[发明专利]一种生物质与煤粉混燃过程参数检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电容成像技术的生物质与煤粉混燃过程参数检测装置，属于检测技术领域。

背景技术

目前，电力行业的能源消耗主要是煤炭，随着电力需求的急剧增加，煤炭资源日益短缺，而生物质能源是取之不尽用之不竭的可再生能源，生物质在CO₂总量上实现了“零排放”，消除了产生温室效应的根源，开展生物质发电技术研究对于节能减排具有重大意义。

直接燃烧发电是生物质发电的主流技术，但由于生物质燃烧的稳定性较差，因此通常在生物质中掺入一定量的煤粉进行混合燃烧。生物质与煤粉相比具有不同的特征：如生物质的含水量、挥发份和金属氧化物含量高于煤粉，但其密度和热当量比煤粉低，导致混烧过程经常出现火焰稳定性差、热效率低、渣化和结垢等问题。

与此同时，燃料管道中的空气、生物质和煤粉属于气固固三相流。由于生物质和煤粉的物理特性存在较大差异，从而造成燃料在管道中分布不均匀，使得最终到达燃烧器各喷口的生物质和煤粉的混合比例偏离预设值，进而影响混烧过程的燃烧状况。显然，准确测量两种燃料的混燃过程参数是对生物质及煤粉混合流动及燃烧特性进行深入研究的前提，但由于目前还没有一种理想的检测装置，限制了该项研究的深入进行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种生物质与煤粉混燃过程参数检测装置，检测生物质及煤粉混合流动及燃烧特性相关参数，为锅炉燃烧自动调节及优化燃烧操作提供数据。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种生物质与煤粉混燃过程参数检测装置，构成中包括检测电路和安装在被测燃料管道不同位置上的两个电容极板阵列传感器，每个传感器包括绝缘管和多个检测电极，所述绝缘管串接在燃料管道上，多个检测电极沿周向均布于绝缘管的外壁上并分别与检测电路的不同输入端电连接，所述检测电路按下列步骤测量燃料管道内混合燃料的质量流量：

a. 对每个电容极板阵列传感器，分别测量其检测电极间的电容值                                                ；

b. 利用电容成像图像重建算法获得生物质煤粉混合分布图像，计算相浓度

设煤粉和生物质的介电常数分别为和，，每个电容极板阵列传感器的检测电极数为N，则重建图像中第k个像素的灰度g(k)可表示为：

， 

其中：为管内充满空气时的电容值；

为管内充满生物质时的电容值；

       为管内存在生物质及煤粉混合物时电极i，j间的测量电容值；

       为像素k对电极i，j间电容的灵敏度，其定义为：

    ，

其中：为由像素面积决定的系数，即， 

，

其中，为像素k的面积，为成像区域截面面积；

生物质与煤粉混合颗粒的相浓度为：

此处需给出相浓度的表达式：

,

其中,M为成像区域总像素数；

c. 通过互相关计算获得生物质与煤粉混合颗粒流速

从测得的两个传感器的电极间电容数据中提取出反映介质流动状况的特征数据，分别设为和（x，y信号可以取为所有电容测量值的平均值，也可以取为某个电容值），两路信号的互相关函数为：

，

取得最大值处所对应的值即为流体经过上、下游传感器截面的渡越时间，设两传感器间距为L，则生物质与煤粉混合颗粒流速v可按下式计算获得：

       ； 

d.计算生物质与煤粉混合颗粒的质量流量

将生物质与煤粉混合颗粒的相浓度与其速度v相乘，获得混合颗粒的质量流量。

上述生物质与煤粉混燃过程参数检测装置，所述电容极板阵列传感器的相邻检测电极之间设置有屏蔽电极，每个屏蔽电极均与多个检测电极外部的屏蔽罩电连接。

上述生物质与煤粉混燃过程参数检测装置，每个电容极板阵列传感器的检测电极数为8～16之间的偶数。

上述生物质与煤粉混燃过程参数检测装置，在屏蔽罩与绝缘管之间的空隙内设置有填充材料。