CN111551507A - 固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，属于固体废弃物锅炉炉内燃烧监测技术领域，在线测量装置包括风冷罩和设置在风冷罩中的：针孔摄像头，收集并传输固体废弃物燃烧时的火焰辐射光；和分束镜组，将火焰辐射光分为三路分别到达测温彩色CCD、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块；还包括与测温彩色CCD、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块通讯连接的计算机，计算机用于处理分析固体废弃物燃烧时的火焰辐射光谱，计算火焰温度分布，并根据温度分布修正碱金属浓度分布。可同时实现固体废弃物锅炉内燃烧火焰的温度和碱金属测量。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物锅炉炉内燃烧监测技术领域，具体地说，涉及一种固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置。
背景技术
固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质(国外的定义则更加广泛，动物活动产生的废弃物也属于此类)，通俗地说，就是“垃圾”。主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃的制品、破损器皿、残次品、动物尸体、变质食品、人畜粪便等。有些国家把废酸、废碱、废油、废有机溶剂等高浓度的液体也归为固体废弃物。
固体废弃物在锅炉内燃烧的过程中，钠、钾、氯等元素含量过高会导致锅炉运行出现如设备腐蚀，炉内结渣等一系列问题，如在燃烧过程中烟气含有NaCl(气溶胶)、KCl(气溶胶)等成分，会加速金属氧化层的腐蚀，这些问题的产生会影响锅炉机组运行的安全性和稳定性。碱金属氯化物在高温下从燃料中挥发出来，然后与飞灰颗粒一起在受热面上凝结形成沉积，炉内固体废弃物的燃烧温度影响碱金属的析出，也影响受热面的碱金属腐蚀。
现有的燃烧锅炉多种多样，如公告号为CN209638992U的中国专利文献公开的一种燃固体废弃物的流化床锅炉，以及公开号为CN102705831A的中国专利文献公开的一种固体废弃物焚烧炉炉体等。但现有的测量技术只在炉内重要位置布置测点，测量受热面壁温，或者炉内烟气温度。
为了对炉内固体废弃物燃烧进行调整，减少碱金属析出，避免受热面的碱金属腐蚀，发展固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度在线测量装置是必要的，对固体废弃物燃料的高效、清洁利用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的为提供一种固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，可实现固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量，为固体废弃物锅炉的燃烧调整提供有力支撑。
为了实现上述目的，本发明提供的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，包括设有风冷罩和设置在所述风冷罩中的：
针孔摄像头，收集并传输固体废弃物燃烧时的火焰辐射光；
和分束镜组，将火焰辐射光分为三路分别到达测温彩色CCD、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块；
还包括与测温彩色CCD、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块通讯连接的计算机，所述计算机用于处理分析固体废弃物燃烧时的火焰辐射光谱，计算火焰温度分布，并根据温度分布修正碱金属浓度分布。
上述技术方案中，可同时实现固体废弃物锅炉内燃烧火焰的温度和碱金属测量，固体废弃物锅炉炉内温度800～1000℃，为了避免高温对测量设备的损坏和炉内灰颗粒对镜头的玷污，采用针孔镜头对炉内辐射图像进行采集，通过风冷罩对针孔镜头和测量装置进行冷却，同时防止镜头玷污。
为了对炉内碱金属浓度进行测量，可选地，在一个实施例中，所述的碱金属浓度测量模块包括窄带滤波片和CCD相机。
固体废弃物中的碱金属主要有钠和钾，可选地，在一个实施例中，所述的窄带滤波片为碱金属钠对应窄带滤波片波长589nm，带宽1～2nm，或碱金属钾对应窄带滤波片波长769nm，带宽1～2nm。二者可切换使用。而固体废弃物中碱金属一般以氯化物的形式存在，根据碱金属的浓度可计算氯化物的浓度。
由于碱金属浓度测量模块的CCD相机记录的碱金属辐射光强反映碱金属的浓度，但受火焰温度影响，因此燃烧火焰中碱金属浓度根据测温彩色CCD测量的温度进行修正，为了提高修正的准确性，可选地，在一个实施例中，所述测温彩色CCD和所述碱金属浓度测量模块的CCD相机测量视场相同，测量位置一一对应。进一步可根据钠和钾的浓度计算出氯的浓度。
为了获得固体废弃物燃烧的光谱分布，可选地，在一个实施例中，所述的光谱测量模块包括针孔光阑、光纤探头、光纤和光谱仪。光谱仪的波长范围380nm～780nm，光谱分辨率小于0.1nm。为了节省空间，可在被分束到光谱测量模块的辐射光的光路上设置反射镜，使测量装置更紧凑，针孔光阑用来控制物体辐射光进入光纤探头的面积，光纤探头用来接收物体辐射光，光纤用来传输物体辐射光，光谱仪用来测量物体的辐射光谱。
