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粉煤
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粉煤机含水量自动检测及加湿系统设计,粉煤,含水量,自动检测,加湿,系统,设计
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长江大学毕业设计开题报告 题 目 名 称 粉煤机含水量自动检测及加湿系统设计 院 （系） 机械工程学院 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 开题报告日期 2013年4月19日 1 题目来源生产实践2 研究目的和意义研究目的：在粉煤机工作过程中能准确的检测粉煤的含水量，及适当的对煤体进行加湿或烘干的处理，以便后续加工能更好的进行。研究意义：更好的提高粉煤机工作效率，保证粉煤机能持续稳定工作，进一步实现粉煤机的自动化工作。3 阅读的主要参考文献及资料名称 Norris, K.H. Making Light Work, Advances in Near Infrared Spec-troscopy. In Murray, I., Cowe, I.A., Ed.; Ian Michael Publications:UK, 1992.Mikio, K.; Hiroaki, M.; Naoki, G.; Yohichi, G. Novel Characteriza-tion Techniques for Pitches and Coal Slurries using Fourier TransformInfrared Spectrometry. Fuel. 1991, 70, 931. Geladi, P.; MacDougall, D.; Martens, H. Light Scattering Correction,Multiplicative Scatter Correction. Appl. Spectrosc. 1985, 39, 491.李玉忠微波水分测量技术发展历史及微波水分计制造业现状J分析仪器2006(3)4953.李光松，张传义，国外微波检测技术简介，基础自动化1996，2：4-7孟庆鼐，微波非电量的测量，合肥工业大学学报，1994，17（1）：29-34陈孟尧，徐福永，赵克玉，电磁场与微波技术北京，高等教育出版社，1989GB/T212 煤的工业分析方法杜琳瑛，廖传善.湿度环境的重要性及其实施方法.暖通空调，1990. 王毅，张早校，过程装备控制技术及应用 化学工业出版社 2012何离庆 过程控制系统及装置 重庆大学出版社，20034煤含水量自动检测及加湿系统国内外的发展趋势及现状 煤含水量检测：目前应用较多的是间接测量法,所谓间接法就是通过测量跟水分含量有关的电量或者非电量的变化，如物质的电导率、介电常数等,来相应地测定物质的含水量一般速度较快易实现在线检测。国内外用于测量物质含水量的间接法主要有电阻法、电容法、中子法、微波法及红外法等,其特点、适用范围、测量精度等各不相同。1电阻（导）法 电阻（导）法是应用最早的水分电测方法,是利用物体的直流电阻或电导随其含水量的不同而变化的原理设计的。干砂和干土等矿物的导电性均很低，而水分对物料电阻的影响较大，在低水分区范围内，这些吸湿物料的水分与电阻呈对数关系，当含水量增加时，电阻值减小，此即电阻法的测量原理。采用两个电极把被测介质夹紧，或者使两个电极插入介质中,通过检测介质的电阻值进而得出介质含水量。此方法结构简单，响应速度快，成本低，由于其取样较少，适合于非在线测量。2电容法 电容法把物料作为电介质，水分含量的高低将显著影响其介电常数的变化,通过测得的介电常数值来测量其含水量。根据被测物质不同，电容的电极结构也有所不同，主要有平板式、圆筒式等电极结构。电容法优点是电极与样品接触要求不是很严格，可靠性高，简便经济，易维护，可用于在线检测。缺点是影响因素多，受温度、品种、紧实度等影响、数据复杂，需要进行相应的补偿.才能提高检测的精度。3中子法 中子法是利用水中的氢原子核对快中子的减速作用原理来测量物料水分的，该法不破坏物质自然结构。物料体积可以很大,其缺点是氢的散射特性不稳，物料中不得含有除水以外的其它含氢物质，如碳氢化合物等。中子水分仪必须由人工标定,还需注意放射性中子源的安全防护。4红外法 红外法又称红外线吸收法，其理论基础是比尔定律，水分对特定波长的红外辐射有强烈的吸收带，根据通过被测样品后光强的变化就可得被测物的水分含量。具体方法有反射式、透射式、复合式，一般采用反射式光学结构。