CN111141761A - 一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，包括飞灰取样及运送装置、飞灰样品含碳量分析装置、试样收集及排放装置，所述的飞灰取样及运送装置的上游连接尾部烟道下方的灰斗，下游连接所述的飞灰样品含碳量分析装置，所述的飞灰样品含碳量分析装置的下游连接所述的试样收集及排放装置，所述的试样收集及排放装置下游连接飞灰输送管道。与现有技术相比，本发明避免了运行过程中出现的系统堵塞问题，增强了飞灰取样系统采集样品的代表性；结合非取样式飞灰检测系统，消除了取样式测量结果的滞后性，实现了飞灰含碳量的在线测量，使测量结果具有实时性和连续性，增强了测量结果对电站锅炉运行的实时指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种锅炉飞灰含碳量检测系统，尤其是涉及一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统。
背景技术
近年来，我国能源转型的步伐逐渐加快，火电机组在日益发展的新能源面前，节能降耗减排的任务压力越来越大。在电站锅炉中，燃料的机械不完全燃烧热损失是主要能量损耗之一，这部分损耗主要由飞灰含碳量决定。飞灰含碳量是反映火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的一项重要指标，是判断锅炉运行状况和评价锅炉燃烧效果优劣的重要依据。通常情况下每降低三个百分点，锅炉效率就可以提高一个百分点。同时，准确地检测锅炉的飞灰含碳量，有利于指导运行人员及时正确的调整过剩空气系数和应有的一、二次风速与风量比例，将飞灰含碳量控制在最佳范围，提高锅炉的运行效率，使锅炉能保持最经济工况运行，这对于电厂节能降耗减排和提升经济效益有着重要意义。因此，各燃煤电站都把降低飞灰含碳量作为一项重要工作。
目前，飞灰含碳量的检测方法有取样法和非取样法，也称作离线法和在线法。离线法检测飞灰含碳量的技术缺陷主要体现在以下几个方面：1)分析滞后，实时性差，对锅炉运行难以提供有效的、实时的运行指导作用；2)采样系统易堵塞，造成所采样品的取样代表性不强；3)重量燃烧法测量飞灰含碳量时，烧失量往往与未燃尽碳含量之间存在较大误差，特别对于碳含量很低的情况，烧失量和未燃尽碳含量之间相关性更差。在线法检测飞灰含碳量的技术缺陷主要体现在以下几个方面：1)光反射法、红外法与放射法测量飞灰含碳量的测量精度受灰颗粒粒径以及灰分含铁量的影响较大，煤种变化时难以保证精确的测量结果，且设备的维护成本均较高；2)微波吸收法存在微波能量向烟气通道两端的逸散的缺点，对接收端所测到的能量衰减产生干扰；3)微波吸收法测量时，烟道飞灰浓度变化会对微波能量衰减产生影响，且与飞灰的密度和运动速度有很大关系，测量值往往产生较大波动；4)对于所有在线监测方法而言，均存在测量腔堵灰问题，在很多电厂此类监测设备的利用率较低。
发明内容
本发明的主要目的是，克服和解决现有飞灰含碳量检测法的缺陷与不足，构思、设计一种结构合理、安全可靠、测量准确、运行效率高的电站锅炉飞灰检测系统。本发明有效避免了在飞灰采样过程中系统堵塞的问题，及在线监测部件的测量腔积灰问题；改善了微波能量空间逸散和飞灰浓度变化引起的微波能量衰减问题。不仅如此，本系统完美结合了传统取样式与非取样式飞灰检测技术优点，使系统输出的结果具有代表性、稳定性、连续性，可以为煤粉电站锅炉提供实时的具有较高精确度的飞灰含碳量监测结果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，包括飞灰取样及运送装置、飞灰样品含碳量分析装置、试样收集及排放装置，所述的飞灰取样及运送装置的上游连接尾部烟道下方的灰斗，下游连接所述的飞灰样品含碳量分析装置，所述的飞灰样品含碳量分析装置的下游连接所述的试样收集及排放装置，所述的试样收集及排放装置下游连接飞灰输送管道。
所述的飞灰取样及运送装置包括灰斗取样管和灰样输送管，所述的灰斗取样管一端与灰斗上的取样孔连接，另一端与灰样输送管连接。
所述的灰斗取样管通过法兰与灰样输送管连接，法兰连接强度高、密封性能较好、安装与拆卸方便，便于对设备内部进行检修等操作，灰斗取样管和灰样输送管内安装有螺旋给料机。
所述的飞灰样品含碳量分析装置包括下降管、微波发射装置、微波接收装置和信息控制箱，所述的飞灰取样及运送装置底部设有灰样下降孔，所述的下降管顶部连接灰样下降孔，底部连接试样收集及排放装置，所述的下降管内部设有微波测量腔，腔内两侧安装微波发射装置与微波接收装置，所述的微波发射装置和微波接收装置的电信号与信息控制箱相连。
所述的系统为分布式系统，所述的信息控制箱的信号发送至节能减排优化装置进行分析和处理。
所述的微波测量腔由下降管的内壁径向向外膨出而形成。
所述的微波发射装置所在的腔壁截面为锥形，以实现微波的扇形发射，微波接收装置所在的腔壁截面为弧形，以提升微波信号的接收效果。
