CN104730088A - 飞灰含碳量监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞灰含碳量监测仪，其包括：第一微波发射器发射微波信号且经过样品；第一微波接收器接收经过样品的微波信号；微波导向器两端分别固定第一微波发射器和第一微波接收器，微波导向器内设有盛装样品的样品腔；信号比较器测量第一微波发射器发射的微波信号到第一微波接收器接收的微波信号的衰减变化；第二微波发射器发射一路微波信号经过样品和另一路微波信号不经过样品并作参考信号；微波鉴相器接收且测定第二微波发射器发射的经过样品的微波信号与未经过样品的参考信号的相位变化；飞灰含碳量计算器与信号比较器和微波鉴相器连接，飞灰含碳量计算器根据信号比较器测量的微波衰减变化和微波鉴相器测量的相位变化计算样品飞灰含碳量。

Description

飞灰含碳量监测仪

技术领域

本发明涉及一种监测仪器，具体地说，涉及一种飞灰含碳量监测仪。

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，实时检测飞灰含碳量将有利于指导运行正确调整风煤比，提高锅炉燃烧控制水平；合理控制飞灰含碳量的指标，有利于降低煤耗和发电成本，提高机组运行的经济性，还有助于电厂管理人员分析锅炉燃烧效率，提高制粉***和送风***的安全运行。

现有的飞灰含碳量监测仪大多基于一种测定原理进行测量，例如基于微波衰减法、微波谐振法或灼烧失重法；前两种方法受到灰样数量的影响，而且微波监测飞灰含碳量通常只能提供一个相对的线性关系，含碳量的绝对值则需要通过人工对同一飞灰样本进行化学分析，对微波检测设备进行标定，这样才能测量出飞灰含碳量的绝对值。一旦煤种发生改变，飞灰的密度发生改变，则需要重新标定，否则影响监测的准确度。灼烧失重法的执行部件复杂，取样点位置选择影响准确性，如果位置选择不好，不但取样困难，而且会产生较大误差。

另外，采用上述三种测量方法的飞灰含碳量监测仪的取样点普遍安装在空预器后端，该位置温度较低，取样时容易出现取样管路堵塞的问题。因此，需要一种新的飞灰含碳量监测仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞灰含碳量监测仪，测量数据精准度高，更换煤种时不需要重新标定，取样点位于空预器前端，避免发生取样管路堵塞。

为实现上述目的，本发明提供一种飞灰含碳量监测仪，其包括：第一微波发射器，所述第一微波发射器发射微波信号，微波信号经过样品；第一微波接收器，所述第一微波接收器接收所述微波发射器发射的且经过样品的微波信号；微波导向器，所述微波导向器两端分别固定所述第一微波发射器和第一微波接收器，所述微波导向器内设有样品腔，所述样品腔内盛装样品；信号比较器，所述信号比较器测量所述第一微波发射器发射的微波信号到第一微波接收器接收的且经过样品的微波信号的衰减变化；第二微波发射器，所述第二微波发射器发射两路微波信号，一路微波信号经过样品，一路微波信号不经过样品作为参考信号；微波鉴相器，所述微波鉴相器接收且测定所述第二微波发射器发射的经过样品的微波信号与未经过样品的参考信号的相位变化；飞灰含碳量计算器，所述飞灰含碳量计算器与所述信号比较器和所述微波鉴相器连接，所述飞灰含碳量计算器根据所述信号比较器测量的微波衰减变化以及所述微波鉴相器测量的相位变化计算出样品的飞灰含碳量。

优选地，所述微波导向器的样品腔的进口端与旋风器的出口端管道连通，所述旋风器将样品中的空气排出。

优选地，所述旋风器的出口端附近连接振动器。

优选地，所述旋风器上连通喷射器管道和取样器管道。

优选地，所述取样器管道上设有耐热保温层。

另外，优选地，所述样品腔的进口端连通压缩器，所述压缩器通过压缩样品提高所述样品腔内样品的填充比。

从上述的描述和实践可知，本发明提供的飞灰含碳量监测仪与现有技术相比，其有益效果是：首先，在采样过程中，对样品进行多次压缩，提高填充比，降低测量误差；而且，取样点位于空预器前端，取样管道上设有耐热保温层，可以避免温度下降速度过快造成的结露粘结，避免因取样管路堵塞而影响正常测量过程，减少了维护费用和时间。其次，采用两种独立的微波测量方式，测量微波的衰减变化和相位变化，通过飞灰含碳量计算器得到飞灰中碳含量和灰总量，再通过飞灰含碳量计算器计算出样品的飞灰含碳量，即碳含量所占灰总量的百分比，测量数据精准度高，从而避免多次重复测量，减少了测量时间和设备使用率；而且，微波相位的变化可以提供样品的飞灰的密度，从而判断出样品所属煤种，更换煤种时不需要重新标定，大量的减少了人工成本和设备使用率。

