江蘇電機(jī)工程2008年5月Jiangsu Electrical Engineering第27卷第3期67熱風(fēng)送粉煤粉濃度的軟測量研究劉穎1,呂震中2,崔彥鋒3(1南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇南京210046;2東南大學(xué)江蘇南京210096;3南京工程學(xué)院江蘇南京210000擴(kuò)要:針對常規(guī)熱平衡法煤粉濃度測量存在動態(tài)誤差的問題,提出對一次測量量進(jìn)行變系教動態(tài)補(bǔ)償?shù)能洔y量方法。該方法提高了動態(tài)過程中的煤粉濃度的測量精度,提高了測量的實(shí)時性,保障了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)燃燒。關(guān)鍵詞:煤粉濃度;軟測量;動態(tài)補(bǔ)償中圖分類號:TM6212文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10090665(2008)03-0067-03在電站鍋爐燃燒過程中,風(fēng)量和煤粉分配的均式中為煤粉濃度,(kg·kg2),;Cp,C2為空氣在溫勻性直接影響到鍋爐的安全性與經(jīng)濟(jì)性因此有必度T1、T時的比熱,·(kg·K)1];Ca,C2為煤粉在要對送粉管道的煤粉濃度進(jìn)行測量。但由于管內(nèi)風(fēng)溫度TT時的比熱,[k·(kgK)1];T為一次風(fēng)溫粉兩相流動的復(fù)雜性煤粉濃度的測量一般采用間度K;T2為煤粉溫度K;T為混合溫度,K。接測量的方法,即軟測量的方法們1.2存在問題及分析根據(jù)鍋爐不同的送粉方式采用不同的測量方對于熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng),根據(jù)熱量守恒原理的法。對于熱風(fēng)送粉鍋爐送粉系統(tǒng)煤粉濃度的測量,熱平衡法已廣泛應(yīng)用于鍋爐煤粉濃度的測量,機(jī)理目前普遍采用基于機(jī)理分析的熱平衡軟測量方法。分析已無異議。但是,根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行人員反映,當(dāng)給該方法機(jī)理明確模型簡單,且運(yùn)用廣泛。但是據(jù)現(xiàn)粉機(jī)轉(zhuǎn)速變化,給粉量發(fā)生變化后煤粉濃度的變化場工作人員反應(yīng)在穩(wěn)定的給粉狀態(tài)下,該種方法能不能及時跟上,存在較大的動態(tài)誤差分析整個測量夠較準(zhǔn)確地反映煤粉的濃度,當(dāng)給粉量發(fā)生改變后,系統(tǒng),出現(xiàn)這種問題可能有2個原因測量結(jié)果不能及時跟上變化,存在較大的滯后,易造(1)落粉管到風(fēng)粉混合物溫度測點(diǎn)之間有一段成誤操作。距離,流體流過管道需要一定的時間。一般來說,本文根據(jù)這一實(shí)際問題,對熱平衡法測量風(fēng)粉次風(fēng)管道內(nèi)風(fēng)粉混合物流動速度在30ms左右,而濃度的過程進(jìn)行全面分析,查找動態(tài)誤差存在的原落粉管與混合溫度測點(diǎn)之間的距離只要滿足傳熱平因,并充分利用計(jì)算機(jī)處理信息優(yōu)勢的軟測量技術(shù)衡即可,一般不超過4m。經(jīng)過簡單的計(jì)算可知風(fēng)進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償(2,保證了熱風(fēng)送粉煤粉濃度測量的粉混合物流過這一段距離時間很短,可以忽略不計(jì)。準(zhǔn)確性,提高了測量的實(shí)時性。該方法已成功應(yīng)用(2)熱電偶作為測溫元件具有一定熱慣性,熱于多個熱電廠。端的溫度變化滯后于被測介質(zhì)溫度的變化。這種由1熱風(fēng)送粉煤粉濃度測量原理及存在問題于熱慣性引起的動態(tài)響應(yīng)誤差不能實(shí)時測出真實(shí)溫度,在給粉量發(fā)生變化后,混合溫度的測量值落后于1.1基于熱平衡法的煤粉濃度測量原理真實(shí)值,由此使煤粉濃度的測量存在動態(tài)誤差。表1在熱風(fēng)送粉的制粉系統(tǒng)中溫度T的熱空氣輸列出常見標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的時間常數(shù)。送從煤粉倉落下的溫度為T2的煤粉,在混合的過程表1標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時間常數(shù)中,空氣與煤粉顆粒進(jìn)行熱交換,煤粉溫度逐漸提高,空氣溫度逐漸降低,空氣與煤粉達(dá)到熱平衡溫度標(biāo)準(zhǔn)熱電標(biāo)準(zhǔn)熱電偶材料標(biāo)準(zhǔn)熱電偶時同常數(shù)/偶分度號直徑/mmT3,這一過程是一能量守恒的過程鉑銠10鉑36.18若不考慮散熱等因素,根據(jù)混合前后熱量守恒,鎳鉻一鎳硅332.76可以建立如下的混合機(jī)理模型鉚鉻一銅鎳CpIT+u Ce T2=Cp2 T3+u Ce2 T3(1)鐵一銅鎳由上式可得濃度機(jī)理計(jì)算公式銅一銅鎳鉚鉻硅一鎳硅331.80C. ti-cCe? T3-ce可以看出,對于不同材料的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,時間常收稿日期:2008-02-1數(shù)有很大差別,即使采用時間常數(shù)較小的鉑銠10江蘇電機(jī)工程鉑作為熱電偶材料時間常數(shù)也高達(dá)36s,而其他材化后系統(tǒng)差分方程為:料的熱電偶時間常數(shù)更大。作為工業(yè)應(yīng)用的一次測y(n)=x(n)+2x(-1)[x(n)-x(n-1)]+量元件,為了防止磨損,通常需要加保護(hù)套管,這2τ+kT環(huán)節(jié)又加大了時間常數(shù)。