所述的试样收集及排放装置包括试样收集器、试样取样管和试样排放管，所述的试样收集器与下降管尾端相连，并开设试样取样孔，所述的试样取样管由试样取样孔伸入试样收集器内，所述的试样收集器底部与试样排放管相连，所述的试样排放管上设有阀门，试样排放管的出口与电厂的飞灰输送管道相连。
所述的试样收集器呈上宽下窄的倒锥形。
所述的试样取样管前段的取样点位于下降管中心的正下方，以保证每次取样的取样量相近。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明结合了传统取样式与非取样式飞灰检测技术的特点，避免了在飞灰采样过程中系统的堵塞，使飞灰的测样具有代表性；消除了取样式测量结果的滞后性，实现了飞灰含碳量的在线测量，使测量结果具有实时性和连续性，增强了测量结果对电站锅炉运行的实时指导作用。
(2)本发明采用小型微波测量腔，可以有效减小微波能量逸散，并在此基础上把微波发射端和接收端做成相对的凹型面从而产生一种聚焦效应，进一步减少了向通道两端逸散，使测量结果更准确。
(3)本发明中微波测量装置所测量的飞灰是由螺旋给料机均匀传送的，在下降管中飞灰的浓度、密度和与运动速度相对均匀，有效减轻了微波能量衰减产生影响，且相对均匀地传送灰样，在一定程度上改善了传统微波装置测量腔积灰的问题。
(4)灰斗取样管通过法兰与灰样输送管连接，法兰连接强度高、密封性能较好、安装与拆卸方便，便于对设备内部进行检修等操作。
(5)微波发射装置所在的腔壁截面为锥形，实现微波的扇形发射，微波接收装置所在的腔壁截面为弧形，提升微波信号的接收效果。
(6)试样取样管前段的取样点位于下降管中心的正下方，可保证每次取样的取样量相近。
(7)本发明可以实现在实时在线测量的同时，保留一部分被测灰样的样本，在随后进行更加精确的取样测量，并可根据取样测量的测量结果，在微波测量系统中修正系统误差，使实时测量的精度进一步提高。
附图说明
图1为本实施例飞灰在线取样监测系统示意图；
附图标记：
1为A侧灰斗、2为A侧法兰、3为A侧螺旋给料机、4为A侧给料管、5为A侧电机、6为A侧飞灰下降管、7为A侧微波接收装置、8为A侧微波发送装置、9为A侧取样试管、10为A侧试样收集器、11为A侧排灰阀门、12为A侧飞灰输送管道、13为A侧信息控制箱、14为B侧灰斗、15为B侧法兰、16为B侧螺旋给料机、17为B侧给料管、18为B侧电机、19为B侧飞灰下降管、20为B侧微波接收装置、21为B侧微波发送装置、22为B侧取样试管、23为B侧试样收集器、24为B侧排灰阀门、25为B侧飞灰输送管道、26为B侧信息控制箱、27为节能减排控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下结合图1和具体实施例对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本实施例煤粉电站锅炉飞灰在线取样监测系统，系统分为A侧与B侧，两侧的结构在一定程度上对称，所采用的部件近似相同。在A侧灰斗1适当位置开设一个灰斗取样孔，与A侧给料管4的一端相连。A侧给料管4分为两段，与灰斗取样孔相连的一段为灰斗取样管，另一段为灰样输送管，灰斗取样管与灰样输送管中间由A侧法兰2连接。在A侧给料管4内部设有A侧螺旋给料机3，A侧螺旋给料机3的一端通过灰斗取样孔伸入灰斗内部采集灰样，另一端则由联轴器与A侧电机5的输出端相连。在A侧给料管4的合适位置开设灰样下降孔，由A侧螺旋给料机3输送的灰样通过灰样下降孔落入A侧飞灰下降管6，微波测量腔设置在A侧飞灰下降管6的合适位置，A侧微波接收装置7与A侧微波发射装置8分别安装在测量腔两侧。A侧微波接收装置7与A侧微波发射装置8的电信号与A侧的信号控制箱13相连，后将A侧控制箱13的信号发送至节能减排优化系统27中进行分析和处理。A侧试样收集器10安装在A侧飞灰下降管6的底端，A侧取样试管9通过开设在A侧试样收集器10合适位置的试样取样孔伸入A侧试样收集器10内。A侧试样收集器10底部与试样排放管相连，并在试样排放管上设置A侧排灰阀门，试样排放管的出口与A侧飞灰输送管道12连接。在B侧各部件连接方式与A侧相同，B侧控制箱26的信号，同样会发送至节能减排优化系统27中进行分析和处理。
本发明的新型煤粉电站锅炉飞灰在线取样监测系统运行时，在A侧，飞灰先由锅炉烟道落入A侧灰斗1中，通过设置的A侧螺旋给料机3，将灰样通过A侧给料管4输送至A侧飞灰下降管6处，经由A侧微波接收装置7与A侧微波发射装置8，根据飞灰中未燃尽的碳能改变微波谐振腔的谐振频率特性，分析确定飞灰中碳的含量并将其转化成电信号传送至A侧的信号控制箱13，最终将4～20mA/RS232信号发送至节能减排优化系统27中进行分析和处理。而灰样则会在重力作用下落入A侧试样收集器10内，一部分灰样通过设置在A侧试样收集器10内的A侧取样试管9取出作为取样式测量的测样，另一部分灰样则会落入A侧试样收集器10底部经由A侧排灰阀门11排放至A侧飞灰输送管道12。在B侧飞灰的流程与A侧相同，B侧信号控制箱26的4～20mA/RS232信号最终也会发送至节能减排优化系统27中进行分析和处理。至此，本发明所述系统便完成了飞灰在线取样-检测的目的。
