CN212807755U - 一种快速飞灰含碳量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种快速飞灰含碳量测量装置，包括依次相连的取样单元S1、进样单元S2、测试单元S3、储存单元S4和排灰单元S5。本发明测量灵敏度高，信号稳定性好，可以实现将收集的样品快速送入微波测量室，实现快速测量，测量周期在10秒以内，如果灰样采用连续给样形式，则测量周期可达到1秒钟。同时，针对负压取样系统设计了密封传输结构，保证在火电厂烟道负压取样系统下的灰样有序传送，设计了预紧力机构，有利于灰样在测试管中密实度一致，从而提高飞灰测量的精密度。

Description

一种快速飞灰含碳量测量装置

技术领域

本发明属于火电厂自动检测设备领域，尤其是一种快速飞灰含碳量测量装置。

背景技术

锅炉飞灰含碳量是反映火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标，实时测量飞灰含碳量将有利于监测锅炉燃烧，有利于指导燃烧调整以降低煤耗，有利于提高机组运行的经济性和安全性。随着我国电力发电机组不断向大容量、高参数发展，电厂对自动化运行水平的要求不断提高，过去的人工取样离线分析，由于数据量少，分析滞后大，显然已经不能适应现代化管理和控制要求。

飞灰含碳量在线检测技术的研究从来没有中断过，但是各种技术都有各自的优缺点。目前主流的在线测量飞灰含碳量的方法有：红外测量法、微波法、灼烧失重法。其中红外测量和微波测量法是一种间接测量方法，在煤质较为稳定时可以真实反映含碳量的变化趋势，测量周期在3-6分钟。燃烧失重法是根据实验室化学灼烧原理，将收集的未完全燃烬碳灰样放置在规定的高温环境下灼烧，根据灰样的损失量多少，计算出飞灰灰样的含碳量值，测量流程与人工化验实验室相似。测量精度高，但是测量周期在15-20分钟。

我国火电厂自动化程度和燃烧控制水平已经处于国际上的较高水平，火电厂的发电负荷调节速度非常迅速，而根据用电负荷的变化，需要对燃烧参数进行及时调整，飞灰含碳量数据基本反映了锅炉的燃烧效率，而由于现有的在线飞灰含碳量测量设备检测的周期都较长，对于闭环控制而言，该信号滞后太大，一直无法投入到锅炉燃烧调整自动控制系统中，因此急需要解决快速测量飞灰含碳量的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种快速飞灰含碳量测量装置，通过可靠的进样机构和密封传输结构，实现快速收集灰样送入微波测量腔，并快速测量飞灰含碳量。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种快速飞灰含碳量测量装置，包括依次相连的取样单元S1、进样单元S2、测试单元S3、储存单元S4和排灰单元S5，其中：取样单元S1包括喷射器、取样管、引气管和旋风分离器，其中，喷射器卡装在烟道的一壁，喷射器位于烟道内的一端为斜切开口的喷射口，且开口朝向背向烟气流向，喷射器位于烟道外的一端的喷嘴中心通过引气管与旋风分离器的顶部相连，所述引气管的外壁与所述喷嘴的内壁形成一个环形空气通道；取样管卡装在烟道内的一壁且位于喷射器的下方，取样管末端装有取样嘴，取样嘴的朝向迎向烟气流向，取样管位于烟道外的一端与旋风分离器的进气口相连；旋风分离器为竖直安装，其底部出口与进样单元S2相连；进样单元S2包括振打器、收灰管和进样机构，振打器固定在收灰管的外管壁上，收灰管的顶端与取样单元S1的旋风分离器的底部出口相连，其底端与进样机构的进样口相连，进样机构的出口与测试单元S3相连；测试单元S3包括微波测量腔、微波分析仪和测试管，微波测量腔的两端面均开有中心孔，测试管贯穿微波测量腔并卡装在中心孔内，测试管的一端与进样单元S2的进样机构的出口相连，另一端与储灰单元S4相连；微波测量腔的一端面上设置有两个微波耦合器，两个微波耦合器关于其所在端面的中心孔对称，所述微波耦合器通过同轴电缆与微波分析仪相连；储灰单元S4包括储灰室和第一阀门，储灰室为一段中空管，其一端与测试单元S3相连，另一端通过第一阀门与排灰单元S5相连；排灰单元S5包括吹灰电磁阀、排灰管、第二阀门、抽气器和抽气电磁阀，排灰管的一端与储灰单元S4的第一阀门相连，排灰管靠近储灰单元S4的一端端口处设有三通连接器与吹灰电磁阀相连，吹灰电磁阀的输入端接入压缩空气，排灰管的另一端通过第二阀门与抽气器相连；抽气器的另一端通过管道与烟道的内部连通，抽气器的控制端设有抽气电磁阀。

