煤粉在線監測系統和裝置的制作方法
本發明涉及煤粉在線監測系統和裝置，屬于煤粉測量技術領域。
背景技術：
燃煤電廠面臨節能增效和減低污染物排放的雙重壓力，而燃燒的精確控制起到至關重要的作用。燃燒的精確控制的關鍵在于鍋爐各燃燒器內風煤比的監測和調整。其中煤粉的質量流量是需要監測的一項重要內容。煤粉的質量流量＝煤粉的絕對濃度×煤粉的流速×輸送管道截面積。
市面出現了靜電法的探針式測量裝置，取得了一定的效果但是探針在煤粉輸送管道內耐磨性能較差，直接影響了產品的壽命；同時由于探針只是插入管道內一部分，所以不能檢測去斷面的煤粉，影響精度。為了解決以上問題，又出現了環狀的測量裝置即電極為環狀安裝在在輸煤管道的內壁，這樣解決了全斷面測量的問題，也延緩了磨損，但是出現積塵影響測量的問題，同時磨損后更換時必須停機較為麻煩。
利用微波檢測裝置通過微波諧振的方式檢測煤粉濃度的方法能夠克服上述缺陷，目前該方法得到了廣泛的應用，但是，目前的微波檢測方式在實施時只在輸送管內的某處設置有微波檢測裝置——微波發射器和微波接收器，這種布置方式很容易造成微波泄漏，進而檢測精度較低。要想提升檢測精度，就需要增大微波發射功率，相應地，就要加大能量投入，增加了能量消耗。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種煤粉在線監測系統，用以解決傳統的微波檢測方式易造成微波泄漏的問題。本發明同時提供一種煤粉在線監測裝置。
為實現上述目的，本發明的方案包括一種煤粉在線監測系統，包括測量管，以及用于設置在所述測量管內壁上的微波檢測裝置，所述監測系統還包括設置在測量管內壁上、且分別設置在所述微波檢測裝置左右兩側的左封波結構和右封波結構，所述左封波結構和右封波結構均包括至少一對金屬封波頭，所述金屬封波頭凸出于測量管內壁設置。
所述左封波結構和右封波結構均包括沿著測量管縱向延伸方向設置的至少兩對金屬封波頭。
每對金屬封波頭中的兩個金屬封波頭的連線均垂直于煤粉流動方向，且每對金屬封波頭中的兩個金屬封波頭均沿著測量管的周向均勻間隔布置。
所述微波檢測裝置中的微波發射器和微波接收器設置在測量管兩側，且微波發射器和微波接收器的連線垂直于煤粉流動方向，微波發射器、微波接收器和所有的金屬封波頭的中心位置處于同一個縱截面上。
左封波結構和右封波結構相對于微波檢測裝置左右對稱設置。
所述金屬封波頭凸出于測量管內壁的結構為管式結構。
金屬封波頭由固定座和金屬管體構成，所述金屬管體與固定座固定設置，金屬管體從測量管上對應的孔中伸入測量管內部，金屬管體的長度大于測量管壁厚，以凸出于測量管內壁，固定座與測量管外壁擋阻設置。
一種煤粉在線監測裝置，包括用于設置在測量管內壁上的微波檢測裝置，所述監測裝置還包括用于設置在測量管內壁上、且分別設置在所述微波檢測裝置左右兩側的左封波結構和右封波結構，所述左封波結構和右封波結構均包括至少一對金屬封波頭，所述金屬封波頭用于凸出于測量管內壁設置。
所述金屬封波頭凸出于測量管內壁的結構為管式結構。
金屬封波頭由固定座和金屬管體構成，所述金屬管體與固定座固定設置，金屬管體的長度大于測量管壁厚，以用于凸出于測量管內壁，固定座用于與測量管外壁擋阻設置。
在煤粉測量管的內壁上設有凸出于測量管內壁的金屬封波頭，且微波檢測裝置的左右兩側均設置有至少一對金屬封波頭，那么金屬封波頭能夠構成一個微波諧振腔，利用金屬封波頭將微波封在該諧振腔中。當利用微波對煤粉數據進行檢測時，能夠降低微波向遠處泄漏的泄漏量，相應地，檢測精度就會提高，并且也無需為了增強檢測精度而增大微波發射功率，進而避免了不必要的能量消耗。
附圖說明
圖1是微波檢測的原理示意圖；
圖2是微波發射器、接收器以及金屬封波頭在輸送管中的布置示意圖。
具體實施方式
煤粉在線監測系統實施例
本發明提供的煤粉在線監測系統的基本思路在于：監測系統中除了設置在測量管內壁上的微波檢測裝置之外，還包括設置在測量管內壁上、且分別設置在微波檢測裝置左右兩側的左封波結構和右封波結構，左封波結構和右封波結構均包括至少一對金屬封波頭，并且金屬封波頭凸出于測量管內壁設置。
基于上述基本思路，下面結合附圖做進一步詳細的說明。
首先，測量管可以是專門設置的、用于實現數據檢測的一段管道，也可以是鍋爐中本身就具有的一段輸送管，本實施例的監測系統中的測量管為單獨設置的管道，那么，該管道就與微波檢測裝置和封波結構等組成部分共同構成一個獨立的檢測設備，即一個完整的產品。在進行檢測時，將測量管裝配在鍋爐中，對測量管中流過的煤粉進行檢測。另外，不管是專門設置的管道，還是鍋爐本身就具有的管道，均用于流通煤粉，即用于輸送煤粉，因此，以下將測量管稱為輸送管。