为了提高彩色CCD比色测温的准确性，可选地，在一个实施例中，用光谱仪标定彩色CCD测温模块，光路系统中辐射光经过的所有光学元件对可见光的透过率相等，且固体废弃物燃烧火焰辐射光到三个测量模块的光程相等。同时，被所述测温彩色CCD中心记录的辐射光和所述光纤探头接收的辐射光为固体废弃物燃烧火焰同一位置的辐射光。
可选地，在一个实施例中，所述的风冷罩包括高压空气进口，均流孔板，气流流道和压缩空气小孔出口。由于测量设备CCD和光谱仪需要布置在现场，夏天锅炉周边局部温度可达50～60℃，为了防止超温影响设备运行，冷却针孔镜头和防止镜头玷污的高压空气先流过测量装置，对测量装置进行冷却。
为了对固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度进行全方位监测，可以根据测量要求，在固体废弃物锅炉内布置多套。
可选地，在一个实施例中，所述的风冷罩包括用于安装所述针孔摄像头的第一安装部和用于安装其他光学组件的第二安装部，所述第一安装部可伸入固体废弃物锅炉内；所述的压缩空气小孔出口位于所述第一安装部的前端，且兼做所述火焰辐射光的通道。可在固体废弃物锅炉的炉壁上开一小孔，使用时将第一安装部伸入该小孔内进行测量。
为了实现对火焰辐射光进行分束，可选地，在一个实施例中，所述的分束镜组包括沿火焰辐射光光路依次设置的两个分束镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，能够实现固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量，可以用来指导燃烧调整，测量原理简单，装置紧凑，应用场景广泛，易推广。
附图说明
图1为本发明实施例的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1，本实施例的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置包括设置在锅炉内的风冷罩3和设置在风冷罩3内的：针孔镜头组2，分束镜组，测温彩色CCD6，碱金属浓度测量模块和光谱测量模块。测温彩色CCD 6、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块分别通讯连接至计算机9。测温彩色CCD记录固体废弃物燃烧火焰的彩色图像，用比色法测温。碱金属浓度测量模块用于测量固体废弃物燃烧火焰中碱金属浓度。光谱测量模块用来测量固体废弃物燃烧火焰辐射光谱。计算机处理分析测量对象的光谱，计算固体废弃物锅炉炉内燃烧火焰温度分布，根据温度分布修正碱金属浓度分布。
其中，分束镜组包括沿火焰辐射光光路依次设置的两个分束镜501和502，将固体废弃物燃烧火焰辐射光分为三路分别到达测温彩色CCD 6，碱金属浓度测量模块和光谱测量模块，测量系统光轴4为火焰辐射光的光轴。碱金属浓度测量模块包括窄带滤波片701和CCD相机702。光谱测量模块包括反射镜801，针孔光阑802，光纤探头803，光纤804和光谱仪805。
固体废弃物燃烧火焰1高温辐射出可见光波，针孔镜头组2传输固体废弃物燃烧火焰可见光至测温彩色CCD 6、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块。风冷罩3通过高压空气冷却针孔镜头组和各测量模块，同时防止镜头玷污。测量系统光轴4同针孔镜头组光轴，对应测温彩色CCD 6、CCD相机702和光谱仪的中心。
固体废弃物锅炉炉内温度800～1000℃，为了避免高温对测量设备的损坏和炉内灰颗粒对镜头的玷污，采用针孔镜头组对炉内辐射图像进行采集，设计风冷罩3对针孔镜头组2和测量设备进行冷却，同时防止镜头玷污，风冷罩包括高压空气进口301，均流孔板302，气流流道303和压缩空气小孔出口304。本实施例中，风冷罩包括用于安装针孔摄像头2的第一安装部和用于安装其他光学组件的第二安装部，第一安装部可伸入固体废弃物锅炉内；压缩空气小孔出口304位于第一安装部的前端，且兼做火焰辐射光的通道。在固体废弃物锅炉的炉壁上开一小孔，使用时，将第一安装部伸入该小孔内进行测量。
固体废弃物中的碱金属主要有钠和钾，碱金属浓度测量模块的窄带滤波片701包括碱金属钠对应窄带滤波片波长589nm，带宽1～2nm，和碱金属钾对应窄带滤波片波长769nm，带宽1～2nm，二者可切换使用。而固体废弃物中碱金属一般以氯化物的形式存在，根据碱金属的浓度可计算氯化物的浓度。
为了获得固体废弃物燃烧的光谱分布，光谱仪805的波长范围380nm～780nm，光谱分辨率小于0.1nm。反射镜801用来是测量装置更紧凑，针孔光阑802用来控制物体辐射光进入光纤探头803的面积，光纤探头803用来接收物体辐射光，光纤804用来传输物体辐射光，光谱仪805用来测量物体的辐射光谱。
为了提高测温彩色CCD6的比色测温的准确性，用光谱仪805标定测温彩色CCD6，光路系统中辐射光经过的所有光学元件对可见光的透过率相等，且固体废弃物燃烧火焰辐射光到各个测量模块的光程相等，同时经过测量系统光轴被测温彩色CCD6中心记录的辐射光和光纤探头803接收的辐射光为固体废弃物燃烧火焰同一位置的辐射光。
由于碱金属浓度测量模块的CCD相机702记录的碱金属辐射光强反映碱金属的浓度，但受火焰温度影响，固体废弃物燃烧火焰中碱金属浓度根据测温彩色CCD6的温度进行修正，为了提高修正的准确性，测温彩色CCD6和碱金属浓度测量模块的CCD相机702的测量视场相同，测量位置一一对应。进一步可根据钠和钾的浓度计算出氯的浓度。
