CN111060532A - 空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统及方法，系统包括：可对烟道到的飞灰进行实时测量的旁路测量单元和测量装置。测量方法为：先同种煤的标准灰样导入空心金属波导内进行测量，得到标准灰样S21幅值或相位数据，对数据进行拟合，得到标准灰样不同频点下拟合关系式；启动空压机通过射流器和旋风分离器将烟道内的飞灰导入空心金属波导内，通过矢量网络分析仪选取任意频点对导入飞灰的进行测试，得到被测灰样的S21幅值或相位数据，代入关系式计算含碳量。本发明具有更高的分辨率与测试精度，且不同含碳量间的测试结果有较为平稳且明显的区分，含碳量每2％的增长，对应S21幅值参数有15～20°的变化，精度更优。

Description

空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统及方法

技术领域

本发明涉及测试火电厂尾部烟道飞灰含碳量电磁参数的领域，具体是一种空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统及方法。

背景技术

飞灰含碳量是反映火电厂锅炉燃烧效率的重要参数，对飞灰中含碳量进行精确、及时、有效地监测对于调整锅炉燃烧，提高燃烧效率有着非常重要的意义。目前已经发展了多种应用较为广泛的飞灰含碳量测量方法，主要分为物理测量和软测量方法两大类。物理测量即利用碳的可燃性及高介电常数等物化特性检测飞灰含碳量，主要包括烧失法、流化床CO₂法、光声效应法、放射法、和微波法等。灼烧法即通过飞灰样品燃烧前后的重量差求得飞灰的含碳量,这既是飞灰含碳量的传统分析方法，也是对飞灰样品进行标定的技术基础。流化床 CO₂测量法通过监测飞灰样品燃烧后产生CO₂的含量计算出飞灰含碳量。上述两种方法存在化验滞后时间较长、分析结果代表性差等严重缺点,不能及时有效地指导生产。光声效应法利用粉煤灰吸收脉冲单色光后产生的声信号来检测煤粉中的含碳量和飞灰的其它组分。放射法将飞灰看成是由高原子序数物质(Si、Al、Fe等)与低原子序数物质(C、H、O)两类物质组分构成的混合物。利用光电效应和康普顿散射效应，当飞灰中含碳量低时，光电效应较强而康普顿散射效应较弱。反之，则光电效应较弱而康普顿散射效应较强。通过核探测器记录射线强度的变化可以测量出飞灰中的含碳量。以上方法理想状态下测量精度较高，但煤质多变煤种成分复杂，测量精度受飞灰颗粒的影响很大。而放射法中γ射线对人体有巨大的伤害性,对保护装置的要求高，成本上升。另外，分析滞后以及样品的代表性不理想等问题同样存在,仍无法满足现场需求。

微波法是目前研究、应用最多，测量速度最快的测碳方法，该方法依据飞灰中碳元素对微波能量的吸收或对微波相位的影响来检测锅炉飞灰含碳量，能实现在线测量的要求。随着研究的进一步深入，测量精度和速度有望得到进一步的提高。依照原理，微波测碳主要有微波吸收、微波谐振法两类；按照灰样的收集方式，主要有取样式微波测碳法和无灰路微波直接测碳法。据了解，现在仍有很多电厂还在使用取样法对飞灰样品进行检测，取样法普遍存在着以下问题：灰样进入测量腔时温度急剧下降出现结露使测量腔堵灰、不清楚尾部烟道烟气流场的特点与分布而使取样缺乏代表性、忽略飞灰浓度对测量结果的影响，附加设备复杂增大仪器设备的投资和维护成本。随后，有学者提出烟道内置式飞灰含碳量测试系统，结构简单，无需取样，可以达到实时测量的要求。该方法虽然解决了采样代表性和堵灰等问题, 但仍存在微波信号多径反射干扰以及烟道飞灰密度不确定的问题，测试结果的可信度受到质疑。

