本發(fā)明涉及煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)和裝置，屬于煤粉測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

燃煤電廠面臨節(jié)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(guān)重要的作用。燃燒的精確控制的關(guān)鍵在于鍋爐各燃燒器內(nèi)風(fēng)煤比的監(jiān)測和調(diào)整。其中煤粉的質(zhì)量流量是需要監(jiān)測的一項(xiàng)重要內(nèi)容。煤粉的質(zhì)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(xiàn)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(nèi)耐磨性能較差，直接影響了產(chǎn)品的壽命；同時由于探針只是插入管道內(nèi)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(xiàn)了環(huán)狀的測量裝置即電極為環(huán)狀安裝在在輸煤管道的內(nèi)壁，這樣解決了全斷面測量的問題，也延緩了磨損，但是出現(xiàn)積塵影響測量的問題，同時磨損后更換時必須停機(jī)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(yīng)用，但是，目前的微波檢測方式在實(shí)施時只在輸送管內(nèi)的某處設(shè)置有微波檢測裝置——微波發(fā)射器和微波接收器，這種布置方式很容易造成微波泄漏，進(jìn)而檢測精度較低。要想提升檢測精度，就需要增大微波發(fā)射功率，相應(yīng)地，就要加大能量投入，增加了能量消耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)，用以解決傳統(tǒng)的微波檢測方式易造成微波泄漏的問題。本發(fā)明同時提供一種煤粉在線監(jiān)測裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括測量管，以及用于設(shè)置在所述測量管內(nèi)壁上的微波檢測裝置，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括設(shè)置在測量管內(nèi)壁上、且分別設(shè)置在所述微波檢測裝置左右兩側(cè)的左封波結(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)，所述左封波結(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)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(nèi)壁設(shè)置。

所述左封波結(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)均包括沿著測量管縱向延伸方向設(shè)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(fā)射器和微波接收器設(shè)置在測量管兩側(cè)，且微波發(fā)射器和微波接收器的連線垂直于煤粉流動方向，微波發(fā)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(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)相對于微波檢測裝置左右對稱設(shè)置。

所述金屬封波頭凸出于測量管內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)為管式結(jié)構(gòu)。

金屬封波頭由固定座和金屬管體構(gòu)成，所述金屬管體與固定座固定設(shè)置，金屬管體從測量管上對應(yīng)的孔中伸入測量管內(nèi)部，金屬管體的長度大于測量管壁厚，以凸出于測量管內(nèi)壁，固定座與測量管外壁擋阻設(shè)置。

一種煤粉在線監(jiān)測裝置，包括用于設(shè)置在測量管內(nèi)壁上的微波檢測裝置，所述監(jiān)測裝置還包括用于設(shè)置在測量管內(nèi)壁上、且分別設(shè)置在所述微波檢測裝置左右兩側(cè)的左封波結(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)，所述左封波結(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)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(nèi)壁設(shè)置。

所述金屬封波頭凸出于測量管內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)為管式結(jié)構(gòu)。

金屬封波頭由固定座和金屬管體構(gòu)成，所述金屬管體與固定座固定設(shè)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(nèi)壁，固定座用于與測量管外壁擋阻設(shè)置。

在煤粉測量管的內(nèi)壁上設(shè)有凸出于測量管內(nèi)壁的金屬封波頭，且微波檢測裝置的左右兩側(cè)均設(shè)置有至少一對金屬封波頭，那么金屬封波頭能夠構(gòu)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(dāng)利用微波對煤粉數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測時，能夠降低微波向遠(yuǎn)處泄漏的泄漏量，相應(yīng)地，檢測精度就會提高，并且也無需為了增強(qiáng)檢測精度而增大微波發(fā)射功率，進(jìn)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(fā)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(shí)施方式

煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施例

本發(fā)明提供的煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本思路在于：監(jiān)測系統(tǒng)中除了設(shè)置在測量管內(nèi)壁上的微波檢測裝置之外，還包括設(shè)置在測量管內(nèi)壁上、且分別設(shè)置在微波檢測裝置左右兩側(cè)的左封波結(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)，左封波結(jié)構(gòu)和右封波結(jié)構(gòu)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(nèi)壁設(shè)置。

