CN205538678U - 一种入炉煤煤质特性在线监测系统 - Google Patents

一种入炉煤煤质特性在线监测系统 Download PDF

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姚顺春
白凯杰
徐嘉隆
张怀义
赵静波
陆继东
卢志民
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Abstract

本实用新型公开了一种入炉煤煤质特性在线监测系统，包括取样单元、等离子体光谱分析单元、储样单元、三通式颗粒流测量单元和样品回送单元，所述的取样单元的一端连入入炉煤煤粉管道，另一端连接三通式颗粒流测量单元的一个接口；所述等离子体光谱分析单元连接三通式颗粒流测量单元的另一接口；所述样品回送单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及入炉煤煤粉管道之间；所述的储样单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及样品回送单元之间，或所述取样单元与三通式颗粒流测量单元之间。该实用新型结构简单、无需复杂的取样管路、不需要将煤粉进行压片（饼）后测量、机械活动部件少，有利于提高在线监测系统长期运行的可靠性。

Description

一种入炉煤煤质特性在线监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种入炉煤煤质特性在线监测系统，属于在线监测技术领域。
背景技术
在燃煤电站的入炉煤煤粉管道内，煤粉以气固两相状态在管道内流动。在线监测入炉煤煤质特性，有利于提高锅炉运行的实时优化控制水平，实现燃煤锅炉的高效低污染燃烧。目前对于入炉煤煤质特性的测量主要采用传统离线化学分析法。该方法从采样、制样到分析的整个周期一般需要几个小时，测量结果严重滞后于工业过程。近年来，X射线荧光光谱分析技术、γ射线技术和中子活化分析技术（PGNAA）在煤质特性的在线测量领域有所应用。但X射线荧光光谱分析技术通常只能测量原子量大于23的元素，而且测量精确度较差，需要经常校正。其他两类技术中涉及的射线源对人体存在很大的安全隐患，且系统较庞大，售价较高，所以推广应用受到较大限制。此外，LIBS技术作为一项新兴的光谱诊断技术也被应用于煤质特性的在线测量。国家知识产权局2015年10月7日公开的公告号为CN 104964860A的“一种煤质特性在线检测装置”，该实用新型公开一种煤质特性在线检测装置，包括煤粉取样子系统、煤粉压饼子系统和光谱采集分析子系统。该实用新型提供的煤质特性在线检测装置首先利用煤粉取样子系统从安装在燃煤发电机组磨煤机出口与燃烧器入口之间的风粉管道内取得低阶煤煤粉，然后利用煤粉压饼子系统将煤粉压制成测量要求规定的煤饼，再利用光谱检测系统对煤饼煤质特性进行检测。从上述装置的结构看，由于需要对煤粉进行压饼处理，这样就会造成整个系统较复杂，存在大量的机械活动部件，日常维护量加大，降低系统长期运行的可靠性。此外，该专利采用单一的脉冲激光激发样品形成等离子体，对不同工况和产地煤粉的适应性存在一定的限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于弥补目前入炉煤煤质特性在线测量技术和装置存在的不足，实现等离子体形成方式更灵活、系统更简单、长期运行可靠性更高的煤质特性在线监测。
本实用新型提供一种入炉煤煤质特性在线监测系统，其方案如下：
一种入炉煤煤质特性在线监测系统，包括取样单元、等离子体光谱分析单元、储样单元、三通式颗粒流测量单元和样品回送单元，
所述的取样单元的一端连入入炉煤煤粉管道，另一端连接三通式颗粒流测量单元的一个接口；所述等离子体光谱分析单元连接三通式颗粒流测量单元的另一接口，用于激发三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒流形成等离子体、采集等离子体光谱信号、处理和分析等离子体信号获得入炉煤煤质特性；所述样品回送单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及入炉煤煤粉管道之间，用于将三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒送回入炉煤煤粉管道；所述的储样单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及样品回送单元之间，或所述取样单元与三通式颗粒流测量单元之间。
进一步地，所述的取样单元包括旋风分离器、取样枪、第一喷射器、第一电磁阀、排气管，所述取样枪连接于所述入炉煤煤粉管道和旋风分离器之间，所述的排气管的一端连入入炉煤煤粉管道，另一端依次连接第一喷射器、第一电磁阀和压缩空气，所述第一喷射器中部还与旋风分离器相连接。
进一步地，所述的等离子体光谱分析单元包括激发三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒流形成等离子体的等离子体激发单元、用于采集光谱信号的等离子体光谱信号采集单元、用于根据光谱信号获取入炉煤粉煤质特性的等离子体信号处理和分析单元。
