熱風(fēng)送粉煤粉濃度的軟測量研究

江蘇電機工程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擴要:針對常規熱平衡法煤粉濃度測量存在動(dòng)態(tài)誤差的問(wèn)題,提出對一次測量量進(jìn)行變系教動(dòng)態(tài)補償的軟測量方法。該方法提高了動(dòng)態(tài)過(guò)程中的煤粉濃度的測量精度,提高了測量的實(shí)時(shí)性,保障了鍋爐的安全經(jīng)濟燃燒。關(guān)鍵詞:煤粉濃度;軟測量;動(dòng)態(tài)補償中圖分類(lèi)號:TM6212文獻標識碼:B文章編號:10090665(2008)03-0067-03在電站鍋爐燃燒過(guò)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)濟性因此有必度T1、T時(shí)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。但由于管內風(fēng)溫度TT時(shí)的比熱,[k·(kgK)1];T為一次風(fēng)溫粉兩相流動(dòng)的復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(wèn)題及分析根據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,根據熱量守恒原理的法。對于熱風(fēng)送粉鍋爐送粉系統煤粉濃度的測量,熱平衡法已廣泛應用于鍋爐煤粉濃度的測量,機理目前普遍采用基于機理分析的熱平衡軟測量方法。分析已無(wú)異議。但是,根據現場(chǎng)運行人員反映,當給該方法機理明確模型簡(jiǎn)單,且運用廣泛。但是據現粉機轉速變化,給粉量發(fā)生變化后煤粉濃度的變化場(chǎng)工作人員反應在穩定的給粉狀態(tài)下,該種方法能不能及時(shí)跟上,存在較大的動(dòng)態(tài)誤差分析整個(gè)測量夠較準確地反映煤粉的濃度,當給粉量發(fā)生改變后,系統,出現這種問(wèn)題可能有2個(gè)原因測量結果不能及時(shí)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(guò)管道需要一定的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō),本文根據這一實(shí)際問(wèn)題,對熱平衡法測量風(fēng)粉次風(fēng)管道內風(fēng)粉混合物流動(dòng)速度在30ms左右,而濃度的過(guò)程進(jìn)行全面分析,查找動(dòng)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(mǎn)足傳熱平因,并充分利用計算機處理信息優(yōu)勢的軟測量技術(shù)衡即可,一般不超過(guò)4m。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計算可知風(fēng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償(2,保證了熱風(fēng)送粉煤粉濃度測量的粉混合物流過(guò)這一段距離時(shí)間很短,可以忽略不計。準確性,提高了測量的實(shí)時(shí)性。該方法已成功應用(2)熱電偶作為測溫元件具有一定熱慣性,熱于多個(gè)熱電廠(chǎng)。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(wèn)題于熱慣性引起的動(dòng)態(tài)響應誤差不能實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)誤差。表1在熱風(fēng)送粉的制粉系統中溫度T的熱空氣輸列出常見(jiàn)標準熱電偶的時(shí)間常數。送從煤粉倉落下的溫度為T(mén)2的煤粉,在混合的過(guò)程表1標準熱電偶時(shí)間常數中,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,空氣與煤粉達到熱平衡溫度標準熱電標準熱電偶材料標準熱電偶時(shí)同常數/偶分度號直徑/mmT3,這一過(guò)程是一能量守恒的過(guò)程鉑銠10鉑36.18若不考慮散熱等因素,根據混合前后熱量守恒,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理計算公式銅一銅鎳鉚鉻硅一鎳硅331.80C. ti-cCe? T3-ce可以看出,對于不同材料的標準熱電偶,時(shí)間常收稿日期:2008-02-1數有很大差別,即使采用時(shí)間常數較小的鉑銠10江蘇電機工程鉑作為熱電偶材料時(shí)間常數也高達36s,而其他材化后系統差分方程為:料的熱電偶時(shí)間常數更大。作為工業(yè)應用的一次測y(n)=x(n)+2x(-1)[x(n)-x(n-1)]+量元件,為了防止磨損,通常需要加保護套管,這2τ+kT環(huán)節又加大了時(shí)間常數。由此可見(jiàn),在熱平衡法測k-22tx(n-1)-y(n-1)量煤粉濃度的過(guò)程中,一次測量參數的響應滯后是kT+導致煤粉濃度測量動(dòng)態(tài)誤差的主要原因式中k=王,設為補償系數軟測量利用計算機為處理工具,可以完成對圖2給出了時(shí)間常數為60s熱電偶的階躍響次測量量的動(dòng)態(tài)校正,提高軟測量結果的實(shí)時(shí)性和應動(dòng)態(tài)補償前和不同補償系數的輸出曲線(xiàn)。精度。