本发明提出新型煤粉电站锅炉飞灰在线取样-检测系统较现有飞灰含碳量测量系统的优势如下：
1.同时具备取样式与非取样式两种系统的优点：采用螺旋给料机的形式，避免了在传统飞灰取样式测量系统在运行过程中出现的系统堵塞问题，增强了飞灰取样系统采集样品的代表性；结合非取样式飞灰检测系统，消除了取样式测量结果的滞后性，实现了飞灰含碳量的在线测量，使测量结果具有实时性和连续性，增强了测量结果对电站锅炉运行的实时指导作用。
2.在线监测系统的系统误差小：传统的飞灰含碳量在线检测系统，由于微波能量的空间逸散，和飞灰的浓度、密度和与运动速度不均匀造成的能量衰减，产生了不可避免的系统误差。在本发明中，将微波测量的空间由传统系统的锅炉烟道转移到了体积较小的微波测量腔内，大大降低了微波能量的空间逸散带来的系统误差；将被检测的飞灰以均匀采样给料的方式送至微波测量腔内，飞灰的浓度、密度和与运动速度相对均匀，大大降低了微波能量衰减带来的系统误差。综合以上两点，本发明的飞灰在线取样-检测系统比传统在线监测系统的系统误差小。
飞灰成分(或煤种)变化的适应性强：由于飞灰中的成分复杂，主要含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁和氧化铁、氧化镁、氧化钙、碳、硫、磷等，其中碳的含量对微波的影响最大，但是当其他成分发生较大变化时，也会直接影响含碳量测量精度。因此，当煤种改变后，飞灰成分产生波动，这会使得传统的飞灰含碳量在线监测系统的测量结果产生的误差较大。但本系统由于有着在线取样-检测功能，当在线监测系统的测量值受飞灰成分变化影响时，可以根据取样式测量的测量结果作为辅助，对本系统的在线监测装置进行适当的校准并修正标定参数，降低测量误差，使测量结果更接近真实值，可有效降低煤种变化或飞灰成分波动对非取样式在线监测系统测量结果的影响。
通过以上理论分析，应用效果良好，实现了本发明目的。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，包括飞灰取样及运送装置、飞灰样品含碳量分析装置、试样收集及排放装置，所述的飞灰取样及运送装置的上游连接尾部烟道下方的灰斗，下游连接所述的飞灰样品含碳量分析装置，所述的飞灰样品含碳量分析装置的下游连接所述的试样收集及排放装置，所述的试样收集及排放装置下游连接飞灰输送管道。
2.根据权利要求1所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的飞灰取样及运送装置包括灰斗取样管和灰样输送管，所述的灰斗取样管一端与灰斗上的取样孔连接，另一端与灰样输送管连接。
3.根据权利要求2所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的灰斗取样管通过法兰与灰样输送管连接，灰斗取样管和灰样输送管内安装有螺旋给料机。
4.根据权利要求1所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的飞灰样品含碳量分析装置包括下降管、微波发射装置、微波接收装置和信息控制箱，所述的飞灰取样及运送装置底部设有灰样下降孔，所述的下降管顶部连接灰样下降孔，底部连接试样收集及排放装置，所述的下降管内部设有微波测量腔，腔内两侧安装微波发射装置与微波接收装置，所述的微波发射装置和微波接收装置的电信号与信息控制箱相连。
5.根据权利要求4所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的系统为分布式系统，所述的信息控制箱的信号发送至节能减排优化装置进行分析和处理。
6.根据权利要求4所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的微波测量腔由下降管的内壁径向向外膨出而形成。
7.根据权利要求6所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的微波发射装置所在的腔壁截面为锥形，微波接收装置所在的腔壁截面为弧形。
8.根据权利要求4所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的试样收集及排放装置包括试样收集器、试样取样管和试样排放管，所述的试样收集器与下降管尾端相连，并开设试样取样孔，所述的试样取样管由试样取样孔伸入试样收集器内，所述的试样收集器底部与试样排放管相连，所述的试样排放管上设有阀门，试样排放管的出口与电厂的飞灰输送管道相连。
9.根据权利要求8所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的试样收集器呈上宽下窄的倒锥形。
10.根据权利要求8所述的一种电站锅炉飞灰在线取样监测系统，其特征在于，所述的试样取样管前段的取样点位于下降管中心的正下方。
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