一种煤质特性在线检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种煤质特性在线检测装置，属于光谱诊断和测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 近些年来，随着国家对火电机组节能减排要求的不断提高，如何实现电站锅炉更 高效、环保和安全地运行，已经成为燃煤电厂最为关心的问题。然而，由于我国煤种多变，煤 质特性复杂多样，电厂锅炉燃用煤种的煤质变化幅度较大。而我国电厂仍然采用传统的人 工采样、制样和实验室离线分析的方法进行煤质检测。这种方法由于不能及时获取入炉煤 的煤质特性，锅炉运行人员无法在锅炉燃用煤种的煤质发生变化时有效优化调整锅炉的运 行状态。因此，研制开发入炉煤的煤质在线检测装置，能够为实时优化调整锅炉燃烧过程提 供关键依据，对于实现燃煤锅炉的高效、低污染和安全运行具有十分重要的意义。
[0003] 激光诱导击穿光谱技术（LaserInducedBreakdownSpectroscopy，LIBS)由于具 有检测速度快、便于现场分析、无核辐射危害和运行维护成本低等优点，在煤质在线检测上 具有独特的优势和巨大的应用潜力。目前，随着煤炭资源供应的日益紧张和优质煤种的逐 步耗尽，低阶煤已经成为燃煤电厂燃用的主要煤种之一。针对低阶煤的煤质特性，开发一种 基于LIBS的入炉煤煤质在线检测装置，对于实时优化调整锅炉燃烧过程尤为重要。
[0004] 煤粉从磨煤机出口到炉膛的输运是通过吹送一次风实现。在连接磨煤机出口与燃 烧器入口之间的风粉管道内是一次风和煤粉的气固两相混合物。为了测量入炉煤粉的煤质 特性，需要实现对气固两相流中煤粉颗粒的检测。对于气固两相流中固体颗粒的LIBS在线 检测，一般利用LIBS直接对气固两相流中固体颗粒进行检测，或者是将固体颗粒从气固两 相流中分离后进行堆积，并用刮板将其表面刮平后进行检测。然而，前一种方法由于气固两 相流动中固体颗粒的脉动，激光与固体颗粒作用过程不稳定，导致LIBS测量的精度和准确 性较差；后一种方法由于堆积颗粒的测量表面不够平整，并且在激光击打堆积颗粒表面时 会引起颗粒飞溅，也导致LIBS测量的精度和准确性较差。对于入炉煤煤粉的在线测量，采 用上述方法都不利于LIBS煤质在线检测装置实现准确可靠的煤质测量。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是为了克服现有的LIBS煤质在线检测技术存在的上述不足， 提供了一种煤质特性在线检测装置，利用激光诱导击穿光谱技术对低阶煤的煤质特性进行 在线检测。本实用新型提供的装置包括煤粉取样子系统、煤粉压饼子系统和光谱采集分析 子系统。煤粉取样子系统用于从磨煤机出口与燃烧器入口之间的风粉管道中取得煤粉，可 以由三种技术方案实现：1)利用压缩空气箱提供的压缩空气在取样管中形成负压，将风粉 管道中的风粉吸出，通过旋风分离器将取出的风粉进行气固分离得到煤粉；2)通过将带弯 头的取样管旋转到正对风粉流动方向，使得带弯头的取样管构成风粉流通的旁路，风粉流 出后经过旋风分离器的气固分离后得到煤粉；3)通过机械传动装置将取样盒推入风粉管 道内取得煤粉后，再将取样盒从风粉管道推出，实现从风粉管道中取出煤粉。煤粉压饼子系 统采用单冲式粉状物压饼机械或多冲式粉状物压饼机械将取出的煤粉压制成煤饼。光谱采 集分析子系统利用激光诱导击穿光谱技术对煤饼的煤质特性进行在线检测。本实用新型通 过将风粉管道中抽取的低阶煤煤粉在线压制成表面平整的压饼，有利于LIBS煤质在线检 测装置快速而准确地获取入炉低阶煤的煤质特性。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型采取如下的技术方案。
[0007] (1) -种煤质特性在线检测装置，包括煤粉取样子系统、煤粉压饼子系统和光谱采 集分析子系统。
[0008] (2)根据（1)所述的煤质特性在线检测装置，所述的煤粉取样子系统采用下列方 法之一或下列任意两种或两种以上方法的组合进行取样：
[0009] a?利用负压抽吸作用取样；
