CN105115904B - 基于红外反射和光脉动的飞灰含碳量在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞灰含碳量测量技术，旨在提供一种红外线反射、散射理论测量飞灰中含碳量的技术。该种基于红外反射和光脉动的飞灰含碳量在线测量装置包括两台红外探测器和一台红外激光器，两台红外探测器通过导线连接至各自配套的光强计，红外激光器通过多模光纤接至传输光纤，并以传输光纤的末端作为发射头；该种飞灰含碳量在线测量的方法，通过将在线测量装置安装于烟道中来进行计算和分析。本发明克服了飞灰含碳量测量方法种种弊端，利用红外反射以及光脉动理论实现了飞灰含碳量的实时测量，并且能够在校正由于飞灰浓度以及粒径分布引起的测量误差，提高了精度。

Description

基于红外反射和光脉动的飞灰含碳量在线测量装置

技术领域

本发明涉及飞灰含碳量测量技术，具体涉及一种红外线反射、散射理论测量飞灰中含碳量的技术。

背景技术

锅炉燃烧效率的优化控制一直是火电厂生产中的重要问题，未燃尽碳含量直接反映锅炉燃烧经济性，该其数值高低在一定程度上反映了火电厂的管理水平、设备健康水平和经济效益。实时检测飞灰含碳量将有利于指导生产运行中正确调整风煤比，提高锅炉燃烧控制水平；合理控制飞灰含碳量的指标，有利于降低发电成本，提高机组运行的经济性，对提高电厂效益有着较为重要的意义。

从节能减排方面来说，减少固体不完全燃烧热损失损失既能提高锅炉燃烧经济性又有利于环境保护，符合我国可持续发展的基本国策，是科学发展观的具体体现，但其关键问题是是如何及时准确的监测飞灰含碳量。长期以来，人们一直致力于寻求一种能够在线有效监测飞灰含碳量变化情况的仪器，以达到提高锅炉效率、节能降耗的目的。

目前传统的烧失重法存在很大的时间延迟，通常为离线测量，其测量结果无法反映当前锅炉的燃烧工况，故而无法对锅炉的日常、实时运行起指导作用。而部分电厂采用的微波测碳法受煤种成分的影响明显，含水量变化会引起较大误差；此外，由于需采用取样枪在烟道内取样，测量腔的堵灰也限制了其进一步的推广。至于放射法，一方面受飞灰粒径及浓度的影响，稳定性和精度较差；另一方面γ射线的高危性要求提供良好的保护装置，使得设备的生产和维护成本上升，经济性较差。

因此，开发一种快速、准确、廉价、安全的飞灰测碳装置对电厂的运行十分重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于红外反射和光脉动的飞灰含碳量在线测量装置及方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于红外反射和光脉动的飞灰含碳量在线测量装置，该装置包括两台红外探测器和一台能产生1.064μm红外线的红外激光器；两台红外探测器通过导线连接至各自配套的光强计；红外激光器通过多模光纤接至传输光纤，并以传输光纤的末端作为发射头；

所述发射头与其中一个红外探测器对向设置，并以其连线作为中心线；发射头和另一个红外探测器之间的连线，与所述中心线之间呈45度的夹角；发射头与两个红外探测器各自保持30～40mm的间距。

本发明中，所述红外激光器、红外探测器、光强计、多模光纤和传输光纤均封装于探针结构之中；该探针结构呈锥形，主体开设有与中轴线垂直的贯穿的方形孔，所述发射头和红外探测器均设于方形孔的侧壁上(方形孔的内部区域为检测区，方形孔的壁上开有三个圆形孔，以此作为发射头和红外探测器的安装窗口。红外探测器3安装在发射头的正对面以获取透射光强，红外探测器5与发射头呈45度的夹角，以获取散射光信号)。

本发明中，所述红外激光器、红外探测器、多模光纤和传输光纤均封装于探针结构之中；该探针结构呈锥形，主体开设有与中轴线垂直的贯穿的方形孔，所述发射头和红外探测器均设于方形孔的侧壁上(方形孔的内部区域为检测区，方形孔的壁上开有三个圆形孔，以此作为发射头和红外探测器的安装窗口。红外探测器3安装在发射头的正对面以获取透射光强，红外探测器5与发射头呈45度的夹角，以获取散射光信号)。