然后，微波檢測裝置包括微波發射器和微波接收器。利用微波對煤粉的相關數據，比如濃度等進行測量的檢測原理如圖1所示，信號源輸出連接微波發射器2，微波發射器2發出的微波在輸送管中進行相應的傳輸，然后，微波接收器3接收到微波發射器2發出的微波，當然，微波接收器3就需要輸出連接信號處理模塊，以對微波接收器3接收到的微波進行處理，進而對煤粉的相關數據進行測量。由于微波檢測方法屬于常規技術，上述對檢測原理只進行了簡單介紹，而且數據的具體測量算法也屬于常規技術，本實施例就不再具體描述。
現有技術中的微波發射器和微波接收器通常具有以下兩種布置方式：第一種，設置在輸送管的同一側，這種設置方式雖然能夠實現測量，但是，檢測精度不高；第二種，設置在輸送管兩側，且微波發射器和微波接收器的連線(本實施例中的連線是指微波發射器和微波接收器的中心位置的連線)與煤粉流動方向傾斜一定角度，這種設置方式較第一種設置方式來說，檢測精度雖然有了一定的提升，但是，提升程度不高，檢測精度總體上還是不高。本發明中的微波發射器和微波接收器的布置方式可以按照現有技術中的布置方式進行布置，但是，為了增強檢測精度，本實施例給出一種布置方式，如圖1所示，微波發射器2和微波接收器3的連線垂直于煤粉流動方向，并且，設置在輸送管的兩側，即相對于輸送管軸線對稱設置。另外，微波發射器2和微波接收器3為兩個同軸的探頭。這種布置方式相較于現有技術中的兩種布置方式來說，檢測精度得到了很大地提升，同樣能夠降低微波損耗。
另外，本實施例中，微波發射器2和微波接收器3的深入輸送管內壁的一端超出內壁20mm，即可以避免探頭磨損，同時可實現全斷面的測量。
由于煤粉輸送管、微波發射器和微波接收器，以及微波檢測原理及算法均屬于現有技術，因此，本實施例重點對封波結構、微波發射器和微波接收器在輸送管中的具體布置方式進行說明。
監測系統包括兩個封波結構，左封波結構設置在微波發射器和微波接收器的左側，右封波結構設置在微波發射器和微波接收器的右側，這兩個封波結構均設置在測量管內壁上。每個封波結構均包括至少N對金屬封波頭，N≥1，也就是說，監測系統中共包括有2N對金屬封波頭。
金屬封波頭是為了形成一個微波諧振腔，通俗點講，是為了將微波封在一定的區域內，防止其泄漏到其他區域，并且，凸出于輸送管內壁設置，因此，將這種用于形成微波諧振腔的金屬結構稱為“金屬封波頭”。
當N＝1時，即微波發射器和微波接收器的左右兩側均設置1對金屬封波頭，能夠形成一個微波諧振腔。但是，為了進一步提升微波諧振腔的“強度”，即進一步降低微波的泄漏，本實施例中，N≥2，即微波發射器和微波接收器的左右兩側均設置有至少兩對金屬封波頭，在微波發射器和微波接收器的對應側沿著輸送管縱向延伸方向設置。當然，N的取值越大，封波效果越好。在能夠形成微波諧振腔的基礎上，各對金屬封波頭與微波發射器和微波接收器的距離均可根據實際要求進行設定。
為了便于后續的說明，本實施例以具有代表性的N＝2為例。另外，金屬封波頭以金屬封波管為例進行說明，即金屬封波頭凸出于輸送管內壁的結構為管體結構，也稱為管式結構，當然，金屬封波頭并不局限于管體結構，還可以是其他結構形式。這樣的話，所有的封波管就構成了一種陣列式的封波結構。金屬封波頭，即封波管的封波原理為：封波管其實是一種截止波導管，根據截止波導理論，當信號頻率低于截止頻率時，電磁波被截止，不再向外傳播。由于煤粉輸送管的管道的橫截面為圓形，并且長度較長形成一個較大的波導管，并且由于輸送管管道的直徑較大，截止頻率較低(低于500MHz)，低頻情況下對煤粉微波的檢測靈敏度較低，所以必須提高截止頻率。同時管道較長情況下能量損耗也比較大，從可實現性、成本和安全性考慮，需要將微波截止在一定長度內。借鑒蜂窩式電磁屏蔽結構，在管道內的微波檢測裝置的左右兩側插入金屬封波管，進一步地構成陣列式的封波結構，然后根據測量微波信號的頻率范圍(1.3GHz～1.8GHz)和輸送管的管道直徑，設計封波管深入輸送管管道相應的深入長度，經試驗測試可有效減少設計頻率范圍內微波信號的傳播和能量損耗。所以，由上述可知，本實施例中的諧振腔是結合煤粉輸送管和封波管而形成的特定形式的諧振腔，不同于常規的封閉結構和中間開孔結構。
