专利名称：电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量的在线测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及热工测量与仪表技术领域，特别是一种电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量的在线测量装置。
二 背景技术电站燃煤锅炉烟气中飞灰的未燃烬可燃物含量的高低直接影响锅炉效率，通常每降低未燃烬可燃物含量3个百分点，锅炉效率就提高1个百分点，未燃烬可燃物含量是反映锅炉燃烧效率的重要指标，是电厂运行人员判断锅炉运行好坏和降低煤耗的关键，是指导、评价锅炉燃烧优劣的重要依据。当未燃烬可燃物含量高时，将给发电厂造成严重的经济和环境后果，这不仅意味着燃料未能有效利用，提高了发电成本，而且造成NOx排放量增大，影响环境质量。实时检测未燃烬可燃物含量将有助于指导锅炉运行，有助于正确调整风煤比，提高锅炉燃烧控制水平，合理控制飞未燃烬可燃物含量的指标，有利于降低发电成本，提高机组运行的经济性。
现有技术中有一项利用微波技术测量电站锅炉未燃烬可燃物含量的技术，它是在电站锅炉电除尘器前的烟道中插入撞击式单点采样头，将含飞灰的烟流抽出一部分，经分离后将灰样引入测量腔(也称灰样室)，并按预定的时间(如1-3min)接受微波辐射，这时，可测量灰样吸收的微波能量或谐振波幅，再通过计算进一步求出灰样中含有未燃烬可燃物的百分数，同时将灰样排出测量腔，使其进入下游的烟道中，然后再开始新的测量循环。这种测量方法存在的主要问题有(1)测量腔经常堵灰 由于测量腔里的灰样排出不畅，经常发生堵灰现象，测量装置无法正常使用；(2)测量准确度不高 单点取样的样品缺乏代表性，造成较大的分析误差。
目前还有一种测试仪器采用非取样型设计，将微波的发射、接收传感器布置于烟道两侧，将烟道中流动的烟气作为测试对象，避免了取样所带来的不良后果。但此种仪器测量的信号反映的是烟道内测量空间烟气中未燃烬可燃物的总量变化，当锅炉调整运行工况或煤质变化时，测量空间内烟气中灰粒的浓度将变化，从而引起测量空间未燃烬可燃物总量的变化。但是，此种测量仪器不确定测量空间内烟气灰粒含量的多少，仅测量未燃烬可燃物的总量大小，无法确定烟气中未燃烬可燃物含量。例如，当锅炉负荷由大变小，测试空间内灰粒浓度由大变小，即使锅炉烟气中未燃烬可燃物的含量不变，测试空间内未燃烬可燃物的总量会由大变小，于是，此种仪器测量的结果也会由大变小，而实际上锅炉的未燃烬可燃物含量不变，仪器反映出的测量结果是不准确的。
三 发明内容本发明的目的在于提供一种直接对烟道中流动的烟气进行测量的非取样型、同时确定测量空间内烟气中未燃烬可燃物总量和烟气灰粒浓度的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量的在线测量装置。
实现本发明目的的技术解决方案一种电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置，包括毫米波信号发射端、毫米波信号接收端，毫米波信号发射端由毫米波源和发射天线组成，毫米波信号接收端由接收天线和毫米波处理单元组成，所述的毫米波信号发射端和毫米波信号接收端分别置于烟道壁两侧上对称的并用对微波不吸收的耐温材料封堵的孔壁处；所述的毫米波处理单元与采集烟气灰粒浓度的数据采集模块连接，该数据采集模块与采集锅炉排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量信号的传感器连接，所述的数据采集模块与显示器之间连接计算未燃烬可燃物含量实时值的数据处理单元。
本发明电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置的毫米波信号发射端中，振荡器与隔离器、定向耦合器依次相连，该定向耦合器一端与隔离器、检波器依次相连，该定向耦合器另一端与可变衰减器、发射天线依次相连；毫米波信号接收端中，由接收天线与检波器、直流放大器、低通滤波器依次相连后和由输入发射端功率监测信号的直流放大器连接低通滤波器后分别与差分直流放大器连接，该差分直流放大器与输出检测信号的低通滤波器连接。
本发明电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置的毫米波信号发射端中，振荡器产生的毫米波信号经隔离器由定向耦合器分为两路信号，一路信号经过隔离器、检波器后作为功率监测输出信号，用于测量未燃烬可燃物总量的参考信号；另一路信号经可变衰减器调节测量发射功率，由发射天线发射到被测烟道空间；毫米波信号接收端中，毫米波信号接收端的信号为差分处理的两路信号，一路为所述的接收天线接收的毫米波信号经检波、直流放大、低通滤波后提供的信号，另一路为发射端功率监测输出信号经直流放大、低通滤波后提供的信号，该两路信号经差分直流放大、低通滤波后作为被测空间未燃烬可燃物总量的检测信号。
本发明与现有技术相比，其显著优点是(1)与人工采样化学分析方法相比，本发明能够实现实时在线测量，无需采样、制样和化学分析等过程，能够在线实时监测锅炉未燃烬可燃物含量；(2)与取样型测量仪器相比，本发明直接对烟道中流动的烟气进行测量，不用取样管，避免了取样不具有代表性的问题，消除了堵灰、实时性差的问题；(3)与非取样型测量仪器相比，本发明通过采集锅炉运行时的过量空气系数，给煤量、锅炉负荷等参数，建立模型计算得出烟气灰粒浓度，提高测试系统可靠性和测量精度；(4)本发明采用8mm高精度带调制的微波发射源，可提高系统的抗干扰性能，提高接收单元的灵敏度及工作的稳定性，有利于系统测量精度的提高。
