适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置及方法

1.本发明属于燃煤电站自动化检测设备技术领域，具体涉及一种适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置及方法。


背景技术：

2.入炉煤的煤质对电厂运行的安全性、经济性和环保性尤为重要，在一定程度上决定了燃煤锅炉甚至燃煤电厂整体的运行特性。随着我国“构建以新能源为主体的新型电力系统”的稳步推进，燃煤电站由主力电源的地位逐渐转变为调节型电源，为适应新能源电网下负荷变化快、调峰需求大的新运行模式，锅炉快速燃烧调整和精细化控制成为必要手段，而对入炉煤煤质信息的实时监测成为新的迫切需求。
3.光学检测技术因其极高的精度、极快的检测速率以及对样品需求量少、无损等特点，非常适用于快速、高效的在线检测领域，而目前利用光学检测技术对煤质进行在线检测的方法，也随着深度调峰背景下对灵活、精确燃烧控制的需求提升而快速发展。然而光学检测对于取样装置提出了更高的要求：一方面，光学检测需要保持较好洁净度的视窗，这样才能保持较好的激光透过率，保障检测精度；另一方面，光学检测所需样品量少，极易受到残余样品的影响，从而影响检测结果的准确性。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置及方法，能够实现高效、快速、准确风粉管煤粉取样的同时，最大程度保障视窗的洁净度和残余样品的有效去除。
5.本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
6.《装置》
7.本发明提供一种适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置，其特征在于，包括：连接管，与输送粉料(例如煤粉)的风粉管相连，安装在风粉管的下方；气封单元，出气口环绕连接管内壁设置，通过出气口导入外部气流在连接管内形成正压从而阻止粉料落下；装样管，设置在气封单元下方，并与连接管相连通，在气封单元停止导气时容纳落入的粉料；光学检测窗，安装在装样管的下方，让外部光学检测设备的光束透过从而对位于光学检测窗上的粉料进行检测；以及反吹单元，设置在装样管与光学检测窗之间，通过反吹清除光学检测窗上的粉料，包括反吹腔和多个反吹进气口；反吹腔围绕装样管底部设置，呈多瓣半椭球形结构，形成内部中空与装样管连通、外围朝向光学检测窗的安装区域外扩的反吹空间，所有半椭球形结构的第一焦点周向均布在光学检测窗的外围安装区域上，第二焦点周向均布在光学检测窗范围内，且半椭球形结构的第二焦点位于视窗中心点相对于第一焦点的另一侧；反吹进气口设置在外围安装区域上，每个反吹进气口均位于一瓣半椭球形结构的第一焦点处。
8.以上方案的有益效果为：
9.由于具有以上结构，因此当需要取样检测时，先采用反吹进气口多次引入反吹气流，对反吹腔和光学检测窗进行清理，然后使气封单元停止进气，粉料即可以迅速落下并沉积在光学检测窗上，利用光学检测技术透过光学检测窗对粉料进行检测即可得到检测数据，完成检测；然后，开启反吹进气口送入反吹气流，反吹气流从椭球形腔室(椭球形结构)的第一焦点喷出，随后通过腔壁反射汇聚向位于视窗(光学检测窗)上的第二焦点处，对该位置及周围位置均进行吹扫，由各个反吹进气口喷出的反吹气流经过各椭球形腔室发射后形成的反吹气交叠于视窗主体区域并且反吹气覆盖整个视窗范围，使得气流能够从周向各个不同方向吹向视窗，对整个视窗所有区域特别是主体区域都能够进行有效吹扫，使得残留在视窗上的所有粉料都被扬起从而被气封单元卷吸送回风粉管，实现检测后粉料的回送和视窗上粉料的吹净，可最大限度保障视窗检测区域无粉料残留，确保视窗的洁净和光学检测结果的准确性；进一步，椭球形腔室的第二焦点位于视窗中心点的另一侧，能够使得吹来的气流保持较大的倾角(非垂直)避免由于反吹导致残余粉料压粘在视窗上。
10.另外，整个取样装置利用风粉管正压及粉料重力，进行风粉管直接取样，简单可靠，在不进行采样时，由于气封单元的存在，无任何部件被风粉直接吹刷，从而保障了取样装置的使用寿命。