进一步地，所述等离子体激发单元采用激光脉冲、脉冲高压放电或微波中的一种、或任意组合方式形成等离子体。
进一步地，所述三通式颗粒流测量单元包括一段三通式圆柱形管道，所述三通式圆柱形管道的侧边设置有石英窗口，所述的三通圆柱形管道用以维持煤粉以颗粒流的形式自由下落，所述的石英窗口可以使等离子体光谱信号通过。
进一步地，所述储样单元包括由上而下依次连接的储样仓和气动阀。
进一步地， 所述的样品回送单元包括第二电磁阀、第二喷射器、回样管，所述回样管的一端连入入炉煤煤粉管道，另一端依次连接第二喷射器、第二电磁阀和压缩空气，当所述的储样单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及样品回送单元之间时，所述第二喷射器中部还连接所述气动阀，当所述的储样单元连接于所述取样单元与三通式颗粒流测量单元之间时，所述第二喷射器中部连接三通式颗粒流测量单元的第三接口。
进一步地，所述煤质特性包括了元素分析、工业分析、热值、灰成分、结渣特性和燃烧特性中的一种或任意种的组合特性。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、结构简单，且无需对煤粉进行压片饼处理；
2、等离子体的激发形式可以自由选择，可以适应不同工况和产地煤粉的测量需求。
3、可以实现所有煤质特性的同步测量。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
图2为三通式颗粒流测量单元示意图。
图3为本实用新型实施例2的结构示意图。
其中：1.入炉煤煤粉管道；2.取样枪；3.第一电磁阀；4.第一喷射器；5.排气管；6.旋风分离器；7.储样仓；8.气动阀；9.第二电磁阀；10.第二喷射器；11.回样管；12.等离子体光谱分析单元；13.三通圆柱形管道；14.石英窗口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例 1
如图1所示，一种入炉煤煤质特性在线监测系统，包括取样单元、等离子体光谱分析单元12、储样单元、三通式颗粒流测量单元和样品回送单元，
所述的取样单元的一端连入入炉煤煤粉管道1，另一端连接三通式颗粒流测量单元的一个接口；所述等离子体光谱分析单元12连接三通式颗粒流测量单元的另一接口，用于激发三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒流形成等离子体、采集等离子体光谱信号、处理和分析等离子体信号获得入炉煤煤质特性，所述煤质特性包括了元素分析、工业分析、热值、灰成分、结渣特性和燃烧特性中的一种或任意种的组合特性；所述样品回送单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及入炉煤煤粉管道1之间，用于将三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒送回入炉煤煤粉管道1；所述的储样单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及样品回送单元之间，包括由上而下依次连接的储样仓7和气动阀8。
所述的取样单元包括旋风分离器6、取样枪2、第一喷射器4、第一电磁阀3和排气管5，所述取样枪2连接于所述入炉煤煤粉管道1和旋风分离器6之间，所述的排气管5的一端连入入炉煤煤粉管道1，另一端依次连接第一喷射器4、第一电磁阀3和压缩空气，所述第一喷射器4中部还与旋风分离器6相连接。
所述的等离子体光谱分析单元12包括激发三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒流形成等离子体的等离子体激发单元、用于采集光谱信号的等离子体光谱信号采集单元、用于根据光谱信号获取入炉煤粉煤质特性的等离子体信号处理和分析单元。本实施例的所述等离子体激发单元采用脉冲激光和脉冲高压放电共同激发样品颗粒流形成等离子体。
如图2所示，所述三通式颗粒流测量单元包括一段三通式圆柱形管道13，所述三通式圆柱形管道13的侧边设置有石英窗口14，所述的三通圆柱形管道用以维持煤粉以颗粒流的形式自由下落，所述的石英窗口可以使等离子体光谱信号通过。
所述的样品回送单元包括第二电磁阀9、第二喷射器10、回样管11，所述回样管11的一端连入入炉煤煤粉管道1，另一端依次连接第二喷射器10、第二电磁阀9和压缩空气，所述第二喷射器10中部还连接所述气动阀8。
所述的第一电磁阀3控制进入取样单元的压缩空气流量，实现煤粉取样量的控制，以保证进入三通式颗粒流测量单元的样品量相对稳定。
本实施例中,所述的三通圆柱形管道13与旋风分离器6密封连接，当煤粉以颗粒流的形式自由下落时，脉冲激光先在聚焦区域形成一个初始微等离子体，再由脉冲高压放电对初始微等离子体进行强化再热，从而形成一个大尺寸直径为0.5-1cm的高温等离子体，使进入等离子体的煤粉被快速激发，发射光谱信号。表征煤粉特性信息的光谱信号通过三通圆柱形管道13侧边开设的石英窗口14被等离子体光谱分析单元12采集和分析。
从三通式颗粒流测量单元出来的煤粉落入储样仓7，当一次取样测量过程完成后，储样仓7下部的气动阀8开启，压缩空气通过第二电磁阀9和第二喷射器10将煤粉吹回管道内，从而形成一次完整的测量过程。