以上这些问题的存在很难满足火电厂实时、准确检测飞灰含碳量的要求。本发明就是解决这些问题的一种利用空心金属波导在动态条件下检测尾部烟道飞灰含碳量电磁参数的方法。

发明内容

本发明公开了一种空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统及方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统，其特征在于，该系统包括：

旁路测量单元，用于对烟道到的飞灰进行实时采集；

测量装置，用于发出微波对所述旁路测量单元内部的飞灰进行测量，并对测量数据进行分析旁；

其中，所述旁路测量单元与烟道连接，所述测量装置通过同轴电缆与所述旁路测量单元连接。

进一步，所述旁路测量单元包括：

用于利用传输的微波信号对飞灰含碳量对进行测量的空心金属波导；所述空心金属波导的外侧壁上对称设有2个微波传输口，2个所述微波传输口通过套管分别与同轴转换器连接所述套管上设有用于降温和避免被测量烟气的高温对同轴转换器产生影响的冷却装置；

所述空心金属波导两端内部均设有用于对电磁波进行反射，使电磁波无法向与之连接的空心金属波导的两端逆向传输，避免能量溢散的电磁波隔离装置；

所述空心金属波导通过两端的连接法兰与用于对烟气进行气固分离，再将分离后烟气导入所述空心金属波导内的烟气处理装置连接；

标样灰样入口设置在其中一个连接法兰上，并与所述空心金属波导内部联通；

所述测量装置通过同轴电缆与2个所述同轴转换器连接。

进一步，所述装置还包括用于对空心金属波导内部进行吹扫的吹扫单元，所述吹扫单元包括吹扫连接管路、正向吹扫阀门和反向吹扫阀门；所述正向吹扫阀门和反向吹扫阀门的一端通过管路分别与所述空心金属波导两端连接，另一端通过扫连接管路与吹扫气源连接。

进一步，所述装置还包括用于防止温度传递和密封作用的隔热密封组件和用于对输入和输出的电磁波的频率进行调整的金属耦合片；所述隔热密封组件和金属耦合片均设置在所述冷却装置和微波传输口之间；

所述隔热密封组件为云母片，所述云母片厚度为0.5mm-1mm；所述金属耦合片为矩形主体，所述矩形主体中心位置设有圆角矩形通孔；所述金属耦合片的数量为一组或多组。

进一步，所述烟气处理装置包括射流器、旋风分离器和空压机；

其中，所述射流器包括第一射流器和第二射流器，所述第一射流器和第二射流器通过法兰设置在所述空心金属波导的两端，所述旋风分离器设置在所述第一射流器和法兰之间。

进一步，所述电磁波隔离装置为矩形金属片，矩形金属片的厚度为0.8-1.2mm；且所述电磁波隔离装置的一端位于与所述空心金属波导的端部，另一端置于所述微波传输孔的上方，端部不超过所述微波传输孔的圆心位置。

进一步，所述空心金属波导的长度为测量微波波长的偶数倍，且空心金属波导的长度不大于300mm，所述空心金属波导的截面为圆形或矩形。

本发明的另一目的是提供一种采用上的装置的对飞灰测试的方法，具体包括以下步骤：

S1)先通过标样灰样入口打入同种煤的标准灰样到空心金属波导中，空心金属波导内的微波对标准灰样进行测量，测量装置得到数据后分析得到标准灰样的S21幅值、S21相位的数据，并对得到S21幅值和相位数据进行拟合，得到标准灰样在不同频点下的拟合关系式；

S2)启动空压机通过第一射流器和旋风分离器将烟道内的飞灰导入空心金属波导内，通过测量装置选取任意频点的微波对导入待测飞灰的进行测量，得到被测灰样的幅值和相位，代入S1)得到关系式计算待测灰样的含碳量。

进一步，所述S1)的具体步骤为：

S1.1)先通过标样灰样入口打入通过同种煤的标准灰样导入空心金属波导内；

S1.2)启动测量装置对空心金属波导内的标准飞灰进行测量，得到标准飞灰的S21幅值和相位数据，使用线性、二次或指数函数分别对得到的S21幅值和相位数据进行拟合，选取拟合度最优的拟合结果或拟合优度大于0.95的拟合结果作为标定曲线，得到不同频点下拟合关系式。