11.综上，本发明提出的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置，能够实现高效、快速、准确风粉管粉料取样和光学检测的同时，最大程度保障视窗的洁净度和残余样品的有效去除，结构简单，使用寿命长，特别是采用本装置进行取样和检测不用消耗任何粉料，不用将粉料取出到外部进行检测，既避免了物料损耗又极大提高了取样和检测效率。
12.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，还可以具有这样的特征：安装盖，设置在反吹单元底部，用于密封安装光学检测窗，包括：从上下侧密封夹持固定光学检测窗的上盖环和下盖环，可拆卸的将上盖环和下盖环紧固连接的固定件；其中，反吹进气口的底部贯穿安装盖。通过此结构设计实现光学检测窗的可拆卸安装，便于长时间使用后的维护和更换。
13.优选地，本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置还可以包括：反吹腔包括至少四瓣半椭球形结构，瓣数越多交叠区域越多；反吹腔的最小内径与装样管的内径、连接管的内径相等。
14.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，还可以具有这样的特征：反吹腔包括六瓣半椭球形结构，这种结构瓣数适中易于制造，且反吹效果非常好。
15.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，还可以具有这样的特征：半椭球形结构不是截面为一半的椭圆形状，而是在与装样管相交处和相邻半椭球形相交处均被截断后剩余的那一部分半椭球形结构。
16.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，还可以具有这样的特征：连接管的底端与装样管的上端间隔一定距离设置，连接管的底端向下并且向外倾斜延伸，装样管的上端也向下并且向外倾斜延伸，共同围成一圈锥形环状气封出气口，装样管的上端外侧下方还形成有一圈气封导气腔，该气封导气腔外壁均匀设有至少两个气封进气孔；连接管与装样管通过四周均匀设置的调节螺栓可调节相连，调节螺栓沿着连接管和装样管的轴向延伸；调节螺栓的中部为多边形，上部和下部均有螺纹，通过旋
转中部带动上下部螺杆转动调节连接管与装样管相对位置的调节，从而调节气封出气口大小；气封出气口、气封导气腔、气封进气孔共同形成气封单元。周向均布的调节螺栓一方面可以在多个方向上调节连接管与装样管的相对位置，保证装配的水平、竖直关系，另一方面也可以增强连接的可靠性，保障取样装置的稳固连接，同时也最大程度上减少了空间占用，保障取样装置结构相对较小，从而减少对风粉管温度等的影响；通过调节螺栓的旋转可以改变两部分组件之间的间隔，配合气封进气口以及进气气流，形成斜向上的气流，从而在气封进气口有合适气流引入时，将风粉管内的风粉通过气流封在管内，而不进入取样装置底部。
17.《方法》
18.进一步，本发明还提供了一种适用于光学检测技术的风粉管在线取样方法，采用上述《装置》中任意一项所描述的风粉管在线取样装置进行取样，其特征在于：在不取样时，采用气封单元持续导入气流，形成气封，阻止风粉管的粉料落入装样管；在取样时，气封单元停止进气，保持反吹进气口关闭，粉料迅速落下，沉积在光学检测窗上，然后利用光学检测技术透过光学检测窗对粉料进行检测；在检测完成后，采用气封单元导入气流，在装样管处形成负压，将装样管内的绝大部分粉料都卷吸送回风粉管，打开反吹进气口引入小气压的反吹气流，将残留在光学检测窗上的粉料吹起使其也被卷吸送回风粉管。该方法也具有上述《装置》部分所描述的相应有益效果。
