CN101878419A - 飞灰中残余碳含量的测量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量碳质燃料燃烧产生的含灰烟气的样品中未燃碳的装置(22)，装置(22)设计有灰分取样设备(19)和样品室(8)，样品室穿过连接到微波发生器(15)和微波接收器(20)的微波共振腔(7)，样品室(8)在入口和出口处设置有阀(4，12)，并且设置有水平测量器(6)，在入口阀(4)与微波共振腔(7)之间的位置处设置有用于样品室(8)的增压空气连接件(5)，增压空气连接件(5)与增压空气源(21)相连。本发明还涉及用于通过对碳质燃料燃烧产生的含灰烟气的取样测量未燃碳的方法，其中在样品上以由样品室(8)中的压力所给出的第一和第二压实度执行微波共振测量，组合的测量值与基准曲线相比较以确定样品中的残余碳含量。

Description

飞灰中残余碳含量的测量
技术领域
本发明涉及一种用于测量碳质燃料燃烧产生的含灰烟气的样品中未燃碳的装置，该装置设计有灰分取样设备和与其相连的样品室，该样品室延伸穿过连接到微波发生器和微波接收器的微波共振腔，该样品室在入口和出口处设置有阀和水平测量器(level meter)。
而且，本发明涉及一种用于通过对碳质燃料燃烧产生的含灰烟气的取样测量未燃碳的方法，其中，样品引入延伸穿过微波共振腔的样品室，并且将该样品室填充到高于微波共振腔的水平(level)，压实该样品，在样品上执行微波共振测量，并且将所述测量与基准曲线相比较来确定样品中的碳含量。
背景技术
碳质燃料在例如火力发电厂中的燃烧产生的飞灰是制作水泥、混凝土和柏油的重要添加剂，因此对发电厂而言是一个重要的商业项目，这还可以避免与飞灰沉积有关的费用。然而，这要求飞灰符合对未燃碳的含量——残余碳％值——的某些最大极限值。因此，需要能够测量飞灰中的残余碳含量，从而确保飞灰符合所需极限值。
未燃碳的量还是燃烧效率的指示。这与飞灰中的残余碳数量成反比。希望具有适当的残余碳含量，因为这表明设备在燃烧质量、燃料利用率、飞灰可用性和包括氮氧化物在内的污染成分排放方面的最佳运行。
已经看出，飞灰中的残余碳含量取决于燃烧室结构、煤质、煤在磨煤机中研磨得多细以及散热率。因此，特别希望在工作期间能够连续测量残余碳含量，使得能够调节燃烧参数，从而确保残余碳含量始终在容许极限值范围之内。
有多种技术方法来测量残余碳含量。本发明使用微波共振测量技术。
样品中的飞灰量随着燃烧参数的影响和灰分样品的压实度而变化，这是测量误差的重要来源。因此，迄今一直需要确定样品重量并且把它与微波共振测量的结果相结合。然而，样品的称重往往具有很大的不确定性。
另一种方法是产生具有明确压实度的样品以便降低对可变参数的灵敏度。从DE 198 56 870 C2得知这个方法，该文献描述了一种用于测量烟气的飞灰样品中残余碳含量的装置和方法。该装置使用连续工作的气动进料***。飞灰被引导进入测量元件中的样品容积，该测量元件经由关闭装置可以与送料***的其它部分的压力隔开，因此样品不会暴露在来自周围***的不受控制的压力脉冲下。该测量元件设置有通过机械振动和热源潜能来压实样品的装置，从而提供明确的压实度。
然而，凭经验看出，通过操纵和处理颗粒介质所进行的振动在样品中形成分离，因此使它不均匀，因此随后的样品将不提供代表样品整体的数值。
发明内容
本发明的目的是指出一种装置和方法，用于确定由碳质燃料燃烧产生的含灰烟气中的未燃碳量，更具体地说是飞灰的残余碳含量，同时降低由于样品的称重或用机械振动对样品进行压实所引起的不确定性。
根据本发明，上述目的由这样一种装置实现，该装置用于测量上面介绍所提及的那种碳质燃料燃烧产生的含灰烟气的样品中的未燃碳，其特征在于，在入口阀与微波共振腔之间的位置处设置有用于样品室的增压空气连接件，该增压空气连接件与增压空气源相连。
根据本发明的方法的特征在于，在压实之前，以第一压力条件和第一压实度执行第一微波共振测量，并且以第二压力条件和第二压实度执行至少一次额外微波共振测量，将组合的测量值与基准曲线相比较以确定样品中的残余碳含量。