进一步，所述S2)的具体步骤为：

S2.1)取灰，从同一电厂尾部烟道取得的待测灰样(同一电厂相同煤种、相同频点下未知含碳量)送入旋风分离器17进行气固分离，气体被排出，飞灰固体颗粒由于自身重力及第一射流器15形成的负压落入空心金属波导内；

S2.2)启动测量装置对空心金属波导的待测飞灰进行测量，得到测量飞灰的S21幅值和相位数据，将测得的S21幅值和相位数据代入 S1.2)得到标定曲线的拟合关系式，即可得到待测飞灰含碳量的确定数值。

进一步，所述方法还包括S4)，吹扫清洗步骤，关闭测试回路，启动吹扫程序，正向吹扫自上而下进行，压缩空气分别对第一射流器、旋风分离器、波导、第二射流器进行正向吹扫。反向吹扫自下而上进行，路径与正向吹扫相反。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明装置可从电厂尾部烟道取出的灰样，以悬浮流动的状态经过波导管，微波信号直接穿过被测灰样得到测试结果。波导管的实质是“测量通道”而非“输灰通道”。

微波测碳法的测量结果应该具有测量的溯源性，即必须具备可以与测量结果相联系的系列参考标准，并能通过校准、比对、验证等形式实现。然而，现场无论取样式还是无灰路式测碳法都存在无法实现测量值溯源的问题，也就是不能在现场对测量装置进行在线标定。利用空心金属波导动态条件检测飞灰含碳量，可将标准灰样从标灰入口送入波导管，在相同测试环境下对测试结果进行标定。

3)动态测试包括吹扫环节。吹扫是主要针对灰回路进行的工作，被测灰样不断从取灰口取出流经波导管，一段时间后，波导管内壁会有残留灰样附着现象，灰样粘附过多则会对测量的零位有所影响，从而使测试精度下降。另外，吹扫环节还可以防止测量单元各部件内腔壁粘附造成堵塞。为加强吹扫效果，采用正向、反向拉动吹扫模式。例如测量30分钟后，对整个测试通道吹入压缩空气，正向(自上而下)、反向(自下而上)分别通气30秒(具体时间由现场取样情况而定)。正反向吹扫流程结束，打开空气阀，使测量装置通大气，启用测量仪表的“零位校正”程序。

4)与其他测试方法相比，本发明具有更高的分辨率与测试精度。相同测试条件下，与现有自由空间测试方法对比发现：自由空间法测试数据混乱，难以区分，不易进行含碳量与微波衰减的理论分析；而本发明不同含碳量间的测试结果有较为平稳且明显的区分，含碳量每 2％的增长，对应S21参数有15～20°的变化，精度更优。

附图说明

图1为本发明空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统的结构示意图。

图2为本发明的旁路测量单元的结构示意图。

图3为采用本发明方法的实施例测试结果曲线示意图。

图中：

1.空心金属波导，2.冷却装置，3.同轴转换器，4.电磁波隔离装置，5.连接螺栓，6.固定槽，8.隔热密封组件，9.金属耦合片， 10.微波传输口，11.连接座，12.隔热层，13.套管，14.测量装置， 15.第一射流器，16.第二射流器，17.旋风分离器，18.空压机，19. 样气导入口，20.正向吹扫阀门，21.反向吹扫阀门，22.连接法兰， 23.吹扫管路，24.连接管，25.烟气连接管，26.烟道，27.排灰管道。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明一种空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统，该系统包括：

旁路测量单元，用于对烟道到的飞灰进行实时采集；

测量装置14，用于发出微波对所述旁路测量单元内部的飞灰进行测量，并对测量数据进行分析旁；

其中，所述旁路测量单元与烟道26连接，所述测量装置14通过同轴电缆与所述旁路测量单元连接。

进一步，所述旁路测量单元包括：

用于利用传输的微波信号对飞灰含碳量对进行测量的空心金属波导1；所述空心金属波导1的外侧壁上对称设有2个微波传输口10， 2个所述微波传输口10通过套管13分别与同轴转换器3连接所述套管13上设有用于降温和避免被测量烟气的高温对同轴转换器产生影响的冷却装置2；