19.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，还可以具有这样的特征：在取样前，由反吹进气口多次引入反吹气流，对反吹腔和光学检测窗进行取样前清理，能够更进一步确保视窗的洁净，从而进一步提高检测结果的准确性；在检测完成、打开反吹进气口持续吹扫一段时间后，再间歇性引入反吹气流进行反吹，通过间歇性引入反吹气流，可以搅乱反吹腔中的压力、流速分布，从而更有效地将残余煤粉清理干净。
20.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，歇性引入反吹气流进行反吹的具体操作方法为：将反吹气流气压设置为p1，打开反吹一定时间t1后，关闭数秒，反复数次；再调节调压阀至p2，打开反吹一定时间t2后，关闭数秒，反复数次；再调节调压阀至p3，打开反吹阀一定时间t3后，关闭数秒，反复数次；p1＜p2＜p3，t1＞(t2+3s)＞(t3+3s)。间歇性反吹时，反吹气压力由小而大，在残余粉料较多(相对后续反吹情况而言)时通过小压力气流，相对较长时间反吹，可较好清除残余煤粉的同时，有效避免贴近视窗煤粉的压粘，在残余粉料较少时，采用大气压短促反吹，可迅速搅乱腔室压力，促使煤粉脱离视窗和腔室，配合气封的负压吸出，而较大的气压也可有效清除压粘在视窗上的残余煤粉，较大气压下较短的反吹时间也可避免煤粉被紧密压粘在视窗上。另外，对于关闭时间(间隔时间)，低气压吹扫时间长，间隔短，大气压吹扫时间短，间隔长，更加有利于视窗洁净。
21.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，还可以具有这样的特征：持续吹扫时间为30～60s，p1小于0.5mpa，p3小于1mpa，t1＜30s，3s＜t3＜8s。
22.优选地，在本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置中，还可以具有这样的特征：采用控制部在不取样时控制气封单元的进气阀开启持续导入气流，形成气封；采用控制部在取样前控制反吹进气口的进气阀多次开启引入反吹气流，对反吹腔
和光学检测窗进行清理；采用控制部在取样时控制气封单元的进气阀关闭和反吹进气口的进气阀关闭，使粉料迅速落下，沉积在光学检测窗上，然后控制光学检测仪透过光学检测窗对粉料进行检测；采用控制部在检测完成后控制气封单元的进气阀开启，在装样管处形成负压，将装样管内的绝大部分粉料都卷吸送回风粉管，然后控制反吹进气口的进气阀开启引入小气压的反吹气流，清除残留在光学检测窗上的粉料。而且，具体气压调压也通过控制部控制相应的进气阀自动实现。通过此，实现取样前清理、取样、检测、检测后清理这些过程的全自动化操作和精确调控，极大提高了检测效率，使得粉料检测能够及时、准确、可靠地进行。
附图说明
23.图1是本发明实施例涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置的结构示意图；
24.图2是本发明实施例涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置的安装位置示意图；
25.图3是本发明实施例涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置的透视图；
26.图4是本发明实施例涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置的剖视图；
27.图5是本发明实施例涉及的装样管和形成在装样底部的反吹单元的剖视图；
28.图6是本发明实施例涉及的装样管和反吹单元的立体图；
29.图7是图5结构的仰视图；
30.图8是本发明实施例涉及的反吹单元的工作原理示意图；
31.图9是本发明实施例涉及的反吹气对光学检测窗的覆盖情况示意图。
具体实施方式
32.下参照附图对本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置及方法作详细阐述。
33.《实施例》
34.如图1至4所示，适用于光学检测技术的风粉管在线取样装置10安装在燃煤电站输送煤粉的风粉管f下方，它包括连接管11、气封单元12、装样管13、光学检测窗14、反吹单元15以及安装盖16。