由于测量设备CCD和光谱仪需要布置在现场，夏天锅炉周边局部温度可达50～60℃，为了防止超温影响设备运行，冷却针孔镜头组和防止镜头玷污的高压空气先流过测量装置，对测量装置进行冷却。为了对固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度进行全方位监测，根据测量要求，可以在固体废弃物锅炉上布置多套测量装置。通过对固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度进行在线测量，可以指导燃烧调整，避免受热面的碱金属腐蚀，实现固体废弃物燃料的高效、清洁利用。
Claims (10)
1.一种固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，包括有风冷罩和设置在所述风冷罩中的：
针孔摄像头，收集并传输固体废弃物燃烧时的火焰辐射光；
和分束镜组，将火焰辐射光分为三路分别到达测温彩色CCD、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块；
还包括与测温彩色CCD、碱金属浓度测量模块和光谱测量模块通讯连接的计算机，所述计算机用于处理分析固体废弃物燃烧时的火焰辐射光谱，计算火焰温度分布，并根据温度分布修正碱金属浓度分布。
2.根据权利要求1所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，所述的碱金属浓度测量模块包括窄带滤波片和CCD相机。
3.根据权利要求2所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，所述的窄带滤波片为碱金属钠对应窄带滤波片波长589nm，带宽1～2nm，或碱金属钾对应窄带滤波片波长769nm，带宽1～2nm。
4.根据权利要求2所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，所述测温彩色CCD和所述碱金属浓度测量模块的CCD相机测量视场相同，测量位置一一对应。
5.根据权利要求1所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，所述的光谱测量模块包括针孔光阑、光纤探头、光纤和光谱仪。光谱仪的波长范围380nm～780nm，光谱分辨率小于0.1nm。
6.根据权利要求5所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，被所述测温彩色CCD中心记录的辐射光和所述光纤探头接收的辐射光为固体废弃物燃烧火焰同一位置的辐射光。
7.根据权利要求1所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，光路系统中辐射光经过的所有光学元件对可见光的透过率相等，且固体废弃物燃烧火焰辐射光到三个测量模块的光程相等。
8.根据权利要求1所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，所述的风冷罩包括高压空气进口，均流孔板，气流流道和压缩空气小孔出口。
9.根据权利要求8所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，所述的风冷罩包括用于安装所述针孔摄像头的第一安装部和用于安装其他光学组件的第二安装部，所述第一安装部可伸入固体废弃物锅炉内；所述的压缩空气小孔出口位于所述第一安装部的前端，且兼做所述火焰辐射光的通道。
10.根据权利要求1所述的固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置，其特征在于，所述的分束镜组包括沿火焰辐射光光路依次设置的两个分束镜。
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|---|---|---|---|
| CN202010345026.5A CN111551507A (zh) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | 固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202010345026.5A CN111551507A (zh) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | 固体废弃物锅炉炉内温度和碱金属浓度的在线测量装置 |
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| CN111551507A true CN111551507A (zh) | 2020-08-18 |
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ID=71998189
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| CN (1) | CN111551507A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112013417A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-01 | 华中科技大学 | 一种高碱煤锅炉的燃烧优化调整方法及系统 |
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2020
- 2020-04-27 CN CN202010345026.5A patent/CN111551507A/zh active Pending
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