附图说明

通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。在附图中，

图1是本发明一个实施例所述的飞灰含碳量监测仪的示意图；

图2是图1所示的飞灰含碳量监测仪监测的两路微波的衰减的示意图；

图3是图1所示的飞灰含碳量监测仪监测的两路微波的相移的示意图。

附图标记：

1：第一微波发射器；2：第一微波接收器；3：微波导向器；31：样品腔；

4：第二微波发射器；5：旋风器；6：振动器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一个实施例所述的飞灰含碳量监测仪的示意图。如图1所示，飞灰含碳量监测仪包括第一微波发射器、第一微波接收器、微波导向器、信号比较器、第二微波发射器和微波鉴相器。

第一微波发射器1发射微波信号，一路微波信号未经过样品，直接进入信号比较器，另一路微波信号经过样品，并在经过样品时发生衰减；第一微波接收器2接收微波发射器发射的、经过样品且已经发生衰减的微波信号。样品是飞灰取样样品，飞灰样品中未被燃烧的煤粉转换为石墨状碳，第一微波发射器1发射微波照射样品时，因石墨状碳吸收了微波而发生衰减，飞灰中石墨浓度越高，则吸收微波作用越强，微波衰减量越大，第一微波接收器2接收的微波量越少，反之亦然。

微波导向器3两端分别固定第一微波发射器1和第一微波接收器2，微波导向器3内设有样品腔，样品腔内盛装样品。第一微波发射器1发射的微波经过样品后由第一微波接收器2接收。

信号比较器用于测量且比较两路微波信号的衰减变化，信号比较器用于测量比较第一微波发射器1发射的微波信号到第一微波接收器2接收的微波信号的衰减变化；该衰减变化是样品的碳含量的函数，可以计算得到样品的含碳量。微波信号仅会被样品中的碳成分所吸收，而不会被样品的其它灰成分吸收。微波信号的衰减度和样品腔内的碳含量是相关的，碳含量越多，微波信号衰减度越大。第一微波发射器1发射的一路微波信号是初始微波信号，另一路微波信号经过样品后，第一微波发射器1发射的微波信号被样品中的碳成分吸收而衰减，第一微波接收器2接收的微波信号是衰减后的剩余微波信号，信号比较器可以得到初始微波信号与剩余微波信号的差值，即是经过样品时被碳成分吸收的微波信号值，也是微波的衰减变化值，可以计算出样品中的碳含量。

第二微波发射器4发射两路微波信号，一路微波信号经过样品，通过样品的微波信号会发生相移，一路微波信号不经过样品直接发送到微波鉴相器，该路信号作为参考信号；上述两路信号都被微波鉴相器接收，从而得到微波未经过样品的参考信号与经过样品的微波信号的相位变化，相位的变化是样品的灰总量的函数，可以计算得到样品的灰总量。微波相位的变化是和样品的密度是对等的，样品腔内的灰总量越大，则相位的变化越大，即相移越大。

图2是图1所示的飞灰含碳量监测仪监测的两路微波的衰减的示意图。如图2所示，L1表示未经过样品腔、直接进入信号比较器的初始微波信号，L2表示经过样品的、被样品中的碳成分吸收而衰减后进入信号比较器的剩余微波信号。而L1和L2之间的箭头的指向以及两个波峰之间的距离表示经过样品后，微波的衰减变化。因为样品腔内飞灰对微波的吸收，微波信号有所衰减，样品的含碳量越大，微波的衰减变化越大。

图3是图1所示的飞灰含碳量监测仪监测的两路微波的相移的示意图。如图3所示，L3表示未经过样品腔、直接进入微波鉴相器的参考信号，L4表示经过样品的、且微波发生相移后进入微波鉴相器的微波信号。而L3和L4之间的箭头的指向以及两条曲线之间的距离表示经过样品后，微波的相位变化。因为样品腔内飞灰对微波的吸收，相位变缓，样品的灰总量越大，微波的相位变化越大。

飞灰含碳量计算器与信号比较器和微波鉴相器连接，飞灰含碳量计算器可以根据信号比较器测量的微波衰减变化计算出样品的碳含量，飞灰含碳量计算器还可以根据微波鉴相器测量的相位变化计算出样品的灰总量，飞灰含碳量计算器根据碳含量和灰总量可以进一步得到飞灰含碳量；相对于现有技术中单一测量微波衰减测量，只能判断样品内的碳含量，一旦煤种发生更改，如果不重新进行标定，则无法测量灰总量，也就无法获得飞灰含碳量。在单一煤种的情况下，通过标定可以解决该问题。但是在煤种有变得情况下会导致精准度下降。通过测量微波相位，我们可以直接测量样品内的灰量，从而计算出精准的飞灰含碳量，不管样品是何种煤中。两种方式可以相互校正，以增加数据准确度以及测量精度。

