确定煤粉流量。
4.对于流速的测量，由于测量原件长期处在气固两相流环境，易发生磨损和堵塞，需要定期标定、反吹。此外,还受气流流动稳定性、测量设备压损以及管道与阀门状况等因素影响。因此,在煤粉管内测量一次风速误差较大且可靠性差，
5.对于静电感应法，由于感应电量与颗粒性质、颗粒流量以及管道物理特性等因素相关，很难建立单变量函数关系模型，所以常用于定性分析。对于超声波法，容易受复杂测量环境的干扰，测量精度较低，且灵敏性差。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的系统及方法，可以同时测量煤粉气流的流速及流量，由于测量仪器布置在管道外侧，不受管道内部气流的影响，因而可靠性较好。
7.本发明提供了一种测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的系统，包括混合单元及测量单元；
8.所述混合单元包括用于与落煤管连接的发光粉末落粉管，所述发光粉末落粉管连接有发光粉末料仓，所述发光粉末料仓设有用于调节落粉量的调节门，所述发光粉末料仓内布置有用于发光粉末吸收光的照明装置；
9.所述测量单元包括在一次粉管上设置的一段透明管道，所述透明管道外侧四周布置有高速摄像机，所述高速摄像机与控制模块及图像处理单元连接；
10.所述发光粉末料仓用于通过所述发光粉末落粉管向落煤管送入发光粉末，使发光粉末落入磨煤机与煤粉充分混合后进入各支一次粉管；
11.所述高速摄像机用于连续对一次粉管内流动状态进行拍摄，并将拍摄的图片传输至所述图像处理单元；
12.所述控制模块用于控制所述高速摄像机的拍摄参数，包括快门时间、感光度、拍摄时间；
13.所述图像处理单元用于：
14.通过图像识别算法获得每张照片中发光区域的面积占比，并取多张照片的平均值以减少误差，通过对比每支一次粉管上发光区域的面积占比，获得不同粉管之间的煤粉流量比例，基于煤粉流量总量求得各支一次粉管的煤粉流量；
15.通过降低高速摄像机的快门速度，获得发光粉末的轨迹长度，用轨迹长度除以曝光时间，便得到发光粉末的流速，即煤粉气流的流速。
16.本发明还提供了一种应用上述系统测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的方法，包括：
17.当需要测量煤粉流量时，打开所述调节门，使发光粉末落入磨煤机，在一次风和磨辊的作用下与煤粉充分混合，并由一次风送入各支一次粉管中，同时将高速摄像机调整为流量测量模式，通过提高快门速度和感光度，以保证发光点清晰，以5
‑
10秒为间隔拍摄数张照片，并将照片传输至所述图像处理单元，通过所述图像处理单元将所有照片中发光点的面积占比进行计算并取平均值，通过对比各支一次粉管发光点的占比，求得各支一次粉管的煤粉流量；
18.当需要测量煤粉流速时，将高速摄像机调整为流速测量模式，通过降低快门速度，拍出发光点的运行轨迹，以5
‑
10秒为间隔拍摄数张照片，并将照片传输至所述图像处理单元，通过图像处理单元将所有照片中发光点的运动轨迹长度进行计算并取平均值，除以快门时间，求得发光粉末的流速，即煤粉气流的流速。
19.借由上述方案，通过测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的系统及方法，采用发光粉末这一可视化的流动状态来代替煤粉气流的流动状态，从而实现间接测量，可以在不接触煤粉气流的情况下，用一套设备即可准确测量煤粉气流的流量及流速，具有较高的可靠性，此外，通过调整高速摄像机的快门时间，既可测量煤粉气流的流量，也可测量流速，测得煤粉气流的流量即流速后，运行人员可根据测量结果对各支粉管的流量及流速进行调整，从而保证锅炉的安全稳定运行。
20.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
21.图1是本发明混合单元的结构示意图；
22.图2是本发明测量单元的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施
