一种磨煤机出口煤粉管风速调平方法及系统与流程

本技术涉及燃煤锅炉制粉系统，具体为一种磨煤机出口煤粉管风速调平方法及系统。

背景技术：

1、在大型燃煤锅炉的运行过程中，单台磨煤机出口对应配置多根平行布置的煤粉管，将制备好的煤粉与气流混合物输送至锅炉的各个燃烧器，各根煤粉管内风速的均衡性直接关系到锅炉内部的燃烧份额分布，如果各分支管道的风速分布不均，导致部分燃烧器区域因局部风速过低导致给煤偏少或发生堵管，而另一些区域则因风速过高导致火焰中心偏移或延迟着火，这极大地限制锅炉的燃烧效率与运行安全性。

2、为实现风速的动态调节，会在每根煤粉管中设置可调缩孔等节流元件，并依据测量到的风速信号对可调缩孔进行调节，然而，现有的风速测量手段多采用接触式物理探头，在高速气固两相流的持续冲刷下，探头结构表面发生磨损、结焦和物料堵塞，导致测量准确度迅速衰减，设备维护成本和更换频率随之增高。

3、为克服接触式测量的缺陷，部分技术尝试采用非接触式的声学监测手段，通过采集煤粉颗粒撞击管壁产生的机械振动音频信号来评估管内流场，但是，在电厂工业现场复杂的环境下，声学监测结果的可靠性往往面临巨大挑战，一方面，机械设备运转及管内气流共鸣会产生大量的低频环境噪声，严重干扰撞击声的提取；另一方面，撞击声的总能量不仅与管道气流速度有关，还与管内的煤粉质量浓度存在深度耦合，由于磨煤机的总给煤量以及各单管的等效给煤量在实际运行中随着负荷指令不断发生波动，现有的声学检测方法未能有效解除物料浓度对声音强度的耦合影响，使得最终解耦出的风速映射特征数据准确度低，难以真实反映管道内的宏观风速走势。

4、此外，在闭环控制和调节的实施层面，由于同台磨煤机出口的总风压在短时间内基本固定，各根平行煤粉管之间存在阻力耦合特性，调整其中一根管道的可调缩孔开度，必然会改变其余平行管道的流场阻力分配和风速状态，同时，机械执行机构的物理位移响应以及长距离管道内流场的重新稳态分布具有明显的时间滞后性，现有的控制系统在下发调节指令时，普遍缺乏针对这种滞后特性的稳定等待以及反向动作阻尼控制机制，导致多根管道的可调缩孔在阈值边界处发生交替的误动作或连续过度调节，进而引发多管阻力参数的剧烈震荡和控制死循环，无法满足全工况下多管风速闭环自适应调平的稳健性要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本技术提供了一种磨煤机出口煤粉管风速调平方法及系统，解决了传统声学监测方法受噪声与给煤量波动干扰导致风速测量不准，以及多管调节时因流阻耦合与时间滞后引起执行机构频繁误动作、控制系统震荡的问题。

2、为实现以上目的，本技术通过以下技术方案予以实现：

3、本技术第一方面提供一种磨煤机出口煤粉管风速调平方法，所述方法包括以下步骤：

4、同步获取同台磨煤机对应多根煤粉管的连续数字音频信号以及运行工况参数；

5、提取每根煤粉管的所述连续数字音频信号在特征频率区间内的功率谱密度积分值，计算生成声学总能量；

6、利用所述运行工况参数对所述声学总能量进行归一化处理以解耦出风速映射特征变量，并对所述风速映射特征变量执行时间滑窗平滑滤波以获得风速趋势特征；

7、计算同一采样周期内各根煤粉管的所述风速趋势特征的算术平均值作为全局风速基准，并计算单根煤粉管的所述风速趋势特征与所述全局风速基准的相对偏差率；

8、根据所述相对偏差率与预设的一致性容忍阈值的比对结果输出风速评价信号，以驱动对应煤粉管上的可调缩孔动作，完成多根煤粉管风速的闭环自动调平。

9、通过连续数字音频信号配合所述运行工况参数进行交叉解耦，消除运行工况参数中的实时给煤量波动对声学特性的干扰，从而准确提取出反映单根煤粉管真实气流速度的特征，并通过构建动态随动的全局风速基准实现全工况下的相对偏差率量化，为后续所述可调缩孔动作提供可靠的数据支撑。