35.连接管11与风粉管f的横向段相连通，密封安装在风粉管f下侧壁开口处。
36.气封单元12的出气口12a环绕连接管11内壁设置，通过出气口12a导入外部气流在连接管11内形成正压从而阻止煤粉落下。
37.装样管13设置在气封单元12下方，并与连接管11相连通，在气封单元12停止导入气流时容纳落入的煤粉作为待测样品。装样管13为夹层结构，外围设有一圈基座13a，基座13a的上部环绕连接管11下部外壁设置，与连接管11上部外凸部分通过调节螺栓12d相连，并以气封密封圈12e进行密封，基座13a的下部周向上均匀设有四个气封进气孔12b；夹层中空形成一圈环形的气封导气腔12c；内围与连接管11内壁相对应、形成装样管13的内壁13b，
且内壁13b与连接管11内壁直径相等。
38.如图2和3所示，连接管11的底端与装样管13的上端间隔一定距离，连接管11的底端向下并且向外倾斜延伸，装样管13的上端也向下并且向外倾斜延伸，共同围成一圈锥形环状气封出气口12a，气封出气口12a的外部为气封导气腔12c，气封导气腔12c外壁设有气封进气孔12b，气封进气孔12b与外接进气管相连。气流通过气封进气孔12b进入气封导气腔12c，进而由气封出气口12a流出，从而在气封出气口12a上方形成正压阻止煤粉落入装样管13，同时在气封出气口12a下方形成负压。气封出气口12a、气封导气腔12c、气封进气孔12b、调节螺栓12d、气封密封圈12e共同形成气封单元12。
39.连接管11与装样管13通过四周均匀设置的调节螺栓12d可调节相连，调节螺栓12d沿着连接管11和装样管13的轴向延伸；调节螺栓12d的中部为多边形，上部和下部均有螺纹，通过旋转中部带动上下部螺杆转动调节连接管11与装样管13相对位置的调节，从而调节气封出气口12a大小。本实施例中，调节螺栓12d周向均布四个，每个调节螺栓12d均对应设置在一个气封进气孔12b上方，可配合调节螺栓12d位置进行气封调节，形成所需气封。
40.光学检测窗14安装在装样管13的下方，让外部光学检测设备的光束透过从而对位于光学检测窗14上的煤粉进行检测，本实施例中光学检测窗14为蓝宝石材质，具有较好的机械强度、耐磨性极强且组成结构单一，适用多种煤质检测方法，另外蓝宝石厚度为3～5mm。具体地，本实施例中是采用激光检测设备发射激光对位于光学检测窗14上的煤粉进行煤质检测。
41.反吹单元15设置在装样管13与光学检测窗14之间，通过反吹清除光学检测窗14上的煤粉。反吹单元15包括反吹腔151和多个反吹进气口152。
42.如图2～7所示，反吹腔151围绕装样管13底部设置，与装样管13一体成型，呈多瓣半椭球形结构，形成内部中空与装样管13连通、外围朝向光学检测窗14的安装区域外扩的反吹空间(即从装样管13底部的内壁沿着径向反向外扩挖出多瓣半椭球形结构所形成)。半椭球形结构151a不是截面为一半的椭圆形状，而是在与装样管13相交处和相邻半椭球形相交处均被截断后剩余的那一部分半椭球形结构151a(约四分之一椭球的椭球腔室)。本实施例中，反吹腔151共包括六瓣半椭球形结构151a，反吹腔151的最小内径与装样管13的内径、连接管11的内径相等。
43.如图4和8所示，所有半椭球形结构151a的第一焦点周向均布在光学检测窗14的外围安装区域上，本实施例中共设有六个反吹进气口152，每个反吹进气口152均位于一瓣半椭球形结构151a的第一焦点处。如图8和9所示，第二焦点周向均布在光学检测窗14中部检测区域内，且半椭球形结构151a的第二焦点位于光学检测窗中心点相对于第一焦点的另一侧。由于具有这样的结构，由第一焦点处的反吹进气口152引入的反吹气流进入半椭球形结构151a后，各个方向的气流又会汇向第二焦点处，从而最大程度上对光学检测窗14进行有效吹扫，清除取样检测后光学检测窗14上的煤粉。由于视窗为煤质检测区域，因此对视窗的清洁尤为关键，通过椭球腔室聚焦吹扫的方法可有效清洁视窗，保障检测精度。
