一种煤粉仓粉位测量的装置和方法与流程

1.本发明属于煤粉仓料位测量技术领域，涉及一种热电转换装置，具体为一种煤粉仓粉位测量的装置和方法。


背景技术：

2.火力发电是目前常见的一种发电方式，火力发电是指利用可燃物，如煤碳等，在燃烧时产生热能，热能再通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式，火力发电所使用的煤，占工业用煤的50％以上，是电力用煤领域的主要用煤途径。火电厂的煤粉通常经过运输及干燥提质后输送至煤粉仓中备用，通常用料位检测仪检测煤粉仓中的煤粉量，对比实时需求发电量来配给，避免因煤粉储存量不够造成的发电事故。对煤粉仓内的煤粉余量进行测量，有利于运行人员随时掌握并控制运转。
3.目前煤粉仓的粉位连续测量是个大难题，以往电厂采用传统人工粉标测量劳动强度大，维护工作量也大，又不具备连续性。现在很多电厂用上了雷达波粉位计，但受煤粉仓复杂多变环境影响，很难达到测量准确。
4.因此，提供一种结构简单、设计合理、可连续测量及时反馈、并可以克服煤粉仓内复杂、恶劣环境、提高测量精度的粉煤仓位测量装置，具有非常重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明提出一种基于半导体温差片的煤粉仓粉位测量装置，采用根据塞贝克效应制成的半导体温差片，利用导热管和煤粉表面的温度差，半导体温差片冷端和热端产生电能，并利用数据转换、处理器和计算单元，把电量信号转换成粉位信号。
6.本发明采用的技术方案为：
7.一种煤粉仓粉位测量的装置，包括竖直安装于煤粉仓的金属导热管、半导体温差片组和信号转换模块，其特征在于：利用塞贝克效应，通过半导体温差片冷端和热端的温度差产生电能，最终把电量信号转换成粉位信号。
8.半导体温差片组由n个半导体温差片单元纵向排列而成，固定在安装基板上，n为大于1的自然数；所述半导体温差片单元由半导体温差片紧和冷面散热器组成，所述半导体温差片并联连接并紧贴所述冷面散热器，所述冷面散热器另一面固定在温差固定板上；所述温差固定板固定在所述安装基板上；每个所述半导体温差片单元之间设有绝缘隔热板，所述半导体温差片通过导线与装置底部电源导出端子相连。测量单元为半导体温差片组由多个温差片单元纵向排列而成，并安装在温差片安装基板上，温差片安装基板与安装槽的外壁相对固定，所述半导体温差片之间的连接为并联连接，通过阵列组合并联后得到单组阵列温度感应模块，该模块可以感应两热力表面温差，温差越大温差片输出电量越大。
9.所述金属导热管沿煤粉仓边缘垂直放置，上部和和下部分别固定焊接在煤粉仓上，金属管具有良好的导热性能，管内通入冷却空气进行散热；所述金属导热管外壁上设有安装槽，所述半导体温差片组安装在基板上，通过所述安装槽安装在所述金属导热管外壁
上。其中，信号转换模块由电量数据转换单元、处理器和计算单元组成。所述的电量数据转换、处理器和计算单元把电量信号转换成粉位信号。
10.一种煤粉仓粉位测量方法，其特征在于：该方法基于权利要求1-4提出的装置，根据煤粉仓料位层温度分布状况，煤粉表面层温度最高，并往下温度逐渐下降，温差片在煤粉表面层的温差最大，电量也最大，从而通过数据转换和处理器进行粉位判别，包括如下步骤：
11.第一步：测量冷空气进口和出口温度，煤粉仓温度，温差片总电量；
12.第二步：对每段料位信号进行数据采集；
13.第三步：根据神经网络模型计算出煤粉高度值；
14.第四部：经电缆传至单元控制室内的显示仪表。
15.数据转换和处理器采用8031cpu作为主控单元；所述神经网络建模可以用试验数据进行学习建模；输入煤粉仓设计参数、煤粉仓高度、测量冷空气进口和出口温度、煤粉仓温度、温差片总电量，根据神经网络模型计算出煤粉高度值；实时数字显示器可设置上、下限报警输出值；所述显示仪表测量精度为0.5级，并配有标准串行通讯接口，可连至主控微机，与计算机系统进行通信。
16.本发明的有益效果在于：
17.本发明的基于半导体温差片煤粉仓粉位测量装置，将多个单组阵列温度感应模块组合，安装在模块-管道的安装基础部件即安装槽上，模块采用的导热、绝热和散热设计，能够确保模块提高测量效率。