所述空心金属波导1两端内部均设有用于对微波进行反射，使微波无法向与之连接的空心金属波导1的两端逆向传输，避免能量溢散的电磁波隔离装置4；

所述空心金属波导1通过两端的连接法兰22与用于对烟气进行气固分离，再将分离后烟气导入所述空心金属波导1内的烟气处理装置连接；

标样灰样入口19设置在其中一个连接法兰22上，并与所述空心金属波导1内部联通；

所述测试装置14通过同轴电缆与2个所述同轴转换器连接。

所述装置还包括用于对空心金属波导内部进行吹扫的吹扫单元，所述吹扫单元包括吹扫管路23、正向吹扫阀门20和反向吹扫阀门21；所述正向吹扫阀门20和反向吹扫阀门21的一端通过管路分别与所述空心金属波导1两端连接，另一端通过扫连接管路23与吹扫气源连接。

进一步，所述装置还包括用于防止温度传递和密封作用的隔热密封组件8和用于对输入和输出的电磁波的频率进行调整的金属耦合片9；所述隔热密封组件8和金属耦合片9均设置在所述冷却装置2 和微波传输口10之间；

所述隔热密封组件8为云母片，所述云母片厚度为0.5mm-1mm；所述金属耦合片9为矩形主体，所述矩形主体中心位置设有圆角矩形通孔；所述金属耦合片9的数量为一组或多组。

所述烟气处理装置包括射流器、旋风分离器17和空压机18；

其中，所述射流器包括第一射流器15和第二射流器16，所述第一射流器15和第二射流器16通过连接法兰22设置在所述空心金属波导1的两端，所述旋风分离器17设置在所述第一射流器15和连接法兰22之间。

所述电磁波隔离装置4为矩形金属片，矩形金属片的厚度为 0.8-1.2mm；且所述电磁波隔离装置4的一端位于与所述空心金属波导1的端部，另一端置于所述微波传输口10的上方，端部不超过所述微波传输口10的圆心位置。

所述空心金属波导1的长度为测量微波波长的偶数倍，且空心金属波导1的长度不大于300mm，所述空心金属波导1的截面为圆形或矩形。

本发明的另一目的是提供一种采用上的装置的对飞灰测试的方法，具体包括以下步骤：

S1)先通过标样灰样入口19打入同种煤的标准灰样到空心金属波导1中，空心金属波导1内的微波对标准灰样进行测量，测量装置 14得到数据后分析得到标准灰样的S21幅值和相位的数据，并对得到S21幅值和相位数据进行拟合，得到标准灰样在不同频点下的拟合关系式；

S2)启动空压机18通过第一射流器15和旋风分离器17将烟道内的飞灰导入空心金属波导1内，通过测量装置14选取任意频点的微波对导入待测飞灰的进行测量，得到被测灰样的幅值或相位，代入 S1)得到关系式计算待测灰样的含碳量。

进一步，所述S1)的具体步骤为：

S1.1)先通过标样灰样入口19打入通过同种煤的标准灰样导入空心金属波导1内；

S1.2)启动测量装置4对空心金属波导1内的标准飞灰进行测量，得到标准飞灰的S21幅值和相位数据，使用线性、二次或指数函数分别对得到的S21幅值和相位数据进行拟合，选取拟合度最优的拟合结果或拟合优度大于0.95的拟合结果作为标定曲线，得到不同频点下拟合关系式。

进一步，所述S2)的具体步骤为：

S2.1)取灰，从同一电厂尾部烟道取得的待测灰样(同一电厂相同煤种、相同频点下未知含碳量)送入旋风分离器17进行气固分离，气体被排出，飞灰固体颗粒由于自身重力及第一射流器15形成的负压落入空心金属波导1内；