本发明中，还包括计算机主机，所述红外激光器、红外探测器、光强计和计算机主机分别通过电缆接至电源，所述红外激光器和光强计通过信号线分别接至计算机主机。

本发明中，所述探针结构分前后两部分，其中前一部分为端部，用于装置的固定；后一部分为尾部，所述方形孔开设在尾部。

本发明中，所述探针结构的端部设用于安装的连接件。

本发明进一步提供了利用前述装置实现飞灰含碳量在线测量的方法，包括以下步骤：

(1)将所述在线测量装置安装于烟道中(一般为省煤器与空预器之间的位置)，使携带飞灰的烟气从发射头与两个红外探测器之间的空间流过；

(2)启动激光发射器以产生1.064μm的红外线，红外线在通过飞灰时因发生折射和反射而衰减，两个红外探测器接收红外信号，由各自配套的光强计转为光强信号后传递至计算机主机；

(3)由计算机主机进行计算和分析：

对于与发射头呈夹角设置的红外探测器所接收到的光强信号，根据红外反射原理对其进行分析，得到带数据误差的飞灰含碳量；对于与发射头对向设置的红外探测器所接收到的光强信号，根据光脉动原理分析飞灰浓度以及粒径分布，以此修正前述带数据误差的飞灰含碳量，得到精度提高的飞灰含碳量数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明克服了飞灰含碳量测量方法种种弊端，利用红外反射以及光脉动理论实现了飞灰含碳量的实时测量，并且能够在校正由于飞灰浓度以及粒径分布引起的测量误差，提高了精度。

(2)传统的飞灰测量装置，要么体积重量较大，且固定安装，要么实时测量能力弱。本装置采用了探针结构，实现了装置的轻便化。既便于轻便携带，同时也提高了测量装置对不同场合的适应性。

附图说明

图1为在线测量装置原理图；

图2为探针结构的主视图；

图3为图2中探针结构的立体视图；

图4为图2中探针结构的剖视图。

图中的附图标记为：1传输光纤；2飞灰；3红外探测器；4光强计；5红外探测器； 6光强计；7红外激光器；8多模光纤。

具体实施方法

参考附图，下面将对本发明实施方法进行详细描述。

如图1所示，本发明中的基于红外反射和光脉动的飞灰含碳量在线测量装置，包括两台红外探测器3、5，以及一台能产生1.064μm红外线的红外激光器7；两台红外探测器3、5通过导线连接至各自配套的光强计4、6；红外激光器7通过多模光纤8接至传输光纤1，并以传输光纤1的末端作为发射头；发射头与红外探测器3对向设置，并以其连线作为中心线；发射头和红外探测器5之间的连线与中心线之间呈45度的夹角；发射头与两个红外探测器3、5之间各自保持30～40mm的间距。

在线测量装置还包括计算机主机，所述计算机主机、红外激光器7、红外探测器3、5和光强计4、6各自通过电缆接至电源，其中红外激光器7和光强计4、6通过信号线分别接至计算机主机。

在线测量装置的主体是一个探针结构(如图2-4所示)。该探针结构呈锥形，主体开设有与中轴线垂直的贯穿的方形孔，所述发射头和红外探测器3、5均设于方形孔的侧壁上。方形孔的内部区域为检测区，方形孔的壁上开有三个圆形孔，以此作为发射头和红外探测器的安装窗口。红外探测器3安装在发射头的正对面以获取透射光强，红外探测器5与发射头呈45度的夹角，以获取散射光信号。

探针结构分前后两部分，两部分以螺纹链接。其中前一部分为端部，用于装置的固定；后一部分为尾部，所述方形孔开设在尾部。探针结构的尾部的端部设用于安装的连接件，以便将探针固定在管道上，连接件的具体选型可以根据安装现场的实际需要进行选择。整个探针结构内部根据所选用配件的具体尺寸设计固定结构。尾部的端部还开有通孔，用以通过信号线、电缆。探针结构选用的材料应为耐腐蚀、耐高温的陶瓷材料，能够满足烟道内恶劣的工作环境。

探针结构的内部封装有两种方案：一是将红外激光器7、红外探测器3、5、光强计4、6、多模光纤8和传输光纤1都封装于探针结构之中；或者，也可以只将红外激光器 7、红外探测器3、5、多模光纤8和传输光纤封1装于探针结构之中，光强计4、6与计算机主机单独封装。