18.结构简单、设计合理、可连续测量及时反馈、并可以克服煤粉仓复杂、恶劣环境、提高测量精度的粉煤仓位测量装置，具有非常重要的意义。其中的单组阵列温度感应模块采用模块化设计，作为基本测量单元，采用可快速拆装设计，便于检修和更换。此外，本装置的测量精度高(0.01m)，且不受介质温度、湿度、密度等变化的影响。因此本发明测量可以用于电站煤粉仓及其类似物料场所，满足长期持续的重要参数监测的要求。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
20.图1示出了本发明提出的基于半导体温差片煤粉仓粉位测量装置的结构示意图；
21.图2示出了本发明中半导体温差片组的结构示意图；
22.图中：1、煤粉仓；2、转换器；3、金属导热管；4、安装槽；5、半导体温差片组；6、温差片安装基板；7、半导体温差片；8、温差片固定板；9、绝缘隔热板；10、电源导出端子。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.如图1所示，包括煤粉仓1、转换器2、金属导热管3、安装槽4和半导体温差片组4。金属导热管沿煤粉仓边缘垂直安装，上、下部分别固定焊接在煤粉仓上，金属管具有良好的导热性能，管内通入冷却空气进行散热；安装槽4的内壁为圆形，安装槽4的外壁为长方形，安装槽4通过安装槽固定耳套装在所述的金属导热管3外；半导体温差片组5固定在安装槽4的多边形外壁上。根据煤粉仓料位层温度分布状况，煤粉表面层温度最高，并往下温度逐渐下降，因金属导热管内部接入电厂工业用压缩空气进行散热，导致半导体温差片两面产生温度差，利用塞贝克效应，可产生电流。半导体温差片在煤粉表面层的温差最大，电量也最大，由此可判断电量最大的位置即煤粉层的上表面位置。最终通过转换器2，将电流信号转换为粉位信号。
25.如图2所示，半导体温差片组由n个半导体温差片单元纵向排列而成，固定在安装基板6上，电源导出端子10安装于所述安装基板6的底部，通过导线与各个温差片7连接，n为大于1的自然数；每个半导体温差片单元由半导体温差片7、绝缘隔热板9和冷面散热器组成，称为一个温度感应模块。安装基板6与安装槽4的多边形外壁相对固定，所述的温差片固定板8通过螺钉与温差片安装基板10通过螺钉相对固定，温差片固定板8为方框形，多个半导体温差片7安装在温差片固定板8上的多个方框内，每个半导体温差片7分别通过导线(图中未示出)与本温差片组下部的电源导出端子10相连。
26.以下结合附图，详细介绍本发明基于半导体温差片煤粉仓粉位测量装置的工作原理如下：
27.本发明基于半导体温差片煤粉仓粉位测量装置，利用根据塞贝克效应制成的半导体温差片，通过半导体温差片冷端和热端的温度差产生电能，通过温差片串并联设计组合得到适合的电压和功率；金属导热管3与冷面散热器贴合安装，作为温差片的冷端，半导体温差片的热端为煤粉仓料位层。
28.根据煤粉仓料位层温度分布状况，煤粉表面层温度最高，并往下温度逐渐下降，温差片在煤粉表面层的温差最大，电量也最大，从而通过数据转换和处理器进行粉位判别。
29.本发明基于半导体温差片煤粉仓粉位测量装置，其中的单片半导体温差片通过阵列组合后得到单组阵列温度感应模块，该模块可以使用于与粉仓环境温度温差25℃以上的热力表面，温差越大电源可输出功率越大、产生的电量越大。
30.本发明基于半导体温差片煤粉仓粉位测量装置，数据转换和处理器采用8031cpu作为主控单元，对每段料位信号进行数据采集，经神经网络模型数据处理后，转换成粉位信号，经电缆传至单元控制室内的显示仪表。实时数字显示器设有上、下限报警输出。此显示仪表测量精度为0.5级，并配有标准串行通讯接口，可连至主控微机，与计算机系统进行通信。实现煤粉仓内连续测量及时反馈、并可以克服煤粉仓复杂、恶劣的环境、提高测量精度。
31.本实施例中是基于bp神经网络模型而建立的，具体步骤如下：
32.1.采集煤粉仓数据，确定输入输出值；
33.输入煤粉仓设计参数、煤粉仓高度，测量冷空气进口和出口温度、煤粉仓温度、温差片总电量，输出煤粉仓内粉位高度值。
34.2.数据预处理，并确定训练参数；
35.对采集的数据进行预处理操作：去除信号数据的奇异点、数据归一化处理和将输出信号进行相似化处理，然后确定训练参数，包括隐藏层节点数、显示中间结果的周期、最
大迭代次数、学习率和误差阈值。
36.3.得到bp神经网络模型，测试并做优化处理；
37.使用得到的训练参数进行网格训练，确定一个三层bp神经网络模型，将模型的输出值与实际测量的仓内粉位高度值进行对比，得到误差，将误差反传，优化模型，最终得出最优bp神经网络模型。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。