S2.2)启动测量装置14对空心金属波导1的待测飞灰进行测量，得到测量飞灰的S21幅值和相位数据，将测得的S21幅值和相位数据代入S1.2)得到标定曲线的拟合关系式，即可得到待测飞灰含碳量的确定数值。

进一步，所述方法还包括S4)，吹扫清洗步骤，关闭测试回路，启动吹扫程序，正向吹扫自上而下进行，压缩空气分别对第一射流器、旋风分离器、空心金属波导1、第二射流器进行正向吹扫；反向吹扫自下而上进行，路径与正向吹扫相反。

所述微波频率为9-18GHz。

S21＝b2/a1,S21是指当输出端口被端结时的正向传输增益。

实施例：

所述装置包括：烟气连接管25、空心金属波导1、同轴转换器3、电磁波隔离装置4、第一射流器15、第二射流器16、旋风分离器17、冷却装置2、测量装置14和空压机18；

其中，所述空心金属波导1的两端均设有连接法兰22，所述旋风分离器17设置在所述空心金属波导1的一端，并所述连接法兰22 连接，且该连接法兰22上设有样气导入口19；

所述第一射流器15和第二射流器16设置在所述空心金属波导1 两端，第一射流器15与所述旋风分离器17连接，第二射流器16与另一端的连接法兰连接，所述第一射流器15和第二射流器16之间通过连接管24连接；

所述烟气连接管25一端与烟道26连接，另一端分别与所述第一射流器15和旋风分离器17连接，排灰管道27一端与烟道26连接，离过一端与第二射流器16连接；

所述测量装置通14过同轴转换器3与所述空心金属波导1连接；

所述冷却装置2设置在所述同轴转换器3与所述空心金属波导2 之间；

所述电磁波隔离装置4设置在所述空心金属波导1内部的两端；

所述空压机18通过管路分别与第一射流器15与第二射流器16 连接。

所述装置还包括用于对空心金属波导进行吹扫的吹扫单元，所述吹扫单元包括吹扫管路23、正向吹扫阀门20和反向吹扫阀门21；所述吹扫管路23一端与所述空压机18连接，另一端通过所述正向吹扫阀门20和反向吹扫阀门21分别与所述空心金属波导1的两端连接。

如图2所示，所述空心金属波导1的侧壁上对称设有2个微波传输孔10，2个所述微波传输孔10上均设有连接座11，2个所述冷却装置套结在管套13上，且冷却装置2的一端通过连接螺栓分别与2 个所述连接座连接，2个所述冷却装置的另一端分别与2个所述同轴转换器3连接，2个所述同轴转换器3通过同轴线缆与所述测量装置 14连接。

根据本公开实施例，所述装置还包括用于起到隔离温度传递和密封作用的隔热密封片8和用于调整对飞灰检测的微波信号的频率的金属耦合片9；

所述隔热密封片8和金属耦合片9的中心位置均设有与所述微波传输孔10的截面积相同的微波传输孔，且所述隔热密封片8和金属耦合片9叠加设置在所述连接座11与所述冷却装置2之间。

所述电磁波隔离装置4为矩形金属片，矩形金属片的厚度为 0.5-3mm；所述隔热密封片8为云母片，所述云母片厚度为0.5mm-1mm, 其面积小于所述连接座11的截面积。

所述空心金属波导1的长度为测量微波的波长的偶数倍，不大于 300mm，所述空心金属波导1的截面为圆形或矩形。

根据本公开实施例，所述测量装置14为矢量网络分析仪；所述测量装置包括E5071C网络分析仪或N9918A手持式微波分析仪。

所述金属耦合片9的数量为一组或多组。

所述连接螺栓5的表面均设置有隔热层12，所述隔热层12为云母。

所述电磁波隔离装置4的一端位于与所述空心金属波导1的端部，另一端置于所述微波传输孔10的上方，端部不超过所述微波传输孔 10的圆心位置。

根据本公开实施例，所述S1)的具体步骤为：

启动矢量网络分析仪对空心金属波导内的标准飞灰进行测量，得到标准飞灰的幅值和相位数据，使用线性、二次或指数函数分别对得到的幅值和相位数据进行拟合，选取拟合度最优的拟合结果或拟合优度大于0.98的拟合结果作为标定曲线，得到不同频点下拟合关系式。以某一电厂标准灰样的测试结果为例，其线性拟合结果如下：

