摘要
火电厂在生产过程中，需要将研磨好的煤粉通过热空气喷吹进炉膛内，煤粉颗粒与气体所形成的流体现象为气固两相流。根据两相流流体的信息实时控制管道内煤粉的质量流量是提高发电效率的关键。气固两相流测量中的静电感应法是基于颗粒荷电特性实现颗粒浓度及流量测量的一种方法，由于其仪表结构简单、非侵入、灵敏度高、价格低廉、无需维修等优点，因此在火电厂喷煤系统这种低浓度气固两相流的测量中有着广泛的应用。 本课题借助中北大学与提塞德大学合建的“颗粒与两相流中英联合实验室”平台，针对静电信号的微弱性、煤粉质量流量难以计算的问题，本文提出了基于静电法的气固两相流中质量流量测量系统的详细设计方案。通过设计信号调理电路、信号采集电路，并完成信号的降噪与特征提取，最终建立了测量质量流量的数学模型。首先详细阐述了静电传感器的工作原理及结构设计；通过分析电荷特性设计电荷放大电路、滤波电路、放大电路，将静电电荷移动产生的pA级电流转换至mv级的电压信号，增益最高可放大100万倍；FPGA信号采集系统的主控芯片采用Intel公司的EP4CE40F，ADC采样率最高可达200ksps，设计NANDFlash存储及USB总线数据传输，实现数据离线/在线采集；在信噪分离与特征提取方面，利用了小波阈值去噪算法，更有利于煤粉静电信号的去噪，信噪比达到40db；将不同已知浓度下的信号特征值与已知的流体浓度等参数结合，拟合出信号与浓度的关系式，运用互相关算法求出粒子速度，建立起从信号到质量流量各参数的计算模型。 通过三十次实验，本文给出了四种静电信号特征值与流体浓度的关系，并将建立的测量质量流量模型进行误差分析与对比。结果表明，均方根值建立的模型的误差最小，平均在13％左右，方差建立的模型误差最大，平均在20％左右。
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