四
图1是本发明的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量的在线测量装置的组成框图。
图2是本发明的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量的在线测量装置的毫米波信号发射端结构框图。
图3是本发明的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量的在线测量装置的毫米波信号接收端结构框图。
图4是本发明的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量的在线测量装置的数据采集处理与显示系统组成框图。
五具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置，包括毫米波信号发射端、毫米波信号接收端，毫米波信号发射端由毫米波源1和发射天线2组成，毫米波信号接收端由接收天线4和毫米波处理单元5组成，所述的毫米波信号发射端和毫米波信号接收端分别置于烟道11壁两侧上设置对称的并用对微波不吸收的耐温材料(如聚四氟乙烯材料3)封堵的孔壁处；所述的毫米波处理单元5与采集烟气灰粒浓度的数据采集模块7连接，该数据采集模块7与采集锅炉排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量信号的传感器6连接，所述的数据采集模块7与显示器9之间连接计算未燃烬可燃物含量实时值的数据处理单元8。即在锅炉除尘器前的水平烟道11上，烟道壁两侧对称开两个圆孔，采用耐温且对微波不吸收的聚四氟乙烯材料3封堵，毫米波源1产生的毫米波经过发射天线2发射到被测烟道11空间，由于烟气12中未燃烬可燃物的吸收，功率发生衰减的毫米波信号由接收天线4吸收，传递到毫米波处理单元5经检波、直流放大、低通滤波后作为被测空间未燃烬可燃物总量的检测信号。其中结合图2，毫米波信号发射端由毫米波源1和发射天线2组成，即振荡器与隔离器、定向耦合器依次相连，该定向耦合器一端与隔离器、检波器依次相连，该定向耦合器另一端与可变衰减器、发射天线2依次相连。具体而言，采用8mm振荡器产生的毫米波信号经隔离器由定向耦合器分为两路信号，一路信号经过隔离器、检波器后作为功率监测输出信号，用于测量未燃烬可燃物总量的参考信号；另一路信号经可变衰减器调节测量发射功率，由发射天线2发射到被测烟道11空间。
结合图3，毫米波信号接收端由接收天线4和毫米波处理单元5组成，即毫米波信号接收端中，由接收天线4与检波器、直流放大器、低通滤波器依次相连后和由输入发射端功率监测信号的直流放大器连接低通滤波器后分别与差分直流放大器连接，该差分直流放大器与输出检测信号的低通滤波器连接。具体而言，毫米波信号接收端的信号为差分处理的两路信号，一路为所述的接收天线4接收的毫米波信号经检波、直流放大、低通滤波后提供的信号，另一路为发射端功率监测输出信号经直流放大、低通滤波后提供的信号，该两路信号经差分直流放大、低通滤波后作为被测空间未燃烬可燃物总量的检测信号。
对于烟气灰粒浓度测量方法与数据采集模块7，本发明采用理论分析方法，从锅炉热平衡的角度建立烟气灰粒浓度计算模型，将灰粒浓度表示为若干个电站锅炉运行参数的函数，μfh＝f(a，D，B，Cfh) (1)式中，μfh灰粒浓度；a锅炉排烟处的过量空气系数；D锅炉蒸发量；B给煤量；Cfh锅炉未燃烬可燃物含量。
通过氧化锆传感器、蒸汽流量传感器和光电转速传感器采集锅炉排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量的信号并传输给数据采集模块7，确定烟气灰粒浓度。根据采集锅炉排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量的信号以及毫米波接收端输出的被测空间未燃烬可燃物总量的检测信号输入到数据处理单元8，标定不同工况下、不同未燃烬可燃物含量所对应的毫米波接收端输出的被测空间未燃烬可燃物总量的检测信号，得到未燃烬可燃物含量与模拟电压值、排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量的信号的标定曲线和关系式，将标定参数写入程序，按照前述的理论模型计算可得到锅炉未燃烬可燃物含量。
在数据处理单元中对其进行数据处理，当毫米波信号发射、接收端安装位置确定之后，烟道11内被测试空间也就确定，此时毫米波衰减引起的输出信号对应与测试空间未燃烬可燃物的总量。即U＝kVμfhCfh+C1(2)式中k-标定的系数；C1-标定的常数；V-测试空间的体积。