Pha＝-29.55UCC+6.221。

式中：Pha为某一频点下的相位；UCC为飞灰含碳量。

根据本公开实施例，所述S2)的具体步骤为：

S2.1)取灰，从同一电厂尾部烟道取得的灰样送入旋风分离器进行气固分离，气体被排出，飞灰固体颗粒由于自身重力及射流器形成的负压落入烟气处理装置；

S2.2)启动矢量网络分析仪对空心金属波导的飞灰进行测量，得到测量飞灰的幅值和相位数据，将测得的同一电厂相同煤种、相同频点下未知含碳量的相位、幅值数据代入至标定曲线，即可得到飞灰含碳量的确定数值。

3)排灰，流经空心金属波导的被测灰样测试后被射流器抽出经过排灰管道重新排回尾部烟道。

根据本公开实施例，所述方法还包括吹扫步骤，吹扫清洗，关闭测试回路，启动吹扫程序。正向吹扫自上而下进行，压缩空气分别对射流器1、旋风分离器、波导、射流器2进行正向吹扫。反向吹扫自下而上进行，路径与正向吹扫相反。

实施例：

图1是本发明方法的测试系统图。件号1是所述的空心金属波导，也是整个测试系统的测量通道。件号2为所述测量装置，矢网2通过同轴电缆3与空心金属波导1连接。所述射流器4、5为整个系统提供负压，旋风分离器6对取样管取得的烟气进行气固分离。所述旋风分离器与所述空心金属波导通过法兰相连，飞灰固体经过波导管完成测试。射流器4喉部与旋风分离器6上端连接，射流器5喉部通过法兰与空心金属波导下端连接，流过波导管的灰样被射流器5提供的负压吸走通过排灰管道11重新进入尾部烟道。件号7为标准灰样入口，标准灰样的测试结果可对未知被测飞灰样品测试结果进行标定。件号 8、9为正、反向吹扫阀，测量进行时所述阀门8、9关闭，吹扫时打开。所述取样管10与排灰管11通过法兰安装在电厂尾部烟道焊接的套管上。整个系统连接后呈密封状态，不会对测试环境造成污染。在13、15、17、18GHz频点下分别画出含碳量与S21相位拟合关系图，两者之间呈现良好的线性关系，不同频点下拟合函数分别为：

Pha1＝-29.55UCC+6.221；

Pha2＝-31.4UCC+7.848；

Pha3＝-34.14UCC+8.855；

Pha4＝-35.54UCC+9.375。

以此上图标准灰样的测量值作为标定值，此时，若测得同一电厂相同煤种13GHz频点下的相位为Pha，对此数据进行线性内插，则其含碳量值为UCC＝(Pha-6.221)/-29.55。

图2是在实验室环境下利用本发明对实际电厂尾部烟道飞灰含碳量检测后的结果。由实验结果可以看出，不同含碳量的测试曲线间有较为平稳且明显的区分，含碳量每2％的增长，对应S21参数有15～20°的变化。对测试结果进行单频点下的线性拟合处理，从拟合结果来看，在所设置的频段上，各测点呈现良好的线性关系。并且，经过重复性实验，测试结果的相对不确定度最高为5.5％，基本维持在3％左右，测量结果的可信程度高。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种空心金属波导动态条件下检测飞灰含碳量的系统，其特征在于，该系统包括：

旁路测量单元，用于对烟道内部的飞灰进行实时采集；

测量装置，用于发出微波对所述旁路测量单元内部的飞灰进行测量，并对测量数据进行分析；

其中，所述旁路测量单元与烟道连接，所述测量装置通过同轴电缆与所述旁路测量单元连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旁路测量单元包括：空心金属波导、冷却装置、同轴转换器、电磁波隔离装置和烟气处理装置