基于上述基本思路，下面結(jié)合附圖做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

首先，測量管可以是專門設(shè)置的、用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shí)施例的監(jiān)測系統(tǒng)中的測量管為單獨(dú)設(shè)置的管道，那么，該管道就與微波檢測裝置和封波結(jié)構(gòu)等組成部分共同構(gòu)成一個獨(dú)立的檢測設(shè)備，即一個完整的產(chǎn)品。在進(jìn)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(jìn)行檢測。另外，不管是專門設(shè)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(fā)射器和微波接收器。利用微波對煤粉的相關(guān)數(shù)據(jù)，比如濃度等進(jìn)行測量的檢測原理如圖1所示，信號源輸出連接微波發(fā)射器2，微波發(fā)射器2發(fā)出的微波在輸送管中進(jìn)行相應(yīng)的傳輸，然后，微波接收器3接收到微波發(fā)射器2發(fā)出的微波，當(dāng)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(jìn)行處理，進(jìn)而對煤粉的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。由于微波檢測方法屬于常規(guī)技術(shù)，上述對檢測原理只進(jìn)行了簡單介紹，而且數(shù)據(jù)的具體測量算法也屬于常規(guī)技術(shù)，本實(shí)施例就不再具體描述。

現(xiàn)有技術(shù)中的微波發(fā)射器和微波接收器通常具有以下兩種布置方式：第一種，設(shè)置在輸送管的同一側(cè)，這種設(shè)置方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)測量，但是，檢測精度不高；第二種，設(shè)置在輸送管兩側(cè)，且微波發(fā)射器和微波接收器的連線(本實(shí)施例中的連線是指微波發(fā)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(shè)置方式較第一種設(shè)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(fā)明中的微波發(fā)射器和微波接收器的布置方式可以按照現(xiàn)有技術(shù)中的布置方式進(jìn)行布置，但是，為了增強(qiáng)檢測精度，本實(shí)施例給出一種布置方式，如圖1所示，微波發(fā)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(shè)置在輸送管的兩側(cè)，即相對于輸送管軸線對稱設(shè)置。另外，微波發(fā)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(xiàn)有技術(shù)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(shí)施例中，微波發(fā)射器2和微波接收器3的深入輸送管內(nèi)壁的一端超出內(nèi)壁20mm，即可以避免探頭磨損，同時可實(shí)現(xiàn)全斷面的測量。

由于煤粉輸送管、微波發(fā)射器和微波接收器，以及微波檢測原理及算法均屬于現(xiàn)有技術(shù)，因此，本實(shí)施例重點(diǎn)對封波結(jié)構(gòu)、微波發(fā)射器和微波接收器在輸送管中的具體布置方式進(jìn)行說明。

監(jiān)測系統(tǒng)包括兩個封波結(jié)構(gòu)，左封波結(jié)構(gòu)設(shè)置在微波發(fā)射器和微波接收器的左側(cè)，右封波結(jié)構(gòu)設(shè)置在微波發(fā)射器和微波接收器的右側(cè)，這兩個封波結(jié)構(gòu)均設(shè)置在測量管內(nèi)壁上。每個封波結(jié)構(gòu)均包括至少N對金屬封波頭，N≥1，也就是說，監(jiān)測系統(tǒng)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(diǎn)講，是為了將微波封在一定的區(qū)域內(nèi)，防止其泄漏到其他區(qū)域，并且，凸出于輸送管內(nèi)壁設(shè)置，因此，將這種用于形成微波諧振腔的金屬結(jié)構(gòu)稱為“金屬封波頭”。

當(dāng)N＝1時，即微波發(fā)射器和微波接收器的左右兩側(cè)均設(shè)置1對金屬封波頭，能夠形成一個微波諧振腔。但是，為了進(jìn)一步提升微波諧振腔的“強(qiáng)度”，即進(jìn)一步降低微波的泄漏，本實(shí)施例中，N≥2，即微波發(fā)射器和微波接收器的左右兩側(cè)均設(shè)置有至少兩對金屬封波頭，在微波發(fā)射器和微波接收器的對應(yīng)側(cè)沿著輸送管縱向延伸方向設(shè)置。當(dāng)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(chǔ)上，各對金屬封波頭與微波發(fā)射器和微波接收器的距離均可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)定。

