[实用新型]一种气固两相流的浓度和速度检测装置

说明书

本发明提出一种气固两相流的浓度和速度检测装置，在一个屏蔽罩上同时集成微波雷达传感器和2个弧形电极，采用微波雷达传感器测量粉料的浓度、采用互相关静电法测量粉料的速度，实现在输送管道的同一位置实时测量输送粉料的浓度和速度，从而获得更加精准的粉料质量流量，为粉料输送系统的调节和控制提供实时数据，且微波雷达传感器以及弧形电极全部为非侵入式安装，检测时不干扰粉料流动，且传感器无磨损问题，运行维护量少，可广泛用于电力、水泥、食品、化工等行业的气固两相流输送过程的实时监测。

技术领域

本发明属于气固两相在线监测技术领域，尤其是一种气固两相流的浓度和速度的检测装置。

背景技术

粉料的气力输送过程是一种复杂的气固两相流动过程，这一过程大量存在于各种工业生产流程。例如，燃煤热电厂一次风送粉，水泥的风力管道输送，食品厂面粉的气力输送、化工材料颗粒的输送等。粉料在气力输送时用户比较关心的两个流动参数就是气固两相流的浓度和速度。以燃煤电厂一次风送粉为例，磨煤机磨制的煤粉通过管道送达燃烧器喷入炉膛进行燃烧，而一台磨煤机一般同时分配给4根或者6根一次风粉管，由于各管道内的阻力不同，导致各个输粉管道内的煤粉浓度和速度不同，严重时浓度和速度偏差30％以上。而各个煤粉管道内煤粉浓度和速度的偏差，可能造成输粉管堵粉和断粉，锅炉燃烧中心火焰偏斜，从而产生诸多安全隐患。同时由于各个粉管风粉分配不均使锅炉燃烧效率下降，Nox的排放增加。因此，针对粉料或者颗粒浓度和速度的精确测量对生产过程控制、输送效率提高、产品质量保证、节能降耗以及流量计量都具有重要的意义。

目前，可用于粉料浓度和速度测量的技术很多，如激光、超声、静电、微波、核辐射、电容等。但是大多技术不够成熟，或者结构复杂、造价昂贵。而静电传感器由于结构相对简单，造价相对低廉，灵敏度高等优点，近年来获得了长足的发展。

静电传感器有两种形式，分为侵入式电极和非侵入式环型电极两种。其中侵入式电极一般采用金属探棒，插入被测管道内，虽然安装方便，但是由于磨损较大，电极需要定期更换。而环型电极则采用与用户管道内径相同的环型金属电极，电极嵌入传感器管道内，虽然无电极磨损问题，但当输送管径较大时(如燃煤电厂的一次风管直径通常为 400mm以上)，传感器造价很高，而且在对现有管道加装传感器时，需要割掉一段原先输粉管道，然后再焊上带有环型电极的管道传感器，所以现场安装施工量很大。

静电法检测粉料的原理是由金属电极感应气力输粉管内粉体所带的电荷信号，一般通过对电极感应的电荷信号进行滤波、放大及变换，利用静电感应信号的均方根RMS 与粉料浓度呈正相关性，通过标定获得标定曲线，从而推算出粉体浓度。

而速度的测量则是采用互相关原理来获得，即通过被测管道上下游(距离S)两个平行布置的环型静电感应电极取得的静电信号，对它们进行互相关系数峰值计算，从而获得上下游两个静电电极信号的渡越时间(T)，这个渡越时间代表粉料从上游运动到下游所用的时间，用距离(S)除以时间(T)可计算出粉料速度。

然而在实际应用中，由于被测输粉管道直径较大，而环型电极安装管道壁上，只有靠近电极部分的粉料才能被有效检测，而管道中心绝大部分的粉料在环型电极上感应出的电信号非常微弱，从而导致浓度测量的代表性误差。事实上，粉体流动速度对静电信号强度的影响较大，速度越高，静电传感器测得的静电信号强度越大，但是粉体速度与静电信号强度之间没有明确的数学关系，因此，由于粉料速度变化造成的测量误差很难消除；另外，粉料含水率是影响静电传感器浓度测量精度的重要因素，含水率越高，静电传感器测得静电信号强度越小，从而给浓度的测量带来较大误差。上述测量误差目前还没有很好的解决方案，因此由静电测量方法给出的浓度信号大多情况下只能作为一种浓度的趋势反映，绝对测量误差较大。

发明内容