专利名称：一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布实时测量装置的制作方法
技术领域：
一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布实时测量装置技术领域[0001]本实用新型属于气固两相流检测设备范围，特别涉及一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布实时测量装置。技术背景[0002]燃煤发电厂气力输送管道中风粉两相流参数的实时检测与锅炉运行安全性、经济性直接相关，在过去的几十年中，工程界提出了多种用于气固两相流参数检测的测量方法， 包括热平衡法、压降法、电容层析成像法、文丘里管法、微波法、静电法、电容法等，但这些传感器均属于“软场感测型”，煤粉浓度的测量受温度、湿度、压力、煤种、连续相流速、离散相分布等因素变化的影响，无法实现对煤粉浓度的绝对测量。在上述方法中，只有电容层析成像法(ECT)可用于检测管道横截面上的煤粉相分布，同时注意到，相分布对于判断一次风管道中的输粉风速是否合适、送粉是否均勻以及气力输送管道运行是否安全具有重要意义，但至今仍缺乏获取相分布信息的有效手段。[0003]一种公知的技术“I. R. Barratt, Y. Yan, B. Byrne, Μ. S. A. Bradley. Massflow measurement of pneumatically conveyed solids using radiometricsensor. Flow Measurement and Instrumentation 11 (2000) 223—235” 一文中提出了一种基于 γ 射线吸收法的气固二相流固相浓度的测量方法，为保证Y光束相互平行，要求方案中的线状放射源、源准直器、Y射线探测器准直器、射线探测阵列必须在一条垂直于被测管道的直线上排列，再加上射线防护罩，使得设备占用的安装空间很大，该测量装置在工程中应用受到现场场地条件的限制。实用新型内容[0004]本实用新型的目的是针对现有辐射传感器占用安装空间大的局限性，提出一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布的实时测量装置。[0005]该实时测量装置由Y射线源、准直器、传感器管段、闪烁探头阵列、放大器阵列、 Y射线屏蔽罩和微机信号处理系统组成，其特征在于传感器管段通过法兰、密封垫片连接在被测气力输送管道上；作成一体的Y射线源1与准直器2置于Al2O3耐磨陶瓷包壳3 内，Al2O3陶瓷底盖4与Al2O3耐磨陶瓷包壳3螺纹连接，从传感器管段侧壁将Al2O3耐磨陶瓷包壳伸进被测气力输送管道12的流场内，插入到传感器管段侧壁内的γ射线源准直器 2与传感器管段侧壁螺纹连接；Y射线源准直器2出射口凸出进入到传感器管段侧壁内侧流场边缘，闪烁探头阵列13及与之相对应的放大器阵列14环绕在传感器管段外层，布置成环形阵列，采用环形铅制屏蔽罩15覆盖在放大器阵列14及γ射线源1的外围。[0006]所述Υ源1经准直器2以180°平面角出射窄束Y光，并且该出射平面与传感器管段轴线垂直。[0007]所述传感器管段为Al2O3陶瓷衬里与可伐合金外壳的复合管段。[0008]所述准直器由可伐合金制造而成。[0009]本实用新型的有益效果是采用点状Y射线源，准直器180°平面角出射，闪烁探头阵列及放大器阵列传感器管道外弧形布置，环形Y射线屏蔽罩固定在放大器阵列的外围，使得传感器设备占用现场空间明显减小，且传感器制造成本减少，Y射线防护要求降低。
[0010]图1为Y射线吸收法测量装置测量管段纵剖面示意图。[0011]图2为图1的B-B剖面示意图。
具体实施方式
[0012]本实用新型是提供用于电站锅炉气力输送管道的一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布的实时测量装置，在很大程度上减少了传感器设备的占用空间，几乎不受现场场地条件的限制，
以下结合附图及最佳实施案例对本实用新型作进一步说明。[0013]在图1、2中，传感器传感器管段由Al2O3陶瓷衬里6与可伐合金外壳7复合而成， 传感器传感器管段通过传感器管段法兰9、密封垫片10、被测管道连接法兰11实现与被测管道12的连接；γ射线源1与准直器2制造为一体，置于Al2O3耐磨陶瓷包壳3内，Al2O3 陶瓷底盖4螺纹连接在Al2O3耐磨陶瓷包壳3上，Al2O3耐磨陶瓷包壳3从传感器管段侧壁伸进管道内，并与传感器管段侧壁采用螺纹5连接，使准直器2出射口适当凸出并进入到传感器管段侧壁内侧流场；闪烁探头阵列13及与之相对应的放大器阵列14环绕在传感器管段外层，布置成环形阵列，采用筒状铅制屏蔽罩15覆盖放大器阵列14及γ射线源1的外围。