进一步的，本发明的快速飞灰含碳量测量装置，储灰单元S4还包括预紧力弯管，预紧力弯管的一端与测试单元S3的测试管相连，另一端与储灰室相连。

进一步的，本发明的快速飞灰含碳量测量装置，进样机构为活塞式给料机构，采用间歇式给料，或为螺杆式给料机构，采用连续性给料。

进一步的，本发明的快速飞灰含碳量测量装置，振打器为气动振打器，或电动振打器。

进一步的，本发明的快速飞灰含碳量测量装置，微波测量腔为中空封闭的金属腔体，测试管为非金属管。

进一步的，本发明的快速飞灰含碳量测量装置，微波测量腔为圆柱体谐振腔，微波耦合器为微波探针或耦合环，或微波测量腔为矩形波导谐振腔，微波耦合器为同轴-波导转接器。

进一步的，本发明的快速飞灰含碳量测量装置，微波分析仪包括数字式信号扫频源和微波功率计，或包括模拟电压控制的微波信号扫频源和检波器。

进一步的，本发明的快速飞灰含碳量测量装置，第一阀门、第二阀门为球阀，或闸板阀，或旋转阀，或偏心旋转阀门。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明的快速飞灰含碳量测量装置采用数字微波频谱进行测量，测量灵敏度高，信号稳定性好。

2、本发明的快速飞灰含碳量测量装置可以实现将收集的样品快速送入微波测量室，实现快速测量，测量周期在10秒以内，如果灰样采用连续给样形式，则测量周期可以达到1秒钟，几乎连续测量。

3、本发明的快速飞灰含碳量测量装置针对负压取样系统设计了样品的密封传输结构，可以保证在火电厂烟道负压取样系统下的灰样有序传送。

4、本发明的快速飞灰含碳量测量装置设计了预紧力机构，有利于灰样在测试管中密实度一致，从而提高飞灰测量的精密度。

附图说明

图1是本发明的快速飞灰含碳量测量装置的结构框图。

图2是本发明的快速飞灰含碳量测量装置的结构示意图。

图3是本发明的快速飞灰含碳量测量装置的微波测量腔的结构示意图，其中a)为主视图，b)为右视图。

附图标记含义：1烟道、2喷射器、3取样管、4引气管、5旋风分离器、6振打器、7收灰管、8进样机构、9微波测量腔、10微波分析仪、11测试管、12预紧力弯头、13储灰室、14第一阀门、15吹灰电磁阀、16排灰管、17第二阀门、18抽气器、19抽气电磁阀、20耦合器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

