[发明专利]一种颗粒浓度和粒径二维分布的旋转测量系统和方法

说明书

本发明属于工业生产过程在线实时测量技术领域，尤其涉及一种颗粒浓度和粒径二维分布的旋转测量系统和方法。包括超声空气耦合换能器；超声空气耦合换能器设于颗粒管道上开设的测量窗口上，超声空气耦合换能器信号输入端连接信号发生器，信号输出端通过信号线依次连接回波信号滤波器、回波信号采集模块和工控机。本发明还提供了一种利用上述系统进行颗粒浓度和粒径二维分布的旋转测量的方法。本发明实际应用时只需要在一个角度开孔，就可以实现二维测量，对场参数方法的实用性起到推动作用。

技术领域

本发明属于工业生产过程在线实时测量技术领域，尤其涉及一种测量气固两相介质内颗粒浓度和粒径二维分布的系统和方法。

背景技术

气固两相介质中颗粒浓度和粒度的准确测量对能源、电力、化工和制药等生产过程的控制和节能具有重要意义。例如，电站煤粉锅炉燃烧器中煤粉与空气的配比对燃烧效率有着重要影响。首先，如果各喷燃器出口煤粉质量流量不均匀，将会使炉膛火焰中心偏斜，进而导致炉内受热面出现局部超温和结焦等现象。其次，过高的煤粉浓度会导致燃烧不充分，降低燃烧效率，增加污染物的排放。因此，控制进入炉膛的煤粉和空气的混合比非常关键。这就要求必须能够掌握每条管道中的煤粉浓度和粒径的精确测量结果。然而，在气固两相介质的运输过程中，由于面临颗粒浓度高、分布不均匀和影响因素多等问题，流动参数的准确测量难度很大。

对气固两相介质内颗粒的浓度和粒径进行单点测量，国内外已经有较多的研究，如光学法、电学法、微波法、声学法、差压法等，但是他们的应用都存在一定的限制，例如，参见申请号为CN93212914.5的实用新型专利，其公开了一种“工业用电容式气固两相流相浓度检测装置”，该装置属于非接触式测量系统，其原理是利用离散相浓度的变化会引起等效介电常数的变化进而导致电容值发生变化，通过检测电容值的改变来实现气固两相流相浓度的检测，但是在实际应用中，工业现场的电磁干扰一般都很强烈，而且建立颗粒浓度绝对测量值与静电感应信号之间的解析函数关系式比较困难，因而应用效果受限。

而且，对浓度和粒径的单点测量也无法全面反映颗粒的实际分布情况，因而无法用于实时调节管道内的煤粉浓度，实现安全、高效、清洁、稳定的生产。通过重建方法实现对气固两相介质截面上二维分布的测量才具有更大的意义，当然，也更具挑战性。由于涉及到多探测器布置、信号处理和重建算法选择等难点，流动参数二维分布的重建的研究并没有单点测量那么广泛，其中运用层析成像法对多相流动的参数进行二维重建是主要的研究热点。层析成像的其中一种方法是通过光学系统的旋转来进行重建，这种方法与医学上的计算机层析成像(Computer Tomography，CT)扫描方式原理类似，但这种旋转的方法对实际流动测量具有一定的困难，实际的设备不可能旋转，而且也无法安装这么大的镜面。另一种采用得比较多的方法是在多个方向布置若干发射-探测单元装置来进行重建，但是这种方法需要开设多个窗口以安装发射器和接收器，利用不同测量路径得到多组投影值，虽然可以有效提高效率，但是由于有限的投影数量影响重建质量，并且在工业现场难以在测量断面布置大量开孔，从而导致实际应用较为困难。

综上，对气固两相介质截面上二维分布的测量目前面临巨大挑战，尚未有突破性的技术方案出现。因此，如何克服现有技术的不足，已成为当今工业生产在线实时测量技术领域中亟待解决的一项重大难题。

发明专利内容

本发明专利要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种颗粒浓度和粒径二维分布的旋转测量系统和方法。

为解决技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：

提供一种颗粒浓度和粒径二维分布的旋转测量系统，包括超声空气耦合换能器；超声空气耦合换能器设于颗粒管道上开设的测量窗口上，超声空气耦合换能器信号输入端连接信号发生器，信号输出端通过信号线依次连接回波信号滤波器、回波信号采集模块和工控机；

信号发生器控制超声空气耦合换能器发射超声波，超声波经由回波信号滤波器进入回波信号采集模块，最后上传到工控机；工控机控制螺旋给料机向颗粒管道进料。