准直器2由可伐合金制造而成，传感器的γ射线源1为点状源，准直器2出射口采用 180°平面角出射，出射平面与传感器管段轴线垂直，Y射线源1经准直器2以窄束射线形式透射Al2O3耐磨陶瓷包壳3后，照射传感器管段中的风粉二相流体8，并穿过由Al2O3陶瓷衬里6与可伐合金外壳7复合成的透传感器管段侧壁，Y射线到达由闪烁探头阵列13及放大器阵列14构成环形阵列。Y射线源1与η个闪烁探头阵列13将传感器管段的横截面无形的分割成了 η个面积不等的测量微元，构成了煤粉体积浓度及相分布的测量场；每个闪烁探头阵列接收与之相对应微元内透射的Y射线强度，显然η越大，将被测截面分割成的微元就越多，每个微元的面积就越小，将每个微元内的固相视为均勻分布，进行单独测量，从而减小了测量误差，提高了测量精度；环形Y射线铅制屏蔽罩15对穿透探测器的Y 射线进行屏蔽，根据Y射线强度选择合适的屏蔽罩铅板的厚度，使屏蔽罩外环境中的Y射线强度在国家规定的标准范围内；闪烁探头阵列输出的电脉冲信号经放大后成为可测量的脉冲，对脉冲进行计数，计数率可表征入射的Y射线强度。[0014]所述煤粉相浓度测量装置工作原理如下[0015]Y射线穿透传感器管道的同时，也穿过管道中风粉两相流，输粉热风对Y射线的吸收系数与煤粉相比很小，可以忽略不计。射线与物质间的相互作用规律如下_6] Il(^t) = Ι0βμφ)⑴[0017] (1)式中Icr传感器管段为空时闪烁探头阵列接收到的Y射线强度JJO-t时刻，传感器管段中有煤粉时第i个闪烁探头阵列接收到的Y射线强度；Xi(t)_t时刻，传感器空间第i个测量微元中煤粉的等效厚度；P-煤粉的线性吸收系数。[0018]在t时刻，传感器空间第i个测量微元中煤粉的体积浓度β (t)表示如下ni、 X1Ct) 1 , IAt)[0019],、H1 h (2)[0020](2)式中Hi- Y射线穿越传感器空间第i个微元的等效弦长。[0021]传感器测量空间内的煤粉体积浓度β (t)为[0022]β(. = -[β^ + β2^……於⑴+……+怂⑴],、η(3)[0023]该方案将被测管道的横截面分成η份，单独测量每个微元内的浓度值，β i(t) (i = 1,2,……η)表征第i个测量子空间内的平均煤粉浓度，则 ^α)，β2α)……i3i(t)…… βηα)表征了传感器管段的横截面上的煤粉相分布信息，计算机系统可根据 ^α)， β2α)…… ^α)……βηα)重建煤粉在传感器管道截面上分布图像，既可得到相分布信息，又明显地克服了流型及相分布变化对煤粉浓度测量的影响。[0024]本实用新型的点状Y射线源布置于传感器管段管壁上，闪烁探头阵列包围在传感器管段管道外形成测量截面，探测器侧不必采用准直器，使得传感器设备占用现场空间明显减小，且减少了传感器制造成本， 射线防护要求显著降低。
权利要求1.一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布的实时测量装置，该实时测量装置由Y射线源、准直器、传感器管段、闪烁探头阵列、放大器阵列、Y射线屏蔽罩和微机信号处理系统组成，其特征在于传感器管段通过法兰、密封垫片连接在被测气力输送管道上；作成一体的Y射线源与准直器置于Al2O3耐磨陶瓷包壳内，Al2O3陶瓷底盖与Al2O3耐磨陶瓷包壳螺纹连接，从传感器管段侧壁将Al2O3耐磨陶瓷包壳伸进被测气力输送传感器管段侧壁内，插入到传感器管段侧壁内的Y射线源准直器与传感器管段侧壁螺纹连接；Y射线源准直器出射口凸出到传感器管段侧壁内侧流场边缘，闪烁探头阵列及与之相对应的放大器阵列环绕在传感器管段外层，布置成环形阵列，采用环形铅制屏蔽罩覆盖在放大器阵列及Y射线源的外围。
2.根据权利要求1所述气力输送管道中煤粉浓度及相分布的实时测量装置，其特征在于所述Y射线源经准直器以180°平面角出射窄束Y光，并且该出射平面与传感器管段轴线垂直。
3.根据权利要求1所述气力输送管道中煤粉浓度及相分布的实时测量装置，其特征在于所述准直器由可伐合金制造而成。
专利摘要本实用新型公开了属于气固二相流检测设备范围的一种气力输送管道中煤粉浓度及相分布的实时测量装置。该测量装置的传感器管段通过法兰与被测管道连接，点γ射线源从测量管段侧壁凸进到管内流场边缘，闪烁探头阵列及放大器阵列布置于传感器管道外围，选择屏蔽铅板的厚度，使环形屏蔽罩外的γ射线在安全范围内。点γ射线源与探测器阵列将测量空间无形的分割成n个测量微元，经每一测量微元衰减后的γ射线强度由与之相对应的闪烁探头阵列接收，将测量场内全部微元内体积浓度算术平均值；同时也获得了测量空间横截面上煤粉的相分布。本实用新型的测量装置占用现场空间明显减小，传感器制造成本减少，γ射线防护要求明显降低。
文档编号G01N23/12GK202256201SQ20112033127
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者张小娜, 段泉圣 申请人:华北电力大学