一种快速飞灰含碳量测量装置，如图1所示，包括依次相连的取样单元S1、进样单元S2、测试单元S3、储存单元S4和排灰单元S5。其中，如图2所示：

取样单元S1包括喷射器2、取样管3、引气管4和旋风分离器5。其中，喷射器2卡装在烟道1的一壁，喷射器2位于烟道1内的一端为斜切开口的喷射口，且开口朝向背向烟气流向；喷射器2位于烟道1外的一端的喷嘴中心通过引气管4与旋风分离器5的顶部相连，所述引气管4的外壁与所述喷嘴的内壁形成一个环形空气通道。喷射器2用于产生抽吸压力，排出旋风分离器内的空气。引气管4用于输送空气。取样管3卡装在烟道1的一壁且位于喷射器2的下方，取样管3位于烟道1内的末端设有弯折段，所述弯折段末端装有取样嘴，取样嘴的朝向迎向烟气流向，取样管3位于烟道1外的一端与旋风分离器5的进气口相连。取样管3的长度可根据烟道直径定做，用于抽取烟道飞灰。旋风分离器5为竖直安装，其底部出口与进样单元S2相连。

进样单元S2包括振打器6、收灰管7和进样机构8。振打器6固定在收灰管7的外管壁上。收灰管7的顶端与取样单元S1的旋风分离器5的底部出口相连，收灰管7的底端与进样机构8的进样口相连，进样机构8的出口与测试单元S3相连，进样机构8用于送灰样到测试管11。其中，振打器6为气动振打器，或电动振打器，用于振打收灰管7管壁，确保从旋风分离器5落入收灰管7的飞灰顺利进入进样机构8，并防止飞灰堵塞。进样机构8为活塞式给料机构，采用间歇式给料方式，灰样从收灰管7落到进样机构8内，通过活塞推入测试管11；或进样机构8为螺杆式给料机构，采用连续性给料方式，灰样从收灰管7落到螺杆上，螺杆正向旋转，将螺杆旋转鳍片间的灰样送入测试管11中，从而实现灰样的连续给样。

测试单元S3包括微波测量腔9、微波分析仪10和测试管11。微波测量腔9的两端面均开有中心孔，测试管11贯穿微波测量腔9并卡装在中心孔内。测试管11的一端与进样单元S2的进样机构8的出口相连，另一端与储灰单元S4相连，测试管11用于输送灰样。如图3所示，微波测量腔9的一端面上设置有两个微波耦合器，两个微波耦合器关于其所在端面的中心孔对称，所述微波耦合器通过同轴电缆与微波分析仪10相连，微波分析仪10用于分析灰样并测量出飞灰含碳量。其中，微波测量腔9为中空封闭的金属腔体，测试管11为非金属管。微波测量腔9为圆柱体谐振腔，微波耦合器为微波探针或耦合环，或微波测量腔9为矩形波导谐振腔，微波耦合器为同轴-波导转接器。微波分析仪10包括数字式信号扫频源和微波功率计，或包括模拟电压控制的微波信号扫频源和检波器。测试管11采用四氟管、特氟龙管或石英玻璃管，选择测试管11要求其管内壁光滑、对微波信号吸收小的非金属材料。

储灰单元S4包括预紧力弯管12、储灰室13和第一阀门14。预紧力弯管12的一端与测试单元S3的测试管11相连，另一端与储灰室13相连，用于连接测试管11和储灰室13并增加测试管11的飞灰流动阻力，确保飞灰均匀。储灰室13为一段中空管，用于收集经过测试管11测量后的飞灰，其另一端通过第一阀门14与排灰单元S5相连，第一阀门14用于控制储灰室13的通断，使储灰室灰样落入排灰管。预紧力弯管12由圆柱形管道弯制而成，或选用方形管弯制，或其他形状管道弯制而成，或块状物刻弯槽形式。在测试管灰样流动均匀时，也可不采用预紧力弯管。

排灰单元S5包括吹灰电磁阀15、排灰管16、第二阀门17、抽气器18和抽气电磁阀19。排灰管16的一端与储灰单元S4的第一阀门14相连，用于输送从储灰室13内出来的飞灰，排灰管16靠近储灰单元S4的一端端口处设有三通连接器与吹灰电磁阀15相连，吹灰电磁阀15的输入端接入压缩空气，吹灰电磁阀15用于控制吹灰气源的通断。排灰管16的另一端通过第二阀门17与抽气器18相连，第二阀门17用于控制排灰管16的通断。抽气器18的另一端通过管道与烟道1的内部连通，抽气器18的控制端设有抽气电磁阀19，抽气器18用于产生抽气压力，抽气电磁阀19用于控制抽气器18开关。