為了便于后續(xù)的說明，本實(shí)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(jìn)行說明，即金屬封波頭凸出于輸送管內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)為管體結(jié)構(gòu)，也稱為管式結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，金屬封波頭并不局限于管體結(jié)構(gòu)，還可以是其他結(jié)構(gòu)形式。這樣的話，所有的封波管就構(gòu)成了一種陣列式的封波結(jié)構(gòu)。金屬封波頭，即封波管的封波原理為：封波管其實(shí)是一種截止波導(dǎo)管，根據(jù)截止波導(dǎo)理論，當(dāng)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)性、成本和安全性考慮，需要將微波截止在一定長度內(nèi)。借鑒蜂窩式電磁屏蔽結(jié)構(gòu)，在管道內(nèi)的微波檢測裝置的左右兩側(cè)插入金屬封波管，進(jìn)一步地構(gòu)成陣列式的封波結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)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(shè)計(jì)封波管深入輸送管管道相應(yīng)的深入長度，經(jīng)試驗(yàn)測試可有效減少設(shè)計(jì)頻率范圍內(nèi)微波信號的傳播和能量損耗。所以，由上述可知，本實(shí)施例中的諧振腔是結(jié)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(guī)的封閉結(jié)構(gòu)和中間開孔結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，微波發(fā)射器2和微波接收器3的左右兩側(cè)均設(shè)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(shè)置在輸送管的兩側(cè)，或者稱為相對側(cè)。而且，為了提升諧振腔的強(qiáng)度，所有的封波管、微波發(fā)射器2和微波接收器3的中心位置設(shè)置在輸送管的同一縱截面(即經(jīng)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(wěn)定性，微波發(fā)射器2和微波接收器3的左右兩側(cè)的封波管相對于微波發(fā)射器2和微波接收器3左右對稱設(shè)置。

由于封波管是固定在輸送管內(nèi)壁上，一般情況下這種組合結(jié)構(gòu)不易加工，并且封波管在磨損后不易維修和更換，所以，本實(shí)施例給出一種封波管的具體結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(shè)置(比如焊接)。在輸送管上、且需要設(shè)置封波管的對應(yīng)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(yīng)的小孔伸入輸送管內(nèi)部后，管體能夠從輸送管內(nèi)壁凸出一部分。固定座的橫截面的最遠(yuǎn)兩點(diǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)置，使固定座能夠完全遮住對應(yīng)的孔?；诜獠ü艿倪@種結(jié)構(gòu)，首先封波管和輸送管均是獨(dú)立設(shè)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(shí)現(xiàn)更換，所以更換方便。另外，通過特定設(shè)置，封波管伸出輸送管內(nèi)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(shí)施例中，如圖2所示，靠近微波發(fā)射器2和微波接收器3的左右各一對的封波管與微波發(fā)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(yuǎn)離微波發(fā)射器2和微波接收器3的左右各一對的封波管與微波發(fā)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(shè)定參數(shù)，并且，封波管超出內(nèi)壁的長度L與管徑D也成特定比例，為L＝k₀D，k₀也為設(shè)定參數(shù)。通過上述幾個參數(shù)的設(shè)定，就形成一個特定的微波諧振腔。k₁、k₂和k₀的取值是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體設(shè)定，其中，本實(shí)施例中，k₁＝3～6，k₁的具體取值參考輸送管的管道直徑，從設(shè)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(guī)格計(jì)算得到的，計(jì)算過程不屬于本實(shí)施例中發(fā)明點(diǎn)，這里就不再敘述。

在檢測時，根據(jù)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(jù)接收到的微波信號，結(jié)合相應(yīng)的檢測算法計(jì)算煤粉的濃度，信號處理模塊以及具體算法為常規(guī)技術(shù)，這里就不再具體說明。

并且，信號處理模塊也可連接微波發(fā)射器2，利用顆粒通過諧振腔時對微波產(chǎn)生一定的反射，通過微波發(fā)射器2接收微波的回波信號，信號處理模塊應(yīng)用相關(guān)算法可測量煤粉的速度(即流速)；并且在不開機(jī)時通過控制器控制微波板周期發(fā)射特定頻率段的掃頻信號，通過計(jì)算特定頻率的回波時間和微波在空氣中傳播速度可計(jì)算出管道的管徑D。

因此，利用微波發(fā)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(zhì)量流量就能夠計(jì)算出。

另外，為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，該監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后可以修正輸送管管道內(nèi)徑參數(shù)和封波管磨損情況。

煤粉在線監(jiān)測裝置實(shí)施例

煤粉在線監(jiān)測裝置與上述煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于：監(jiān)測裝置不包含測量管，而其他的組成部分與上述監(jiān)測系統(tǒng)相同，由于上述系統(tǒng)實(shí)施例已做出了詳細(xì)描述，這里就不再具體說明。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)和裝置的硬件結(jié)構(gòu)，具體的檢測算法并不是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)，所以，本發(fā)明并不局限于具體的算法。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。