如圖2所示，微波發射器2和微波接收器3的左右兩側均設置2對封波管1。對于任意一對封波管，該對封波管中的兩個封波管的連線垂直于煤粉流動方向，且這兩個金屬封波頭沿著輸送管的周向均勻間隔布置，即這兩個封波管設置在輸送管的兩側，或者稱為相對側。而且，為了提升諧振腔的強度，所有的封波管、微波發射器2和微波接收器3的中心位置設置在輸送管的同一縱截面(即經過輸送管軸線的豎向切面)上，如圖2所示。另外，為了保證諧振腔的穩定性，微波發射器2和微波接收器3的左右兩側的封波管相對于微波發射器2和微波接收器3左右對稱設置。
由于封波管是固定在輸送管內壁上，一般情況下這種組合結構不易加工，并且封波管在磨損后不易維修和更換，所以，本實施例給出一種封波管的具體結構，如圖2所示，封波管與輸送管是分立元件，封波管與輸送管內壁是組合在一起的，并非在加工時直接成型。封波管包括兩部分，一部分是固定座，另一部分是金屬管體，固定座與管體固定設置(比如焊接)。在輸送管上、且需要設置封波管的對應位置處鉆有小孔，這些孔的孔徑略大于管體的外徑，并且管體的長度要大于輸送管的管壁厚度，這樣管體從輸送管外由對應的小孔伸入輸送管內部后，管體能夠從輸送管內壁凸出一部分。固定座的橫截面的最遠兩點的距離大于孔徑，以使固定座阻擋在輸送管外壁外，并且通過對固定座的結構設置，使固定座能夠完全遮住對應的孔。基于封波管的這種結構，首先封波管和輸送管均是獨立設備，各自均易加工，而且，封波管在磨損后可以直接從輸送管上取下，然后插入新的封波管即可實現更換，所以更換方便。另外，通過特定設置，封波管伸出輸送管內壁的長度一般不超過封波管管徑，即封波管凸出部分較短，可有效的延緩封波管的磨損，同時在金屬管體凸出部分的表面鍍耐磨涂層，以提高其耐磨能力。
本實施例中，如圖2所示，靠近微波發射器2和微波接收器3的左右各一對的封波管與微波發射器2和微波接收器3的中心位置所在橫截面的直線距離為L1，遠離微波發射器2和微波接收器3的左右各一對的封波管與微波發射器2和微波接收器3的中心位置所在橫截面的直線距離為L1+L2，其中，L1＝k1D；L2＝k2D，D為輸送管管徑，k1和k2為設定參數，并且，封波管超出內壁的長度L與管徑D也成特定比例，為L＝k0D，k0也為設定參數。通過上述幾個參數的設定，就形成一個特定的微波諧振腔。k1、k2和k0的取值是根據實際情況進行具體設定，其中，本實施例中，k1＝3～6，k1的具體取值參考輸送管的管道直徑，從設備安裝和保證性能考慮：輸送管的管道直徑較小時，k1取一個較大值，輸送管的管道直徑較大時，k1取一個較小值。理論上k1取較大值好，但是k1也不能取的過大，比如：如果輸送管的管道直徑為600mm，k1取6時，L1就超過3600mm，這在電廠很難找到地方安裝封波管；k2＝0.2～0.5；k0＝0.01～0.05。k1、k2和k0的取值是通過頻率范圍、截止頻率、能量損耗和輸送管道的規格計算得到的，計算過程不屬于本實施例中發明點，這里就不再敘述。
在檢測時，根據上文所述，微波接收器3可輸出連接信號處理模塊，信號處理模塊根據接收到的微波信號，結合相應的檢測算法計算煤粉的濃度，信號處理模塊以及具體算法為常規技術，這里就不再具體說明。
并且，信號處理模塊也可連接微波發射器2，利用顆粒通過諧振腔時對微波產生一定的反射，通過微波發射器2接收微波的回波信號，信號處理模塊應用相關算法可測量煤粉的速度(即流速)；并且在不開機時通過控制器控制微波板周期發射特定頻率段的掃頻信號，通過計算特定頻率的回波時間和微波在空氣中傳播速度可計算出管道的管徑D。
因此，利用微波發射器2和微波接收器3不但能夠檢測出煤粉的濃度信息，而且還能夠得到煤粉的流速信息及輸送管的管徑D，則煤粉的質量流量就能夠計算出。
另外，為了保證計算的準確性，該監測系統運行一段時間后可以修正輸送管管道內徑參數和封波管磨損情況。
煤粉在線監測裝置實施例
煤粉在線監測裝置與上述煤粉在線監測系統的不同點在于：監測裝置不包含測量管，而其他的組成部分與上述監測系統相同，由于上述系統實施例已做出了詳細描述，這里就不再具體說明。
以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限于所描述的實施方式。本發明的基本思路在于上述煤粉在線監測系統和裝置的硬件結構，具體的檢測算法并不是本發明的發明點，所以，本發明并不局限于具體的算法。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護范圍內。
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