2熱電偶測溫的模型及軟補償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3050100150200250300350400圖1熱電偶測溫僧號圖圖2熱電偶測溫動(dòng)態(tài)補償圖1中,環(huán)節1表示熱電偶與被測介質(zhì)之間的傳熱過(guò)程,環(huán)節2表示熱量與熱電偶熱端溫度之間由圖2可見(jiàn),熱電偶通過(guò)動(dòng)態(tài)補償后動(dòng)態(tài)響應的關(guān)系,環(huán)節3表示熱電偶熱端溫度與輸出信號熱明顯加快,且補償系數越大,速度越快,動(dòng)態(tài)誤差大電勢之間的關(guān)系。綜合上述各環(huán)節,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(dòng)態(tài)關(guān)23熱電偶的變系數軟補償系為:對于理想信號,利用上文討論的補償方法能得(3)到較好的效果,但是當信號中存在一定的干擾補償也同樣會(huì )放大噪聲的影響,有時(shí)甚至會(huì )淹沒(méi)原始信傳遞函數形式為:號,補償效果甚至會(huì )得不償失。H(s)=,(4)如圖3所示,在時(shí)間常數為60s溫度由250℃變化到280℃的熱電偶階躍響應中,加入均值為0,式中:t=RC為時(shí)間常數,r越大響應速度越慢,均方差為01的白噪聲,當補償系數較大(取k=10)r越小響應速度越快。2.2熱電偶測溫的軟補償原理時(shí),動(dòng)態(tài)響應明顯加快但是信號的質(zhì)量也隨之大幅溫度動(dòng)態(tài)補償的原理是通過(guò)在傳感器后串連一個(gè)微分環(huán)節來(lái)抵消傳感器的一階慣性,使溫度傳感器和補償環(huán)節整體的傳遞函數時(shí)間系數小于傳感器本身的時(shí)間常數。設加入濾波器后的傳遞函數為H(5)1+r(r8在實(shí)時(shí)性、準確性等方面均取得了較大的突破,|x(n)-x(n-1)|<(8)參考文獻:式中:k'為變補償系數;k為根據熱電偶時(shí)間常數選]劉穎呂震中基于軟儀表的電站風(fēng)粉濃度測量的研究[J擇的定補償系數;|x(n)-x(n-1)|為采樣信號的變電站系統工程,2006,22(1):4950,54化速度的絕對值。當1|x(n)-x(n-1)|>8,根據變化2李海青黃志光軟測量技術(shù)原理及應用北京:化學(xué)工業(yè)速度選擇補償系數;當x(n)-x(n-1)|<δ,認為變出版社,2000化是由噪聲引起的,保持原始信號[3]顧紅艷對動(dòng)態(tài)測溫中時(shí)間常數的分析[門(mén)現代機械,2002圖4為采用變系數與固定系數對含有噪聲的信4吳永生,方可人熱工測量及儀表門(mén)北京:水利電力出版號進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償的比較圖。社,1[S]陳紹炳于向軍熱工過(guò)程自動(dòng)控制原理[M南京:東南大學(xué)出版社,206】程佩青數字信號處理教程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]. Beijing: Development Of Measuring Techniques forMultiphase Flows[C], Standards Press of China, 1998050100150200250300350400[10] WALLS G BOne Dimension Two-phase Flow [M].NewYork: McGraw-Hill. 1969圖4變系數熱電偶測溫動(dòng)態(tài)補償[1]董陵風(fēng)粉在線(xiàn)監測系統工程應用研究[D].南京:東南圖4中曲線(xiàn)k=f(*)為利用變系數方法對帶有大學(xué),20噪聲的信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)補償的效果。從圖4中可以看[12]王躍宜蘇宏業(yè)牟盛靜組件化軟測量軟件包的開(kāi)發(fā)與應用門(mén)化工自動(dòng)化及儀表,2003,30(3):43-46出,變系數動(dòng)態(tài)補償能兼顧補償速度和補償效果。13]王晶軟測量系統建模的方法研究及應用設計[]儀器儀3煤粉濃度軟測量的工程應用表用戶(hù),2006,13(4):99100.煤粉濃度的測量是鍋爐風(fēng)粉系統的一個(gè)重要作者簡(jiǎn)介:監測參數。利用上文介紹的變系數動(dòng)態(tài)補償軟測量劉額(1981-),女,碩士主要從事火電廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程參數的軟方法對煤粉濃度進(jìn)行間接測量能實(shí)時(shí)準確監控該測量技術(shù)研究;參數。作為風(fēng)粉監測系統的一部分,其工程化設計呂震中(1942-),男,博士生導師,主要從事火電廠(chǎng)測控技術(shù)的研充;主要包括數據采集模塊、數據處理模塊、核心算法崔鋒(979),男,碩士,主要從事電廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程參數的測控模塊、模型校正模塊這4個(gè)主要軟測量算法模塊,電站信息化建設的研究。Research of Soft Meaurement on Hot Air Feed Pulverized-coalSending Pulverized-coal concentrationLIU Yin, LV Zhen-zhong, CUI Yan-feng(1. 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