实施例 2
如图3所示，与实施例1相比，实施例2区别在于：所述的储样单元连接于所述取样单元与三通式颗粒流测量单元之间，即将三通式颗粒流测量单元的位置进行调整，将三通式颗粒流测量单元连接在储样单元下方。
所述的第一电磁阀3控制进入取样单元的压缩空气流量，实现煤粉取样量的控制；所述的气动阀8控制进入三通式颗粒流测量单元的样品量，当一次取样过程完成后，与储样仓7连接的气动阀8开启，样品自由下落，从而保证每次进入三通式颗粒流测量单元的样品下流密度够大，样品下流量相对稳定。
本实施例中所述的等离子体光谱分析单元采用脉冲激光和脉冲高压放电共同激发样品颗粒流形成等离子体的方式。所述的三通圆柱形管道13与气动阀8密封连接，当煤粉以颗粒流的形式从储样仓7中自由下落时，脉冲激光先在聚焦区域形成一个初始微等离子体，再由脉冲高压放电对初始微等离子体进行强化再热，从而形成一个大尺寸直径为0.5-1cm的高温等离子体，使进入等离子体的煤粉被快速激发，发射光谱信号。表征煤粉特性信息的光谱信号通过三通圆柱形管道13侧边开设的石英窗口14被等离子体光谱分析单元12采集和分析。
从三通圆柱形管道13出来的煤粉落入第二喷射器10，压缩空气通过第二电磁阀9将第二喷射器10中的煤粉吹回管道内，从而形成一次完整的测量过程。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于:包括取样单元、等离子体光谱分析单元（12）、储样单元、三通式颗粒流测量单元和样品回送单元，
所述的取样单元的一端连入入炉煤煤粉管道（1），另一端连接三通式颗粒流测量单元的一个接口；所述等离子体光谱分析单元（12）连接三通式颗粒流测量单元的另一接口，用于激发三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒流形成等离子体、采集等离子体光谱信号、处理和分析等离子体信号获得入炉煤煤质特性；所述样品回送单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及入炉煤煤粉管道（1）之间，用于将三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒送回入炉煤煤粉管道（1）；所述的储样单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及样品回送单元之间，或所述取样单元与三通式颗粒流测量单元之间。
2.根据权利要求1所述的入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于:
所述的取样单元包括旋风分离器（6）、取样枪（2）、第一喷射器（4）、第一电磁阀（3）、排气管（5），所述取样枪（2）连接于所述入炉煤煤粉管道（1）和旋风分离器（6）之间，所述的排气管（5）的一端连入入炉煤煤粉管道（1），另一端依次连接第一喷射器（4）、第一电磁阀（3）和压缩空气，所述第一喷射器（4）中部还与旋风分离器（6）相连接。
3.根据权利要求1所述的入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于:所述的等离子体光谱分析单元（12）包括激发三通式颗粒流测量单元内的煤粉颗粒流形成等离子体的等离子体激发单元、用于采集光谱信号的等离子体光谱信号采集单元、用于根据光谱信号获取入炉煤粉煤质特性的等离子体信号处理和分析单元。
4.根据权利要求3所述的入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于:所述等离子体激发单元采用激光脉冲、脉冲高压放电或微波中的一种、或任意组合方式形成等离子体。
5.根据权利要求1所述的入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于: 所述三通式颗粒流测量单元包括一段三通式圆柱形管道（13），所述三通式圆柱形管道（13）的侧边设置有石英窗口（14）。
6.根据权利要求1所述的入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于: 所述储样单元包括由上而下依次连接的储样仓（7）和气动阀（8）。
7.根据权利要求6所述的入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于: 所述的样品回送单元包括第二电磁阀（9）、第二喷射器（10）、回样管（11），所述回样管（11）的一端连入入炉煤煤粉管道（1），另一端依次连接第二喷射器（10）、第二电磁阀（9）和压缩空气，当所述的储样单元连接于三通式颗粒流测量单元的第三接口及样品回送单元之间时，所述第二喷射器（10）中部还连接所述气动阀（8）；当所述的储样单元连接于所述取样单元与三通式颗粒流测量单元之间时，所述第二喷射器（10）中部连接三通式颗粒流测量单元的第三接口。
8.根据权利要求1所述的入炉煤煤质特性在线监测系统，其特征在于：所述煤质特性包括了元素分析、工业分析、热值、灰成分、结渣特性和燃烧特性中的一种或任意种的组合特性。
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