由此可見,在熱平衡法測k-22tx(n-1)-y(n-1)量煤粉濃度的過程中,一次測量參數(shù)的響應(yīng)滯后是kT+導(dǎo)致煤粉濃度測量動態(tài)誤差的主要原因式中k=王,設(shè)為補(bǔ)償系數(shù)軟測量利用計(jì)算機(jī)為處理工具,可以完成對圖2給出了時間常數(shù)為60s熱電偶的階躍響次測量量的動態(tài)校正,提高軟測量結(jié)果的實(shí)時性和應(yīng)動態(tài)補(bǔ)償前和不同補(bǔ)償系數(shù)的輸出曲線。精度。2熱電偶測溫的模型及軟補(bǔ)償2752.1熱電偶測溫模型(5T=60s熱電偶測溫的信號框圖如圖1所示「環(huán)環(huán)節(jié)3050100150200250300350400圖1熱電偶測溫僧號圖圖2熱電偶測溫動態(tài)補(bǔ)償圖1中,環(huán)節(jié)1表示熱電偶與被測介質(zhì)之間的傳熱過程,環(huán)節(jié)2表示熱量與熱電偶熱端溫度之間由圖2可見,熱電偶通過動態(tài)補(bǔ)償后動態(tài)響應(yīng)的關(guān)系,環(huán)節(jié)3表示熱電偶熱端溫度與輸出信號熱明顯加快,且補(bǔ)償系數(shù)越大,速度越快,動態(tài)誤差大電勢之間的關(guān)系。綜合上述各環(huán)節(jié),消去中間變量大減小。6、q,得到介質(zhì)溫度0與輸出電勢E之間的動態(tài)關(guān)23熱電偶的變系數(shù)軟補(bǔ)償系為:對于理想信號,利用上文討論的補(bǔ)償方法能得(3)到較好的效果,但是當(dāng)信號中存在一定的干擾補(bǔ)償也同樣會放大噪聲的影響,有時甚至?xí)蜎]原始信傳遞函數(shù)形式為:號,補(bǔ)償效果甚至?xí)貌粌斒?。H(s)=,(4)如圖3所示,在時間常數(shù)為60s溫度由250℃變化到280℃的熱電偶階躍響應(yīng)中,加入均值為0,式中:t=RC為時間常數(shù),r越大響應(yīng)速度越慢,均方差為01的白噪聲,當(dāng)補(bǔ)償系數(shù)較大(取k=10)r越小響應(yīng)速度越快。2.2熱電偶測溫的軟補(bǔ)償原理時,動態(tài)響應(yīng)明顯加快但是信號的質(zhì)量也隨之大幅溫度動態(tài)補(bǔ)償?shù)脑硎峭ㄟ^在傳感器后串連一個微分環(huán)節(jié)來抵消傳感器的一階慣性,使溫度傳感器和補(bǔ)償環(huán)節(jié)整體的傳遞函數(shù)時間系數(shù)小于傳感器本身的時間常數(shù)。設(shè)加入濾波器后的傳遞函數(shù)為H(5)1+r(r8在實(shí)時性、準(zhǔn)確性等方面均取得了較大的突破,|x(n)-x(n-1)|<(8)參考文獻(xiàn):式中:k'為變補(bǔ)償系數(shù);k為根據(jù)熱電偶時間常數(shù)選]劉穎呂震中基于軟儀表的電站風(fēng)粉濃度測量的研究[J擇的定補(bǔ)償系數(shù);|x(n)-x(n-1)|為采樣信號的變電站系統(tǒng)工程,2006,22(1):4950,54化速度的絕對值。當(dāng)1|x(n)-x(n-1)|>8,根據(jù)變化2李海青黃志光軟測量技術(shù)原理及應(yīng)用北京:化學(xué)工業(yè)速度選擇補(bǔ)償系數(shù);當(dāng)x(n)-x(n-1)|<δ,認(rèn)為變出版社,2000化是由噪聲引起的,保持原始信號[3]顧紅艷對動態(tài)測溫中時間常數(shù)的分析[門現(xiàn)代機(jī)械,2002圖4為采用變系數(shù)與固定系數(shù)對含有噪聲的信4吳永生,方可人熱工測量及儀表門北京:水利電力出版號進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償?shù)谋容^圖。社,1[S]陳紹炳于向軍熱工過程自動控制原理[M南京:東南大學(xué)出版社,206】程佩青數(shù)字信號處理教程M北京:清華大學(xué)出版社,2001[7]范從振鍋爐原理[M北京:中國電力出版社,19988]岑可法鍋爐燃燒試驗(yàn)研究方法及測量技術(shù)M北京:水利電力出版社T=60s[9] HEWITT G F Multiphase Measurement Challenges: Old andNew [A]. 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Nanjing Industry Vacation Technology College, Nanjing 210046,Chin2.Southeast University, Nanjing 210096, China; 3. Nanjing Institute of Technology, Nanjing 210000, China)Abstract: Aiming at dynamic error during measuring pulverized-coal concentration by general heat balance method, adynamic compensation soft measurement method is introduced. The method improves pulverized-coal concentrationmeasurement precision during dynamic process and gains good real-time performance, which ensures the safe andeconomic operation of boilersKey words: pulverized-coal concentration; soft measurement; dynamic compensation