红外线吸收法的特点是不与被测物料接触，响应速度快，可测量导电性物质，最高精度可达百分之0.1，物料温度和密度对测量结果的影响小，测量水分范围大，但有些物料中的其它物质也具有一定程度的吸收红外线的能力，很难测得物料内部水分，仪器价格也较高。 鉴于以上方法的种种缺欠，微波法就显示出了其优点。本世纪50年代初期，发展应用微波技术测量物质的含水量，它能在实时准确测量，且处理方便、结构简单，安全可靠。结合微型计算机等技术，能对生产过程进行相应的控制，还可以形成闭环自动控制水分含量，以提高产品质量。而传统的和一般的传感方法已不能满足这方面的要求。微波测湿的发展与趋势 起初,微波测湿应用是测量谷物湿度。在改进测量谷物湿度的精度和可靠性目标上,微波频率具有某些特殊的、性质不同的优点。在很宽的频率范围内,谷物的湿度与介电特性是紧密相关的,而谷物中水的介电特性比其中干燥物质的介电特性值高得多,且对微波特别敏感。美国主要研究谷物湿度的测量,1973年,美国Kraszewski详细地讨论了用微波技术确定湿度的一般原理及测试设备,并作了大量的实验验证,提出了“密度不相关”的理论通过同时测量透射衰减后的幅值与相位来实现。 英国Hydronix公司是在混凝土工业中利用微波吸收技术进行在线湿度测量的首创者。该仪器是由探头和仪表两个基本部分构成。探头接触被测材料,将检测的信号经处理后以模拟电压形式传到仪表中,仪表将模拟电压数字化处理,变成习惯上采用含水率的百分数显示出来并经RS232或RS485传到计算机中使用。计量精度达到0.25%,并且重复性在0.1%之内,使混凝土质量大为提高。 德国Coliy公司最新设计的微波水分测试仪,采用微波吸收原理,由3部分构成:微波发生器,微波接收器,中央处理单元。它可以检测几乎所有固体的含水量,不能含有太多金属成分,测量精度较好(达1%)测量范围为0到60%或更高。它使用了微波测量和电子线路的最新技术，大屏幕触摸屏显示和输入，屏幕显示水分即时值和水分曲线，提供基本的4到20mA模拟输出，可用来在生产过程中对产品水分进行连续测量。 总的来说，国际上从事微波测湿研究的有美国、德国、英国、俄罗斯、波兰、加拿大等国。其应用领域有农产品、建材、土壤、食品、造纸、烟草、化肥、石油、纺织、煤炭、选矿等。但国外生产的各种微波测湿仪器，价格比较昂贵，也不是大规模的应用。国内也出现了关于微波测湿的各项研究，应用于粮食、烟丝、纸张、砂石、原煤、棉花、木材等，但还没有大规模展开，成本较高制约了它的发展。利用微波进行在线水分测量的研究，在国内尚属于比较先进、急需研究解决的课题，所以做本课题还是具有很强的实用价值和市场价值的。 加湿器：至今，加湿器己有不下几十种类型。可以满足各类不同领域，不同消费水平的用户的不同需求。由于其各自的优势特点，使彼此间不能完全替代。 工业加湿器既可以作为中央空调的配套产品，也可以单独使用。目前根据应用场合及工作原理，现阶段工业加湿器主要有以下类型4：高压喷雾式加湿器，湿膜加湿器，干蒸汽加湿器，离心式加湿器，超声波加湿器，电热蒸汽加湿器等等。 1、高压喷雾式加湿器 将洁净的自来水经加湿器主机增压恒定后，由管路输送到喷头内，从喷头特制的微孔中旋转喷出，在空气中雾化。平均水雾粒子仅为2030微米。喷出的水雾粒子与流动空气进行热湿交换，达到等焓加湿空气的目的。 优点：所以适合于辅助加湿的场合。 缺点：需要高压气泵，对水质要求很高，有噪音干干扰颗粒较粗，有滴水现象。汽化效率30左右。 2、湿膜加湿器 经过过滤的水通过管路送到加湿器顶部淋水器，水在重力作用下，沿湿膜材料向下渗透，水被湿膜材料吸收，形成均匀的水膜；当干燥的空气通过湿膜材料时，水分子充分吸收空气中的热量而汽化、蒸发，使空气的湿度增加，形成湿润的空气。这一过程空气的湿度增加，温度下降，但空气的焓值保持不变5。 目前湿膜加湿器有四种材料，有机湿膜、无机玻璃纤维湿膜、金属铝合金湿膜，金属不锈钢湿膜。 优点：洁净无噪音。对空气有洗涤、过滤作用。具有加湿降温功效。洁净、等焓加湿，不产生“白粉”现象。 缺点：体积大，加湿量小。 有机湿膜加湿器吸水性好，饱和效率高，材质轻，造价低，容易腐烂，易滋生细菌，需每年更换湿膜。 无机玻璃纤维湿膜加湿器吸水性好，饱和效率高，易碎品，不便安装搬运，现很少使用。 铝合金湿膜加湿器吸水性差，饱和效率低，造价高，不腐烂，可反复清洗，适合作循环水加湿系统。 使用自来水时湿膜容易结垢，水垢不吸水，蒸发面积会减少，加湿量锐减，每年要更换。 直排水湿膜加湿器的蒸发效率较低，运行时浪费水很多。 湿膜加湿器的加湿量跟风量、湿膜厚度、风压、风速和空气温湿度等参数有直接关系。 