44.如图4所示，安装盖16设置在反吹单元15底部，用于密封安装光学检测窗14，它包括上盖环161、下盖环162和多个固定件163。上盖环161和下盖环162从上、下侧密封夹持固定光学检测窗14，光学检测窗14边缘与上盖环161和下盖环162接触处均设有密封圈。一组固定件163用于可拆卸地将上盖环161和下盖环162紧固连接，另一组固定件将安装盖16的
外边缘与反吹单元15外边缘紧固相连；本实施例中，固定件163为螺丝固定件。反吹进气口152的底部贯穿安装盖16，与外接进气管相连。
45.以上是本实施例所提供的风粉管在线取样装置10的具体结构，进一步本实施例还提供了采用该风粉管在线取样装置10进行自动化在线检测的方法，具体为通过控制部执行以下操作：
46.在不取样时，使气封进气孔12b外接进气管上的气封进气阀处于开启状态，持续导入气流压力为0.3～0.7mpa的气流，在连接管11处形成向上的正压气封，阻止风粉管f的煤粉下落至装样管13内。
47.在取样前，开启反吹进气口152外接进气管上的反吹进气阀多次(3-5次)，引入压力为0.5～0.7mpa(本实施例采用0.7mpa)的较大反吹气流，每次持续2～5s，间隔3s，对光学检测窗14进行取样前清理。
48.在取样时，关闭气封单元12的气封进气阀，使反吹进气口152外接进气管上的反吹进气阀保持关闭状态，煤粉迅速落下，沉积在光学检测窗14上并快速堆积覆盖光学检测窗14(装样管13也迅速被煤粉填充满)，然后使激光检测设备发射光束透过光学检测窗14对煤粉进行快速检测获取光学检测数据。
49.在检测完成后，开启气封单元12的气封进气阀导入0.5～0.7mpa的气流，在连接管11处形成向上的正压气封阻止煤粉从风粉管f下落，相应的在气封下方的装样管13处形成负压，从而将装样管13、反吹腔151和光学检测窗14处的煤粉向上卷吸起，再吹回风粉管f，实现了前一次取样检测煤粉的预清除，将大部分煤粉都被送回风粉管f，但仍有一定残留煤粉贴附在光学检测窗14的表面。然后，打开反吹进气口152的反吹进气阀引入0.3mpa小气压的反吹气流持续吹扫，将残留在光学检测窗14上的煤粉吹起使其也被卷吸送回风粉管f(反吹气压相对较小，一方面利用反吹，有效地吹起反吹腔151中煤粉，从而加快腔室中煤粉返回风粉管f，减少煤粉在腔室中的停留时间；另一方面，也利用较小的压力，防止气压过大反而将部分贴近光学检测窗14的煤粉紧压在视窗上，而导致后续清除难度加大)。
50.在检测完成打开反吹进气口152持续吹扫一段时间(30-60s)后，再间歇性引入反吹气流进行反吹，以搅乱反吹腔151中的压力、流速分布，从而将残余煤粉清理干净：将反吹气流气压调节为0.3mpa，打开反吹进气阀反吹15s后，关闭5s，反复3次；再调节调压阀至0.5mpa，打开反吹进气阀反吹10s后，关闭10s，反复3次；再调节调压阀至0.7mpa，打开反吹进气阀反吹5s后，关闭15s，反复3次。原则是低气压吹扫时间长，间隔短，大气压吹扫时间段，间隔长；压力由小而大，在残余煤粉较多时通过小压力气流，相对较长时间反吹，可较好清除残余煤粉的同时，有效避免贴近光学检测窗14煤粉的压粘，在残余煤粉较少时，采用大气压短促反吹，可迅速搅乱腔室压力，促使煤粉脱离光学检测窗14和腔室，配合气封的负压吸出，而较高的气压也可有效清除压粘在光学检测窗14上的残余煤粉，较大气压下较短的反吹时间也可避免煤粉被紧密压粘在光学检测窗14上。
51.采用控制部执行以上操作的过程中，通过调控气封的形成可控制取样频率，而调节反吹则可保障取样代表性，避免前次取样煤粉对检测的影响，确保检测结果的准确性。
52.以上仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的适用于光学检测技术的风粉管f在线取样装置及方法并不仅仅限定于在以上中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该的基础上所做的任何修改或补充或
等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。