例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
24.参图1、图2所示，本实施例提供了一种测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的系统，包括混合单元及测量单元；
25.混合单元包括用于与落煤管4连接(在落煤管上开孔)的发光粉末落粉管3，发光粉末落粉管3连接有发光粉末料仓1，发光粉末料仓1设有用于调节落粉量的调节门2，发光粉末料仓1内布置有用于发光粉末吸收光的照明装置；
26.测量单元包括在一次粉管5上设置的一段透明管道6(将各支一次粉管中的一小段替换为透明的聚碳酸酯材料)，透明管道6外侧四周布置有高速摄像机7，高速摄像机7与控制模块9及图像处理单元8连接；
27.发光粉末料仓1用于通过发光粉末落粉管3向落煤管4送入发光粉末，使发光粉末落入磨煤机与煤粉充分混合后进入各支一次粉管5；
28.高速摄像机7用于连续对一次粉管5内流动状态进行拍摄，并将拍摄的图片传输至图像处理单元8；
29.控制模块9用于控制高速摄像机7的拍摄参数，包括快门时间、感光度、拍摄时间；
30.图像处理单元8用于：
31.通过图像识别算法获得每张照片中发光区域的面积占比，并取多张照片的平均值以减少误差，通过对比每支一次粉管上发光区域的面积占比，获得不同粉管之间的煤粉流量比例，基于煤粉流量总量求得各支一次粉管5的煤粉流量；
32.通过降低高速摄像机7的快门速度，获得发光粉末的轨迹长度，用轨迹长度除以曝光时间，便得到发光粉末的流速，即煤粉气流的流速。
33.测量锅炉煤粉管道煤粉浓度及速度偏差的方法如下：
34.当需要测量煤粉流量时，打开调节门2，使发光粉末落入磨煤机，在一次风和磨辊的作用下与煤粉充分混合，并由一次风送入各支一次粉管5中，同时将高速摄像机7调整为流量测量模式，通过提高快门速度和感光度，以保证发光点清晰，以5
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10秒为间隔拍摄数张照片，并将照片传输至所述图像处理单元，通过所述图像处理单元将所有照片中发光点的面积占比进行计算并取平均值，以确保测量的准确性，通过对比各支一次粉管发光点的占比，求得各支一次粉管的煤粉流量。如磨煤机给煤量为10kg/s，一台磨煤机对应4支粉管，各支粉管发光点面积占比的比值为1:1.1:1.2:1.3，则各支粉管煤粉流量分别为：2.17kg/s、2.39kg/s、2.61kg/s、2.83kg/s。
35.当需要测量煤粉流速时，将高速摄像机调整为流速测量模式，通过降低快门速度，拍出发光点的运行轨迹，以5
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10秒为间隔拍摄数张照片，并将照片传输至所述图像处理单元，通过图像处理单元将所有照片中发光点的运动轨迹长度进行计算并取平均值，除以快门时间，求得煤粉流速。如运动轨迹长度平均值为0.1m，快门时间为1/200s，即可得煤粉流速为20m/s。
36.本发明通过在锅炉磨煤机落煤管处开孔，将少量可发光的粉末落入磨煤机，并与煤粉充分混合后进入各支一次粉管，该发光粉末为碱土铝酸锶材料制成的发光颜料。由于该发光粉末与煤粉的粒径和比重基本一致，因而发光粉末的在各支粉管的分配特性与煤粉是一致的。即若某一支粉管中煤粉的流速和流量较高，则该支粉管中发光粉末的流速和流量也较高，因而可通过测量发光粉末的流速及流量来间接测量煤粉气流的流速和流量。
37.通过采用发光粉末这一可视化的流动状态来代替煤粉气流的流动状态，从而实现间接测量，可以在不接触煤粉气流的情况下，用一套设备即可准确测量煤粉气流的流量及流速，具有较高的可靠性，此外，通过调整高速摄像机的快门时间，既可测量煤粉气流的流量，也可测量流速，测得煤粉气流的流量即流速后，运行人员可根据测量结果对各支粉管的流量及流速进行调整，从而保证锅炉的安全稳定运行。
38.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。