3、汽加湿器 接通蒸汽源、饱和蒸汽在喷管外套中作横向运动，环向流入弯管，进入蒸发室，由于蒸发室断面突然增大，使蒸汽减速，加之惯性作用及折流板的阻挡，蒸汽中所含的凝结水被分离出来，经蒸发室底部冷凝水出口排出；分离出水分的蒸汽由分离室顶部进入已被预热的干燥室，干燥室内充满着不锈钢过滤材料，对蒸汽中残留的水分进行过滤、分离；打开调节阀、干燥室内压力下降，汽化温度下降，残留于蒸汽中的水分再度被加热汽化，从而完成了对饱和蒸汽的干燥处理，完成了对饱和蒸汽的汽水分离，干燥的蒸汽经调节阀进入喷管，从带有消声金属网喷孔中喷出，实现了对空气的加湿处理6。 优点：温加湿，无空气污染，易于控制，加湿吸收距离短。 缺点：特定的产生蒸汽的装置，占空间大，雾粒较大，不能完全蒸发。 4、离心式加湿器 离心式加湿器的原理是离心式转盘在电机作用下高速转动，将水强力甩出打在雾化盘上，把自来水雾化成5-10微米左右的超微粒子颗粒后喷射出去。吹到空气中后，通过空气与水微粒热湿交换，达到空气充分加湿和降温的目的。目前已经广泛应用于纺织、印刷、卷烟、医药，花卉温室大棚、畜牧业、菌类栽培、气调库、木业、纸业等行业的车间、仓库所需要的湿度调节、空气净化及空气降温处理。 优点：单台加湿量很大，成本低，安装盒使用方便。 缺点：是雾化颗粒相对较粗，单台体积大，有运动部件，噪声大。 5、超声波加湿器 超声波加湿是国内外应用较广的一种加湿方式。在工作时无机械驱动、无噪音干扰、无污染，故障率低、能耗低、雾化效率高、维护简便、可靠。具有护肤美容、康体健身、净化环境等多种用途，是高效、可靠、实用的超声波空气质量调节加湿设备。既可以较大空间进行均匀加湿，也可对特殊空间进行局部温度补偿，具有较高的使用灵活性。 优点：加湿强度大，加湿均匀，加湿效率高；节能、省电；超长使用寿命。 缺点：对水质有一定的要求。 6、电热蒸汽加湿器 电热式加湿器是依据电阻加热的原理，电加热管浸没在水中，电热管通电后，依据焦耳定律，电热管产生热量，从而使水变成水蒸汽适用于各种环境，可灵活的使用及调节。 优点：易产生细菌，初投资少，加工容易。 缺点：耗大，易生成水垢。水箱内无水时，容易引起火灾。加热器寿命短维修困难。湿度测量”领域发展动态5 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路5.1主要研究内容：1. 微波水分仪：（1）研究微波测湿的原理与方法，熟悉微波器件的性能。（2）研究各种微波仿真软件，在微波实验的基础上，采用Ansoft公司的HFSS电磁仿真软件进行微波元件的仿真设计.(3)对检波后续电路进行设计,包括信号处理、单片机控制、显示结果等部分,完成智能水分仪的设计。本文的创新之处在于,将微波仿真软件应用于微波系统的设计,这将是微波电路设计发展的一种趋势。 微波检测方法按照作为传感器的微波器件的不同可以分为空间波法、传输线法和谐振腔法。a:空间波法 电磁波由波导或同轴线引至天线发射,形成空间波,在空间波传播途中放置被测物质电磁波穿过物体后再由接收天线接收进入波导或同轴线,这种方法叫做空间透射法,如果电磁波碰到物料后返回,再由原天线返回波导或同轴线,这种方法叫做空间反射法,统称空间波法。空间波法一直沿用至今,它的主要优点是可以不和被测物料接触,在一些不便于接近物料的情况下,常用这种方法。空间波法大体类型如图所示。图a是一种常用的透射波法,图b中以喇叭天线做为收发天线。想象中的空间波应该是一个平面波,能像光一样直线传播,然而在实际测量湿度的场合下,两个天线间的空间距离不允许拉的太远,因此两个天线问的电磁场分布不是理想的平面波,再加上被测物料的本身不均匀性,微波通过物料箱时,会发生绕射和反射,导致测量的不准确。为了减小微波绕射所引起的误差,被测物料应该足够大,而且要尽量放的离天线近一些,尽可能靠近接收天线放置,或在物料周围放一些吸收材料,以保证只有穿经物料的微波能量才能进入接收天线。 图b表示的是空间反射波法,只使用一个天线,既作发射,又作接收用,所接收的是含有物料水分信息在内的反射波。装置简单,易于安装,便于应用在生产线上。其缺点是分辨力不高,对含水量较低的物料适用,两次穿经物料后的反射波能量仍比第一次界面反射波能量大得多,含水量高至一定程度后分辨力迅速下降。采用这种方法要注意调节物料在空间的适当位置，以获得最佳灵敏度。b:传输线法 传输线的形式很多,分为波导式、同轴式、带状线式和微带式等,凡是用传输线来做传感器的测量方法都叫传输线法嗍。一般来说，传输线法适合用于接触式测量，而空间波法则多用于非接触式测量。传输线法测量时将被测物料放最在传输线中，而不是搁置在空间中，由于传输线内的电磁场是规则的，例如在矩形波导管中，宽边中央电场最大，在此处开
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