热风送粉煤粉浓度的软测量研究

江苏电机工程2008年5月Jiangsu Electrical Engineering第27卷第3期67热风送粉煤粉浓度的软测量研究刘颖1,吕震中2,崔彦锋3(1南京工业职业技术学院江苏南京210046;2东南大学江苏南京210096;3南京工程学院江苏南京210000擴要:针对常规热平衡法煤粉浓度测量存在动态误差的问题,提出对一次测量量进行变系教动态补偿的软测量方法。该方法提高了动态过程中的煤粉浓度的测量精度,提高了测量的实时性,保障了锅炉的安全经济燃烧。关键词:煤粉浓度;软测量;动态补偿中图分类号:TM6212文献标识码:B文章编号:10090665(2008)03-0067-03在电站锅炉燃烧过程中,风量和煤粉分配的均式中为煤粉浓度,(kg·kg2),;Cp,C2为空气在温匀性直接影响到锅炉的安全性与经济性因此有必度T1、T时的比热,·(kg·K)1];Ca,C2为煤粉在要对送粉管道的煤粉浓度进行测量。但由于管内风温度TT时的比热,[k·(kgK)1];T为一次风温粉两相流动的复杂性煤粉浓度的测量一般采用间度K;T2为煤粉温度K;T为混合温度,K。接测量的方法,即软测量的方法们1.2存在问题及分析根据锅炉不同的送粉方式采用不同的测量方对于热风送粉制粉系统,根据热量守恒原理的法。对于热风送粉锅炉送粉系统煤粉浓度的测量,热平衡法已广泛应用于锅炉煤粉浓度的测量,机理目前普遍采用基于机理分析的热平衡软测量方法。分析已无异议。但是,根据现场运行人员反映,当给该方法机理明确模型简单,且运用广泛。但是据现粉机转速变化,给粉量发生变化后煤粉浓度的变化场工作人员反应在稳定的给粉状态下,该种方法能不能及时跟上,存在较大的动态误差分析整个测量够较准确地反映煤粉的浓度,当给粉量发生改变后,系统,出现这种问题可能有2个原因测量结果不能及时跟上变化,存在较大的滞后,易造(1)落粉管到风粉混合物温度测点之间有一段成误操作。距离,流体流过管道需要一定的时间。一般来说,本文根据这一实际问题,对热平衡法测量风粉次风管道内风粉混合物流动速度在30ms左右,而浓度的过程进行全面分析,查找动态误差存在的原落粉管与混合温度测点之间的距离只要满足传热平因,并充分利用计算机处理信息优势的软测量技术衡即可,一般不超过4m。经过简单的计算可知风进行动态补偿(2,保证了热风送粉煤粉浓度测量的粉混合物流过这一段距离时间很短,可以忽略不计。准确性,提高了测量的实时性。该方法已成功应用(2)热电偶作为测温元件具有一定热惯性,热于多个热电厂。端的温度变化滞后于被测介质温度的变化。这种由1热风送粉煤粉浓度测量原理及存在问题于热惯性引起的动态响应误差不能实时测出真实温度,在给粉量发生变化后,混合温度的测量值落后于1.1基于热平衡法的煤粉浓度测量原理真实值,由此使煤粉浓度的测量存在动态误差。表1在热风送粉的制粉系统中温度T的热空气输列出常见标准热电偶的时间常数。送从煤粉仓落下的温度为T2的煤粉,在混合的过程表1标准热电偶时间常数中,空气与煤粉颗粒进行热交换,煤粉温度逐渐提高,空气温度逐渐降低,空气与煤粉达到热平衡温度标准热电标准热电偶材料标准热电偶时同常数/偶分度号直径/mmT3,这一过程是一能量守恒的过程铂铑10铂36.18若不考虑散热等因素,根据混合前后热量守恒,镍铬一镍硅332.76可以建立如下的混合机理模型铆铬一铜镍CpIT+u Ce T2=Cp2 T3+u Ce2 T3(1)铁一铜镍由上式可得浓度机理计算公式铜一铜镍铆铬硅一镍硅331.80C. ti-cCe? T3-ce可以看出,对于不同材料的标准热电偶,时间常收稿日期:2008-02-1数有很大差别,即使采用时间常数较小的铂铑10江苏电机工程铂作为热电偶材料时间常数也高达36s,而其他材化后系统差分方程为:料的热电偶时间常数更大。作为工业应用的一次测y(n)=x(n)+2x(-1)[x(n)-x(n-1)]+量元件,为了防止磨损,通常需要加保护套管,这2τ+kT环节又加大了时间常数。