10、在本技术的一个优选实施例中，所述同步获取同台磨煤机对应多根煤粉管的连续数字音频信号以及运行工况参数的步骤包括：

11、将所述连续数字音频信号按照设定的时间窗长度截断为离散的音频数据帧并提取物理时间戳；

12、在dcs系统传输的数据序列中，查找时间轴上距离所述音频数据帧的起始时间戳最近的刷新时间节点，并将该刷新时间节点对应的实时给煤量与实时风量锁定，作为所述音频数据帧的基准工况参数。

13、解决高频采样的连续数字音频信号与低频离散的运行工况参数之间的时间尺度不一致问题，通过时间戳就近匹配与基准锁定，确保每一帧音频数据帧都能与当前瞬时的所述基准工况参数精准映射，减少因采样频率不一致导致的数据错位偏差。

14、在本技术的一个优选实施例中，利用所述运行工况参数对所述声学总能量进行归一化处理以解耦出风速映射特征变量的步骤包括：

15、基于所述运行工况参数中的实时总给煤量构建多根平行煤粉管的质量流分配模型，计算得出单管等效给煤质量流量；

16、利用所述单管等效给煤质量流量对所述声学总能量进行归一化除法运算，并结合预设的质量浓度声学转换系数和基础底噪偏置常数进行解耦计算，得到所述风速映射特征变量。

17、基于气固两相流原理，声学总能量受颗粒撞击质量与速度的共同作用，通过构建所述质量流分配模型计算单管等效给煤质量流量，并利用除法运算剥离物料浓度的影响，从而在声学总能量中解耦出独立表征气流速度的风速映射特征变量，消除所述实时总给煤量波动导致的测量偏差。

18、在本技术的一个优选实施例中，所述计算同一采样周期内各根煤粉管的所述风速趋势特征的算术平均值作为全局风速基准的步骤包括：

19、采用格拉布斯准则或中位数绝对偏差法，对同一时刻各根煤粉管的所述风速趋势特征序列进行异常值检测；

20、剔除异常值后，利用保留的有效风速趋势特征序列计算所述算术平均值。

21、用于建立自适应控制基准，由于运行工况参数中的实时风量随负荷动态调整，使用静态绝对值无法满足变工况运行需求，通过剔除风速趋势特征序列中的离群值，确保计算出的算术平均值能够真实反映当前工况下的所述全局风速基准，增强系统的抗干扰能力。

22、在本技术的一个优选实施例中，根据所述相对偏差率与预设的一致性容忍阈值的比对结果输出风速评价信号的步骤包括：

23、当所述相对偏差率大于所述一致性容忍阈值时，输出风速偏高信号；

24、当所述相对偏差率小于所述一致性容忍阈值的负值时，输出风速偏低信号；

25、当所述相对偏差率的绝对值小于或等于所述一致性容忍阈值时，输出风速正常信号。

26、通过引入一致性容忍阈值构建免调节死区，将相对偏差率转换为离散的所述风速评价信号，既保证对风速失衡的敏感识别，又避免因微小流动脉动导致可调缩孔频繁误动作。

27、在本技术的一个优选实施例中，所述输出风速评价信号以驱动对应煤粉管上的可调缩孔动作的步骤包括：

28、在接收到所述风速偏高信号时，控制对应的所述可调缩孔减小流通截面积；

29、在接收到所述风速偏低信号时，控制对应的所述可调缩孔增大流通截面积；

30、每次调节动作均采用固定执行步长进行渐进式调节，调节动作完成后触发稳定等待延时器，在延时时长内暂停对该煤粉管下发新的调节动作。

31、利用可调缩孔的节流降压原理，通过改变局部阻力系数调节多根煤粉管风速，采用固定执行步长的渐进式调节及稳定等待延时器，充分考虑管道流场重新分布及位移的固有时间滞后特性，防止因连续过度调节引发控制超调和阻力剧烈震荡。