其中，所述空心金属波导，用于利用传输的微波信号对飞灰含碳量对进行测量，所述空心金属波导的外侧壁上对称设有2个微波传输口，2个所述微波传输口均与套管的一端连接，2个所述套管的另一端均与2个所述同轴转换器连接，且所述套管上套管所述冷却装置；

所述空心金属波导两端内部均设有用于对电磁波进行反射，使电磁波无法向与之连接的空心金属波导的两端逆向传输，避免能量溢散的电磁波隔离装置；

所述空心金属波导通过两端的连接法兰与烟气处理装置连接；

标样灰样入口设置在其中一个连接法兰上，并与所述空心金属波导内部联通；

所述测量装置通过同轴电缆与2个所述同轴转换器连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装置还包括用于对空心金属波导内部进行吹扫的吹扫单元，所述吹扫单元包括吹扫连接管路、正向吹扫阀门和反向吹扫阀门；所述正向吹扫阀门和反向吹扫阀门的一端通过管路分别与所述空心金属波导两端连接，另一端通过扫连接管路与吹扫气源连接。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述装置还包括用于防止温度传递和密封作用的隔热密封组件和用于对输入和输出的电磁波的频率进行调整的金属耦合片；所述隔热密封组件和金属耦合片均设置在所述冷却装置和微波传输口之间；

所述隔热密封组件为云母片，所述云母片厚度为0.5mm-1mm；所述金属耦合片为矩形主体，所述矩形主体中心位置设有圆角矩形通孔；所述金属耦合片的数量为一组或多组。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述烟气处理装置包括射流器、旋风分离器和空压机；

其中，所述射流器包括第一射流器和第二射流器，所述第一射流器和第二射流器通过法兰设置在所述空心金属波导的两端，所述旋风分离器设置在所述第一射流器和法兰之间。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电磁波隔离装置为矩形金属片，矩形金属片的厚度为0.8-1.2mm；且所述电磁波隔离装置的一端位于与所述空心金属波导的端部，另一端置于所述微波传输孔的上方，端部不超过所述微波传输孔的圆心位置。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空心金属波导的长度为测量微波波长的偶数倍，且空心金属波导的长度不大于300mm，所述空心金属波导的截面为圆形或矩形。

8.一种采用如权利要求1-7任意一项所述的系统的测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1)先通过标样灰样入口打入同种煤的标准灰样到空心金属波导中，空心金属波导内的微波对标准灰样进行测量，测量装置得到数据后分析得到标准灰样的S21幅值或相位的数据，并对得到S21幅值和相位数据进行拟合，得到标准灰样在不同频点下的拟合关系式；

S2)启动空压机通过第一射流器和旋风分离器将烟道内的飞灰导入空心金属波导内，通过测量装置选取任意频点的微波对导入待测飞灰的进行测量，得到被测灰样的幅值或相位，代入S1)得到关系式计算待测灰样的含碳量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S1)的具体步骤为：

S1.1)先通过标样灰样入口打入通过同种煤的标准灰样导入空心金属波导内；

S1.2)启动测量装置对空心金属波导内的标准飞灰进行测量，得到标准飞灰的S21幅值和相位数据，使用线性、二次或指数函数分别对得到的S21幅值和相位数据进行拟合，选取拟合度最优的拟合结果或拟合优度大于0.95的拟合结果作为标定曲线，得到不同频点下拟合关系式。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述S2)的具体步骤为：

S2.1)取灰，从同一电厂尾部烟道取得的待测灰样送入旋风分离器进行气固分离，气体被排出，飞灰固体颗粒由于自身重力及第一射流器形成的负压落入空心金属波导内；

S2.2)启动测量装置对空心金属波导的待测飞灰进行测量，得到测量飞灰的S21幅值和相位数据，将测得的S21幅值和相位数据代入S1.2)得到标定曲线的拟合关系式，即可得到待测飞灰含碳量的确定数值。

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