其中，第一阀门14、第二阀门17为球阀，或闸板阀，或旋转阀，或偏心旋转阀门。

本发明的快速飞灰含碳量测量装置的工作原理如下：利用烟道1内的负压产生抽气压力，取样管3抽取烟道1内的飞灰，飞灰通过旋风分离器5实现固气分离，进样机构8连续不断给样到微波测量腔9中，微波分析仪10通过耦合器获取谐振腔的特征微波信号并由此计算出飞灰的含碳量，测量后飞灰通过排灰管16排回烟道1内。

本发明的快速飞灰含碳量测量装置的工作过程如下：

取样单元S1把烟道1内的飞灰抽取到旋风分离器5中，由旋风分离器5实现固气分离，气体通过引气管4由喷射器2喷射回到烟道1内，固体颗粒因为离心力作用落入到收灰管7中。收灰管7上设置有振打器6，振打器6间隙振打收灰管7，使得落入收灰管7的飞灰顺利进入到进样机构8中。

进样机构8连续不断的将飞灰送入到测试管11中，测试管11中的飞灰不断向后流动，由于预紧力弯头12的阻力作用，测试管11中的灰样被压实均匀。由于灰样不断从进样机构8被推入测试管11，因此，测试管11中的灰样从预紧力弯头12不断溢出，掉落的飞灰则落入到储灰室13中。

灰样在测试管11中缓慢流动过程中，微波分析仪10将微波信号通过耦合器馈入微波测量腔9中，并通过另一个耦合器将测量信号通过微波功率计读取出来，通过微波频谱的分析，并根据事先微波频率移动值与飞灰含碳量的标定曲线，获得飞灰含碳量的数据。微波分析的速度很快，一般只需要几百毫秒，因此，一般含碳量输出数据都是数次测量结果经过平滑处理后的结果。

储灰室13收集一段时间飞灰后，第一阀门14打开，将飞灰转移到排灰管16中，然后第一阀门14关闭，此过程每隔一段时间重复操作一次。

飞灰落入排灰管16后，抽气电磁阀19开始工作，接着第二阀门17打开，吹灰电磁阀15打开，压缩空气通过吹灰电磁阀15进入到排灰管16，将排灰管16中飞灰吹回到烟道1中，排灰结束后，关闭吹灰电磁阀15，关闭抽气电磁阀19，这样排灰过程结束。排灰过程在储灰收集过程之后，为间隙性重复过程。

上述过程的自动控制过程为常规逻辑控制。

测试单元S3测量飞灰含碳量还可采用以下两种方法，1)电容法测量方法，采用在测试管11外侧沿测试管11轴线方向在测试管11上下设置两个平行电极板或者两个向测试管11管壁弯曲的弧形电极板，通过测量两个电极板之间的介电常数，并与事先标定的介电常数与飞灰含碳量之间的对应关系，获得飞灰含碳量的值。2)红外线测量方法，选择能够透射红外线光的石英玻璃管作为测试管11，在测试管11外壁一侧安装可调谐红外激光二极管，以及红外光电接收器，激光二极管与红外光电接收器呈大约10-30度角度安装，红外光电接收器探测激光照射到飞灰上面反射回来的光，通过对探测器接收到的未燃烬碳吸收光谱的分析，来计算出飞灰含碳量的值。

取样单元S1采用多点自抽式取样，所述多点包含在取样管3上开设多个取样嘴，所述多点还包含采用多个取样器，然后将取样器收集的灰样汇集后进入收灰管7中。取样单元S1的取样点设置在锅炉省煤器的尾部到电除尘器之间的烟道上。