32、在本技术的一个优选实施例中，所述控制对应的所述可调缩孔动作的步骤还包括：

33、统计单根煤粉管的连续循环迭代次数，当达到预设的控制步数上限且所述相对偏差率仍未收敛至所述一致性容忍阈值内时，挂起自动调节并输出异常状态提示；

34、若检测到当前动作指令方向与上一次动作指令方向相反，则自动将本次执行的所述固定执行步长减半。

35、通过引入方向反馈阻尼与控制边界保护，当系统在阈值边界出现反复超调时，通过将固定执行步长减半提供动作阻尼，促使系统稳定收敛；设置控制步数上限则避免在极端工况下算法陷入死循环，保障主控系统的运行安全。

36、本技术第二方面提供一种磨煤机出口煤粉管风速调平系统，系统包括：

37、音频探头，固定安装于煤粉管弯头外壁，用于非接触采集连续数字音频信号；

38、交换机，与多个所述音频探头通信连接，用于传输所述连续数字音频信号；

39、磨煤机出口风速均衡性分析系统，与所述交换机和dcs系统通信连接，内部包含采集模块、预处理模块和分析模块；

40、所述采集模块用于获取所述连续数字音频信号和运行工况参数；所述预处理模块用于从所述连续数字音频信号中提取声学总能量并解耦得到所述风速趋势特征；所述分析模块用于计算相对偏差率并生成所述风速评价信号。

41、该系统通过各硬件模块的架构与分工，实现数据采集、网络传输、集中运算与逻辑分析的闭环集成，各模块之间信号接口对应，为磨煤机出口煤粉管风速调平方法的落地提供物理载体。

42、在本技术的一个优选实施例中，所述预处理模块内预设有所述特征频率区间，所述特征频率区间的下限频率范围为2000hz至4000hz，所述特征频率区间的上限频率范围为8000hz至16000hz。

43、该设计利用固体颗粒碰撞与设备环境噪声的频谱差异，设备运转及气流共鸣的能量集中在低频段，而煤粉固体微粒高频撞击管壁的声波分布在中高频段，限定特征频率区间能最大程度屏蔽背景噪声，提高声学总能量提取的有效性。

44、在本技术的一个优选实施例中，所述系统还包括安装于每根煤粉管管路中的所述可调缩孔及对应的执行机构，所述执行机构与所述dcs系统建立电气连接，并依据所述分析模块输出的所述风速评价信号驱动所述可调缩孔动作。

45、该结构将软件层面的风速评价信号转化为管道阻力的物理调节，通过dcs系统控制所述执行机构驱动可调缩孔动作，改变管道有效流通截面积，引发局部的涡流碰撞与流体摩擦，从而调整该管路的局部阻力系数，实现从信号监测到物理执行、再到反馈监测的完整闭环。

46、本技术提供了一种磨煤机出口煤粉管风速调平方法及系统。具备以下有益效果：

47、1、本技术通过音频探头采集煤粉颗粒撞击管壁产生的声学信号，并结合运行工况参数对声学总能量进行归一化处理，实现风速映射特征变量的解耦，这种非接触式的监测方式规避传统测量元件在恶劣工况下的磨损与堵塞问题，利用特征频率区间提取与浓度补偿模型，滤除背景噪声干扰并消除煤粉浓度波动对测量结果的影响，提升各煤粉管风速评估的准确性。

48、2、本技术利用同台磨煤机多根煤粉管风速趋势特征的算术平均值构建随工况自适应跟随的全局风速基准，并通过计算相对偏差率来量化失衡程度，配合离群值剔除机制，该方法能够自动适应磨煤机在不同负荷下的总风量变化，解决固定绝对数值基准在变工况运行中控制敏感度不一致的弊端，确保风速均衡性评价在全运行区间内的稳定性和可靠性。

49、3、本技术采用固定执行步长的渐进式调节策略，并引入稳定等待延时器与反向动作阻尼逻辑，充分考虑管路流场重新分布及机械位移的时间滞后特性，通过在检测到调节方向相反时自动减半执行步长，促使煤粉管风速偏差平稳收敛至一致性容忍阈值范围内，避免多管流场耦合引起的系统震荡及可调缩孔的频繁交替动作，保障闭环自动调平过程的平滑性与执行机构的安全。