在残余碳测量期间，入口阀与微波共振腔之间的增压空气连接件实现对样品室中压力的调节和控制。压实度由压力给出，并且能够通过改变样品室中压力来获得样品的不同压实度。实际实验已经令人惊讶地地表明，通过在不同压力下对同一样品执行至少两次测量并且组合这些记录的测量值并把这些测量值与基准曲线相比较就能够确定飞灰样品中的残余碳含量，同时部分地或完全消除由压实度所引起的测量不确定性。而且，实际实验已经表明，通过利用以受控方式进行的压力变化，提供均匀和均质的样品，从而使样品容积获得均匀分布的、有代表性的特性。这是一种非常简单和可靠的测量方法，它完全消除在前提到的测量不确定性，因为样品的称重或采用机械振动的压实不是该方法的一部分。
该装置和该方法能够以适当的时间间隔机械能取样，因此，如果残余碳含量超过某一极限值就能够使用该结果来调节燃烧。
根据另一实施例，本发明的装置的特征在于，来自增压空气源的压力具有两个或更多的固定设定值。为了避免在测量期间弄错，压力源选择为使得以固定等级调节压力。通常，压力源选择为使得以两个等级选择压力。在这种情况下，这两个等级优选为0巴和1巴。
根据另一实施例，本发明的装置的特征在于，来自增压空气源的压力是可无级调节的。有利的是，压力源选择为使其能够传递可无级调节的压力。因此实现了装置调节为能够适于多个不同的发电厂。
根据又一实施例，本发明的装置的特征在于，在增压空气连接件处设置压力传感器、压力计或其它用于压力测量的装置。压力源常常会是在中心地布置的增压空气设备，该装置连接到与发电厂共用的增压空气源上。在这种情况下，有利的是，操作者能够在本地读取和检查压力，从而确保样品中的压力条件如所期望的一样。如果使用压力传感器，就可以把它连接到数据收集***上。
根据又一实施例，本发明的装置的特征在于，微波发生器适于产生1GHz到300GHz频率范围内的微波，该微波优选为具有2.39GHz到2.45GHz的频率，因为所设计的含有这种样品的共振腔的共振频率和希望检验的频率区间主要处于这个范围。因此，当希望使用该装置来测量飞灰中的残余碳含量时只需要关注频率范围。
根据另一实施例，本发明的装置的特征在于，在出口阀与微波共振腔之间设置有用于样品室的另一个增压空气连接件，该增压空气连接件与增压空气源相连。入口阀处于打开位置并且出口阀处于关闭位置而同时与增压空气源连接时，该增压空气连接件能够清空样品室。灰分样品经由灰分取样设备返回。
根据另一实施例，本发明的装置的特征在于，在出口阀后面设置用于接收参考样品的容器。有利的是，提供取出灰分样品用于进一步分析的可能性。灰分样品的这种分析可以用来校准该装置。在入口阀处于关闭位置且出口阀处于打开位置而同时在入口阀与微波共振腔之间连接增压空气源时取出参考样品。因此灰分样品会被导出而进入该容器中。
根据另一实施例，本发明的方法的特征在于，在测量期间，产生1GHz到300GHz频率范围内的微波，该微波优选为具有2.39GHz到2.45GHz的频率。发现碳的共振频率优选为2.39GHz到2.45GHz范围内。因此，当希望使用该方法来测量飞灰中的残余碳含量时只需要关注频率范围。因此花费少得多的时间进行微波共振测量。
根据另一实施例，本发明的方法的特征在于，在大气压力下执行第一微波共振测量，在1巴的压力下执行第二微波共振测量。实际实验已经表明，通过在没有打开外部压力源的情况下以大气压力执行第一测量，并且通过在压力源的1巴设定值下执行第二测量，实现了可靠且同时经济地执行微波共振测量。
附图说明
接下来参照附图更详细地解释本发明，其中：
图1示出了装置的示意图。
具体实施方式
图1示出装置22的示意图以及该装置22是怎样形成烟气***的一部分。碳质燃料在例如发电厂锅炉或其它产生能量的设备中燃烧产生的通过废气管1的含灰烟气17从由通道壁18界定的通道16引导。这个流动被引导到由分离器2和漏斗3组成的灰分取样设备19，该分离器2在所示例子中为旋流器，灰分在该分离器2中与气体分开，分开的灰分通过该漏斗3经由入口阀4引导到延伸穿过微波共振腔7的样品室8。该气体经由管道14引导回通道16。
与入口端相对的是，样品室8设置有出口阀12，该出口阀12处于打开位置时允许灰分进入容器13，该出口阀12处于关闭位置时阻断样品室8。当出口阀12关闭时，样品室8中的材料水平将上升。水平检测器6设置在微波共振腔7与入口阀4之间的位置处。在填充物达到所需水平时，入口阀4关闭，使得样品室8关闭，并且执行第一测量程序。