微波导向器3的样品腔31的进口端与旋风器5的出口端管道连通，旋风器5的上部连通喷射器管道51和取样器管道52，其中，取样器管道52上设有耐热保温层，飞灰含碳量监测仪的取样点可以设置在空预器的前端，该端温度大于300℃，确保飞灰可以流畅地进入到旋风器5，相对于取样点位于空预器后端，可以避免因温度快速下降而导致烟气温度低于结露点，因结露粘结造成管路堵塞，影响分析仪的正常使用。

在取样时，飞灰进入到旋风器5内，旋风器5将样品中的空气排出，留下飞灰。旋风器5的出口端附近连接振动器6，通过振动器6的振动作用，飞灰从旋风器5坠落到微波导向器3的样品腔31内。

样品腔31的进口端连通压缩器，通过压缩器排出的压缩空气从样品的上方向下施压，以缩小样品腔31内的样品颗粒之间的间隙，而且可以减少飞灰反弹出微波导向器，提高填充比并降低测量误差。振动器6间隔作用，样品可以间隔地坠落，每坠落一次，启动一次压缩器，降低样品颗粒之间的间隙，直至样品腔31被充分填充，取样过程结束。然后再开启第一微波发射器和第二微波发射器进行测量，信号比较器和微波鉴相器会同时测量微波的衰减变化和相位变化，然后通过飞灰含碳量计算器得到飞灰的含碳量。

煤种更换后，提取的样品的最大差别就是灰质和灰含量不同。如果仅采用微波衰减测量方式，则只能测量到样品的碳含量。而飞灰含碳量是样品内的碳含量占据所有灰含量的百分比，碳含量是绝对值，飞灰含碳量是相对值，飞灰含碳量对于燃烧效率具有指导意义。传统的单一测量微波衰减法在煤质变化后，因更换煤种后的灰含量是无法测量的，则灰含量还是第一次标定时确定的参数，所以在煤质有变化时，如果不重新监测则无法得到灰含量，飞灰含碳量的测量精准度明显受到影响。

而本发明提供的飞灰含碳量监测仪还包括微波相位测量单元，微波相位主要用于测量样品腔内的灰含量，这样可以同时测量碳含量和灰含量，进一步得到飞灰含碳量，即使煤质有变化，也会相应的监测变煤种的会，也不会影响精准度，所以无需在更换煤种时重新标定。

从上述的描述和实践可知，本发明提供的飞灰含碳量监测仪，首先，在采样过程中，对样品进行多次压缩，提高填充比，降低测量误差；而且，取样点位于空预器前端，取样管道上设有耐热保温层，可以避免温度下降速度过快造成的结露粘结，避免因取样管路堵塞而影响正常测量过程，减少了维护费用和时间。其次，采用两种独立的微波测量方式，测量微波的衰减变化和相位变化，通过飞灰含碳量计算器得到飞灰中碳含量和灰总量，再通过飞灰含碳量计算器计算出样品的飞灰含碳量，即碳含量所占灰总量的百分比，测量数据精准度高，从而避免多次重复测量，减少了测量时间和设备使用率；而且，微波相位的变化可以提供样品的飞灰的密度，从而判断出样品所属煤种，更换煤种时不需要重新标定，大量的减少了人工成本和设备使用率。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本申请所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种飞灰含碳量监测仪，其特征在于，其包括：

第一微波发射器，所述第一微波发射器发射微波信号，微波信号经过样品；

第一微波接收器，所述第一微波接收器接收所述微波发射器发射的且经过样品的微波信号；

微波导向器，所述微波导向器两端分别固定所述第一微波发射器和第一微波接收器，所述微波导向器内设有样品腔，所述样品腔内盛装样品；

信号比较器，所述信号比较器测量所述第一微波发射器发射的微波信号到第一微波接收器接收的且经过样品的微波信号的衰减变化；

第二微波发射器，所述第二微波发射器发射两路微波信号，一路微波信号经过样品，一路微波信号不经过样品作为参考信号；

微波鉴相器，所述微波鉴相器接收且测定所述第二微波发射器发射的经过样品的微波信号与未经过样品的参考信号的相位变化；

飞灰含碳量计算器，所述飞灰含碳量计算器与所述信号比较器和所述微波鉴相器连接，所述飞灰含碳量计算器根据所述信号比较器测量的微波衰减变化以及所述微波鉴相器测量的相位变化计算出样品的飞灰含碳量。

2.如权利要求1所述的飞灰含碳量监测仪，其特征在于，所述微波导向器的样品腔的进口端与旋风器的出口端管道连通，所述旋风器将样品中的空气排出。

3.如权利要求1所述的飞灰含碳量监测仪，其特征在于，所述旋风器的出口端附近连接振动器。

4.如权利要求1所述的飞灰含碳量监测仪，其特征在于，所述旋风器上连通喷射器管道和取样器管道。

5.如权利要求4所述的飞灰含碳量监测仪，其特征在于，所述取样器管道上设有耐热保温层。

6.如权利要求1所述的飞灰含碳量监测仪，其特征在于，所述样品腔的进口端连通压缩器，所述压缩器通过压缩样品提高所述样品腔内样品的填充比。