本发明中，利用前述装置实现飞灰含碳量在线测量的方法，具体包括以下步骤：

(1)将所述在线测量装置的探针结构安装于烟道中(一般为省煤器与空预器之间的位置)，使携带飞灰的烟气从发射头与两个红外探测器3、5之间的空间流过。

(2)启动激光发射器以产生1.064μm的红外线，红外线在通过飞灰时因发生折射和反射而衰减，两个红外探测器3、5接收红外信号，由各自配套的光强计4、6转为光强信号后传递至计算机主机；

本发明采用1.064μm的红外线的原因是：一方面，该波长可以认为分子散射的作用可忽略，即认为衰减主要是由粒子散射造成的，适合光脉动法测量；另一方面，保证了反射光强的稳定(500-1500nm)，适合红外反射法测量。

(3)由计算机主机进行计算和分析：

对于与发射头呈夹角设置的红外探测器5所接收到的光强信号，根据红外反射原理对其进行分析，得到带数据误差的飞灰含碳量；对于与发射头对向设置的红外探测器3所接收到的光强信号，根据光脉动原理分析飞灰浓度以及粒径分布，以此修正前述带数据误差的飞灰含碳量，得到精度提高的飞灰含碳量数据。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于红外反射和光脉动的飞灰含碳量在线测量装置，其特征在于，该装置包括两台红外探测器、一台能产生1.064μm红外线的红外激光器和计算机主机；两台红外探测器通过导线连接至各自配套的光强计；红外激光器通过多模光纤接至传输光纤，并以传输光纤的末端作为发射头；

所述发射头与其中一个红外探测器对向设置，并以其连线作为中心线；发射头和另一个红外探测器之间的连线，与所述中心线之间呈45度的夹角；发射头与两个红外探测器各自保持30～40mm的间距；

启动红外激光器发射红外线，两个红外探测器接收红外信号，并由各自配套的光强计转为光强信号；与发射头呈夹角设置的红外探测器所接收到的光强信号，根据红外反射原理对其进行分析，能得到带数据误差的飞灰含碳量；与发射头对向设置的红外探测器所接收到的光强信号，根据光脉动原理分析飞灰浓度以及粒径分布，以此修正前述带数据误差的飞灰含碳量，得到精度提高的飞灰含碳量数据；

利用所述在线测量装置进行飞灰含碳量在线测量，包括以下步骤：

(1)将所述在线测量装置安装于烟道中，使携带飞灰的烟气从发射头与两个红外探测器之间的空间流过；

(2)启动激光发射器以产生1.064μm的红外线，红外线在通过飞灰时因发生折射和反射而衰减，两个红外探测器接收红外信号，由各自配套的光强计转为光强信号后传递至计算机主机；

(3)由计算机主机进行计算和分析：

对于与发射头呈夹角设置的红外探测器所接收到的光强信号，根据红外反射原理对其进行分析，得到带数据误差的飞灰含碳量；对于与发射头对向设置的红外探测器所接收到的光强信号，根据光脉动原理分析飞灰浓度以及粒径分布，以此修正前述带数据误差的飞灰含碳量，得到精度提高的飞灰含碳量数据。

2.根据权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，所述红外激光器、红外探测器、光强计、多模光纤和传输光纤均封装于探针结构之中；该探针结构呈锥形，主体开设有与中轴线垂直的贯穿的方形孔，所述发射头和红外探测器均设于方形孔的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，所述红外激光器、红外探测器、多模光纤和传输光纤均封装于探针结构之中；该探针结构呈锥形，主体开设有与中轴线垂直的贯穿的方形孔，所述发射头和红外探测器均设于方形孔的侧壁上。

4.根据权利要求1至3任意一项中所述的在线测量装置，其特征在于，还包括计算机主机，所述红外激光器、红外探测器、光强计和计算机主机分别通过电缆接至电源，所述红外激光器和光强计通过信号线分别接至计算机主机。

5.根据权利要求2至3任意一项中所述的在线测量装置，其特征在于，所述探针结构分前后两部分，其中前一部分为端部，用于装置的固定；后一部分为尾部，所述方形孔开设在尾部。

6.根据权利要求5所述的在线测量装置，其特征在于，所述探针结构的端部设用于安装的连接件。