该测量程序是通过微波发生器15经由布置在微波共振腔7中的天线10发出微波来启动的。也设置在微波共振腔7中的第二天线9连接到微波接收器20。通过分别对发出和收到的微波的数据处理，可以确定位于样品室8中的样品的固有频率和衰减(attenuation)。
在执行了第一测量程序之后，从增压空气源21通过增压空气连接件供应增压空气，由此增大样品的压实度，这是由外加压力给出的。在本发明的特定实施例中，增压空气连接件5处的压力可以在压力计(未示出)或压力传感器23上读出。如上所述地执行第二测量程序，确定同一样品在具有另一个压实度的情况下的固有频率和衰减。在这之后，能够通过组合的测量值与基准曲线的比较来确定样品的残余碳含量。
如果需要的话，可以在增大的压实度下如上所述地重复测量频率。
当完成测量频率时，通过打开入口阀4，随后通过经由增压连接件11连接增压空气源21而注入(flush)增压空气，可以使样品室8中的样品返回通道16。
如果希望将在样品室8中收集的灰分部分引导到容器13，那么打开出口阀12，并且通过经由增压连接件5连接增压空气源来执行注入增压空气。然后关闭出口阀12，打开入口阀4，并且经由增压连接件11执行注入增压空气。
此后，开始新的收集循环。

Claims (10)

1.一种用于测量碳质燃料燃烧产生的含灰烟气的样品中未燃碳的装置(22)，所述装置(22)设计有灰分取样设备(19)和样品室(8)，所述样品室(8)与所述灰分取样设备(19)连接，所述样品室(8)延伸穿过微波共振腔(7)，所述微波共振腔(7)连接到微波发生器(15)和微波接收器(20)，所述样品室(8)在入口和出口处设置有阀(4，12)，并且所述样品室(8)设置有水平测量器(6)，其特征在于，在所述入口阀(4)与所述微波共振腔(7)之间的位置处设置有用于所述样品室(8)的增压空气连接件(5)，所述增压空气连接件(5)与增压空气源(21)连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，来自所述增压空气源(21)的压力具有两个或更多的固定设定值。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，来自所述增压空气源(21)的压力是可无级调节的。
4.根据在前任一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述增压空气连接件(5)处，设置有压力传感器(23)、压力计或其它用于压力测量的装置。
5.根据在前任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述微波发生器(15)用于产生在1GHz到300GHz频率范围内的微波，所述微波优选为具有2.39GHz到2.45GHz的频率。
6.根据在前任一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述出口阀(12)与所述微波共振腔(7)之间设置有用于所述样品室(8)的另一个增压空气连接件(11)，所述另一个增压空气连接件(11)与增压空气源(21)连接。
7.根据在前任一项权利要求所述的装置，其特征在于，在所述出口阀(12)后面设置有用于接收参考样品的容器(13)。
8.一种用于通过对碳质燃料燃烧产生的含灰烟气进行取样而测量未燃碳的方法，其中，所述样品被引入延伸穿过微波共振腔(7)的样品室(8)，并且将所述样品室填充到高于所述微波共振腔(7)的水平，压实所述样品，在所述样品上执行微波共振测量，并且将所述测量与基准曲线相比较来确定所述样品中的碳含量，其特征在于，在压实之前以第一压力条件和第一压实度执行第一微波共振测量，以第二压力条件和第二压实度执行至少一次额外微波共振测量，以及将组合的测量值与基准曲线相比较以确定样品中的残余碳含量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在测量期间，产生1GHz到300GHz频率范围内的微波，所述微波优选为具有2.39GHz到2.45GHz的频率。
10.根据权利要求8-9所述的方法，其特征在于，在大气压力下执行所述第一微波共振测量，在1巴的压力下执行所述第二微波共振测量。
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