S1取样单元还能够安装在电除尘器灰斗上，采用螺旋输料机结构或者刮板机结构将灰斗中的灰样传送到收灰管中。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，包括依次相连的取样单元S1、进样单元S2、测试单元S3、储存单元S4和排灰单元S5，其中：

取样单元S1包括喷射器(2)、取样管(3)、引气管(4)和旋风分离器(5)，其中，喷射器(2)卡装在烟道(1)的一壁，喷射器(2)位于烟道(1)内的一端为斜切开口的喷射口，且开口朝向背向烟气流向，喷射器(2)位于烟道(1)外的一端的喷嘴中心通过引气管(4)与旋风分离器(5)的顶部相连，所述引气管(4)的外壁与所述喷嘴的内壁形成一个环形空气通道；取样管(3)卡装在烟道(1)内的一壁且位于喷射器(2)的下方，取样管(3)末端安装有取样嘴，取样嘴的朝向迎向烟气流向，取样管(3)位于烟道(1)外的一端与旋风分离器(5)的进气口相连；旋风分离器(5)为竖直安装，其底部出口与进样单元S2相连；

进样单元S2包括振打器(6)、收灰管(7)和进样机构(8)，振打器(6)固定在收灰管(7)的外管壁上，收灰管(7)的顶端与取样单元S1的旋风分离器(5)的底部出口相连，其底端与进样机构(8)的进样口相连，进样机构(8)的出口与测试单元S3相连；

测试单元S3包括微波测量腔(9)、微波分析仪(10)和测试管(11)，微波测量腔(9)的两端面均开有中心孔，测试管(11)贯穿微波测量腔(9)并卡装在中心孔内，测试管(11)的一端与进样单元S2的进样机构(8)的出口相连，另一端与储灰单元S4相连；微波测量腔(9)的一端面上设置有两个微波耦合器，两个微波耦合器关于其所在端面的中心孔对称，所述微波耦合器通过同轴电缆与微波分析仪(10)相连；

储灰单元S4包括储灰室(13)和第一阀门(14)，储灰室(13)为一段中空管，其一端与测试单元S3相连，另一端通过第一阀门(14)与排灰单元S5相连；

排灰单元S5包括吹灰电磁阀(15)、排灰管(16)、第二阀门(17)、抽气器(18)和抽气电磁阀(19)，排灰管(16)的一端与储灰单元S4的第一阀门(14)相连，排灰管(16)靠近储灰单元S4的一端端口处设有三通连接器与吹灰电磁阀(15)相连，吹灰电磁阀(15)的输入端接入压缩空气，排灰管(16)的另一端通过第二阀门(17)与抽气器(18)相连；抽气器(18)的另一端通过管道与烟道(1)的内部连通，抽气器(18)的控制端设有抽气电磁阀(19)。

2.根据权利要求1所述的快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，储灰单元S4还包括预紧力弯管(12)，预紧力弯管(12)的一端与测试单元S3的测试管(11)相连，另一端与储灰室(13)相连。

3.根据权利要求1所述的快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，进样机构(8)为活塞式给料机构，采用间歇式给料，或为螺杆式给料机构，采用连续性给料。

4.根据权利要求1所述的快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，振打器(6)为气动振打器，或电动振打器。

5.根据权利要求1所述的快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，微波测量腔(9)为中空封闭的金属腔体，测试管(11)为非金属管。

6.根据权利要求1所述的快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，微波测量腔(9)为圆柱体谐振腔，微波耦合器为微波探针或耦合环，或微波测量腔(9)为矩形波导谐振腔，微波耦合器为同轴-波导转接器。

7.根据权利要求1所述的快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，微波分析仪(10)包括数字式信号扫频源和微波功率计，或包括模拟电压控制的微波信号扫频源和检波器。

8.根据权利要求1所述的快速飞灰含碳量测量装置，其特征在于，第一阀门(14)、第二阀门(17)为球阀，或闸板阀，或旋转阀，或偏心旋转阀门。

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