于是，将烟气灰粒浓度模型代入上式得到U=KJ×CfhM+C1---(3)]]>式中J=(-1644Cfh+3.457×106+1.54×105a-1.54×103aCfh)B3.108×106B+1.385×105aB-2.579×105D]]>-(9877-4.87Cfh+440a-4.4aCfh)B784.7D+8991.1B]]>M=(66.3aD+759.6aB-2.24D-25.63B)Cfh(9877-98.77Cfh+440a-4.4aCfh)B+93.9Cfh+0.2825a+0.4875]]>于是，将采集的锅炉排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量的信号以及毫米波接收端输出的信号引入(3)式进行迭代计算，即可得到锅炉未燃烬可燃物含量。
结合图4，本发明的显示终端微波发射端的信号分两路，一路经过测试空间后，由接收端天线4接收，另外一路信号经检波器后作为功率监测输出信号，用于系统测量未燃烬可燃物含量的参考信号。两路信号经差分放大、低通滤波后作为被测空间未燃烬可燃物含量的检测信号，当设备安装完成后，通过调整发射端的发射功率，使检测信号处于合适的输出电平。经过接收端的差分处理电路，接收并处理两路信号。通过程序调用动态链接库函数，控制数据采集模块7，采集微波收发系统输出模拟电压信号，经过A/D变换，将数字信号传输至RS232-RS485转换模块。通过RS232-RS485转换模块，将信号输入数据处理单元8(如计算机或单片机)中，通过程序进行处理。计算出未燃烬可燃物含量的实时值并由显示器9显示其动态趋势，将数据动态显示出来。根据需要，可将未燃烬可燃物含量的数值经过D/A模块转化为4-20mA的模拟电流信号，传输给中控室显示器10(该中控室显示器10与数据处理单元8连接)，如测量显示仪表，这样可以用于远程观察。
权利要求
1.一种电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置，包括毫米波信号发射端、毫米波信号接收端，所述的毫米波信号发射端和毫米波信号接收端置于烟道壁的两侧，其特征在于毫米波信号发射端由毫米波源[1]和发射天线[2]组成，毫米波信号接收端由接收天线[4]和毫米波处理单元[5]组成，所述的毫米波信号发射端和毫米波信号接收端分别置于烟道[11]壁两侧上对称的并用对微波不吸收的耐温材料封堵的孔壁处；所述的毫米波处理单元[5]与采集烟气灰粒浓度的数据采集模块[7]连接，该数据采集模块[7]与采集锅炉排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量信号的传感器[6]连接，所述的数据采集模块[7]与显示器[9]之间连接计算未燃烬可燃物含量实时值的数据处理单元[8]。
2.根据权利要求1所述的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置，其特征在于毫米波信号发射端中，振荡器与隔离器、定向耦合器依次相连，该定向耦合器一端与隔离器、检波器依次相连，该定向耦合器另一端与可变衰减器、发射天线[2]依次相连；毫米波信号接收端中，由接收天线[4]与检波器、直流放大器、低通滤波器依次相连后和由输入发射端功率监测信号的直流放大器连接低通滤波器后分别与差分直流放大器连接，该差分直流放大器与输出检测信号的低通滤波器连接。
3.根据权利要求2所述的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置，其特征在于毫米波信号发射端中，振荡器产生的毫米波信号经隔离器由定向耦合器分为两路信号，一路信号经过隔离器、检波器后作为功率监测输出信号，用于测量未燃烬可燃物总量的参考信号；另一路信号经可变衰减器调节测量发射功率，由发射天线[2]发射到被测烟道空间；毫米波信号接收端中，毫米波信号接收端的信号为差分处理的两路信号，一路为所述的接收天线[4]接收的毫米波信号经检波、直流放大、低通滤波后提供的信号，另一路为发射端功率监测输出信号经直流放大、低通滤波后提供的信号，该两路信号经差分直流放大、低通滤波后作为被测空间未燃烬可燃物总量的检测信号。
4.根据权利要求1所述的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置，其特征在于分别采集锅炉排烟处的过量空气系数、蒸发量、给煤量信号的传感器[6]为氧化锆传感器、蒸汽流量传感器和光电转速传感器。
5.根据权利要求1所述的电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置，其特征在于在数据处理单元[8]上连接用于远程观察的中控室显示器[10]。
全文摘要
本发明公开了一种电站燃煤锅炉未燃烬可燃物含量在线测量装置。它包括毫米波信号发射端、毫米波信号接收端，毫米波信号发射端由毫米波源和发射天线组成，毫米波信号接收端由接收天线和毫米波处理单元组成，所述的毫米波信号发射端和毫米波信号接收端分别置于烟道壁两侧上对称的并用对微波不吸收的耐温材料封堵的孔壁处；所述的毫米波处理单元与数据采集模块连接，该数据采集模块与传感器连接，所述的数据采集模块与显示器之间连接计算未燃烬可燃物含量实时值的数据处理单元。本发明能够实现实时在线测量，无需采样、制样和化学分析等过程，能够在线实时监测锅炉未燃烬可燃物含量；消除堵灰、实时性差的问题；提高测试系统可靠性和测量精度。
文档编号F23J13/00GK1967220SQ20051009546
公开日2007年5月23日 申请日期2005年11月17日 优先权日2005年11月17日
发明者宣益民, 李强, 谢仁宏, 蔡征宇 申请人:南京理工大学