由此可见,在热平衡法测k-22tx(n-1)-y(n-1)量煤粉浓度的过程中,一次测量参数的响应滞后是kT+导致煤粉浓度测量动态误差的主要原因式中k=王,设为补偿系数软测量利用计算机为处理工具,可以完成对图2给出了时间常数为60s热电偶的阶跃响次测量量的动态校正,提高软测量结果的实时性和应动态补偿前和不同补偿系数的输出曲线。精度。2热电偶测温的模型及软补偿2752.1热电偶测温模型(5T=60s热电偶测温的信号框图如图1所示「环环节3050100150200250300350400图1热电偶测温僧号图图2热电偶测温动态补偿图1中,环节1表示热电偶与被测介质之间的传热过程,环节2表示热量与热电偶热端温度之间由图2可见,热电偶通过动态补偿后动态响应的关系,环节3表示热电偶热端温度与输出信号热明显加快,且补偿系数越大,速度越快,动态误差大电势之间的关系。综合上述各环节,消去中间变量大减小。6、q,得到介质温度0与输出电势E之间的动态关23热电偶的变系数软补偿系为:对于理想信号,利用上文讨论的补偿方法能得(3)到较好的效果,但是当信号中存在一定的干扰补偿也同样会放大噪声的影响,有时甚至会淹没原始信传递函数形式为:号,补偿效果甚至会得不偿失。H(s)=,(4)如图3所示,在时间常数为60s温度由250℃变化到280℃的热电偶阶跃响应中,加入均值为0,式中:t=RC为时间常数,r越大响应速度越慢,均方差为01的白噪声,当补偿系数较大(取k=10)r越小响应速度越快。2.2热电偶测温的软补偿原理时,动态响应明显加快但是信号的质量也随之大幅温度动态补偿的原理是通过在传感器后串连一个微分环节来抵消传感器的一阶惯性,使温度传感器和补偿环节整体的传递函数时间系数小于传感器本身的时间常数。设加入滤波器后的传递函数为H(5)1+r(r8在实时性、准确性等方面均取得了较大的突破,|x(n)-x(n-1)|<(8)参考文献:式中:k'为变补偿系数;k为根据热电偶时间常数选]刘颖吕震中基于软仪表的电站风粉浓度测量的研究[J择的定补偿系数;|x(n)-x(n-1)|为采样信号的变电站系统工程,2006,22(1):4950,54化速度的绝对值。当1|x(n)-x(n-1)|>8,根据变化2李海青黄志光软测量技术原理及应用北京:化学工业速度选择补偿系数;当x(n)-x(n-1)|<δ,认为变出版社,2000化是由噪声引起的,保持原始信号[3]顾红艳对动态测温中时间常数的分析[门现代机械,2002图4为采用变系数与固定系数对含有噪声的信4吴永生,方可人热工测量及仪表门北京:水利电力出版号进行动态补偿的比较图。社,1[S]陈绍炳于向军热工过程自动控制原理[M南京:东南大学出版社,206】程佩青数字信号处理教程M北京:清华大学出版社,2001[7]范从振锅炉原理[M北京:中国电力出版社,19988]岑可法锅炉燃烧试验研究方法及测量技术M北京:水利电力出版社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图4变系数热电偶测温动态补偿[1]董陵风粉在线监测系统工程应用研究[D].南京:东南图4中曲线k=f(*)为利用变系数方法对带有大学,20噪声的信号进行动态补偿的效果。从图4中可以看[12]王跃宜苏宏业牟盛静组件化软测量软件包的开发与应用门化工自动化及仪表,2003,30(3):43-46出,变系数动态补偿能兼顾补偿速度和补偿效果。13]王晶软测量系统建模的方法研究及应用设计[]仪器仪3煤粉浓度软测量的工程应用表用户,2006,13(4):99100.煤粉浓度的测量是锅炉风粉系统的一个重要作者简介:监测参数。利用上文介绍的变系数动态补偿软测量刘额(1981-),女,硕士主要从事火电厂生产过程参数的软方法对煤粉浓度进行间接测量能实时准确监控该测量技术研究;参数。作为风粉监测系统的一部分,其工程化设计吕震中(1942-),男,博士生导师,主要从事火电厂测控技术的研充;主要包括数据采集模块、数据处理模块、核心算法崔锋(979),男,硕士,主要从事电厂生产过程参数的测控模块、模型校正模块这4个主要软测量算法模块,电站信息化建设的研究。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