[0010] b?利用风粉流动作用取样；
[0011] c?利用机械手取样。
[0012] (3)根据（1)或（2)所述的煤质特性在线检测装置，所述取样为从安装在燃煤发电 机组磨煤机出口与燃烧器入口之间的垂直或水平的风粉管道内的合适位置处的风粉混合 物中取得低阶煤的煤粉。
[0013] (4)根据（1)-⑶任一项所述的煤质特性在线检测装置，其特征在于，所述的垂直 的风粉管道内的合适位置处距离磨煤机出口大于300mm，并且距离风粉管道弯头与垂直风 粉管道的连接处大于300mm。
[0014] (5)根据（1)-(4)任一项所述的煤质特性在线检测装置，其特征在于，所述的水平 的风粉管道内的合适位置处距离燃烧器入口大于300mm，并且距离风粉管道弯头与水平风 粉管道的连接处大于300mm。
[0015] (6)根据（1)-(5)任一项所述的煤质特性在线检测装置，其特征在于，所述的风粉 管道的内径为100~1000mm〇
[0016] (7)根据（1)-(6)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述低阶煤的恒湿无灰 基高位热值小于24MJ/kg。
[0017] (8)根据（1)-(7)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述煤质特性包括下列 指标之一或下列任意两个或两个以上指标的组合：热值、灰分含量、挥发分含量、水分含量、 碳含量和硫含量，其中热值的范围是恒湿无灰基高位热值小于24MJ/kg，挥发分含量的范围 是空干基挥发分含量为0~50%，灰分含量的范围是空干基灰分含量为0~40%，水分含 量的范围是空干基水分含量为0~50%，碳含量的范围是空干基碳含量为40~90%，硫含 量的范围是空干基硫含量为0~10%。
[0018] (9)根据（1)_(8)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述风粉混合物在管道 中满足下列指标之一或下列任意两个或两个以上指标的组合：流速为10~50m/s，温度为 50~300?C湿度为0~75 %，煤粉浓度为5~2000g/m3。
[0019] (10)根据（1)-(9)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述煤粉的物理特征满 足下列指标之一或下列任意两个或两个以上指标的组合：筛分平均粒径为〇~1000ym，形 状不规则度为1:1到10000:1，堆积密度为〇. 4~0. 9t/m3,设煤粉颗粒表面上相距最大的 两点分别为A和B，设煤粉颗粒表面上相距最大且满足两点连线与AB两点连线相垂直的两 点分别为C和D，则形状不规则度为AB两点距离与⑶两点距离之比。
[0020] (11)根据（1)-(10)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述利用负压抽吸作 用取样的煤粉取样子系统包括取样管、煤粉输送管、压缩空气箱、旋风分离器，取样管一端 穿入磨煤机出口与燃烧器入口之间的风粉管道上的一个开口中，取样管另一端与煤粉输送 管相连，煤粉输送管的一个分支与旋风分离器的入口连接，煤粉输送管的另一个分支与压 缩空气箱连接。
[0021] (12)根据（1)-(11)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述利用负压抽吸作 用取样的煤粉取样子系统还包括废气排出管，废气排出管的一端与旋风分离器的气体分离 口连接，废气排出管的另一端穿入风粉管道上的另一个开口中。
[0022] (13)根据（1)_(12)任一项所述的煤质特性在线检测装置，在取样管、煤粉输送管 和废气排出管上分别安装有阀门。
[0023] (14)根据（1)-(13)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述利用风粉流动作 用取样的煤粉取样子系统包括带弯头的取样管、煤粉输送管、旋风分离器，带弯头的取样管 一端位于磨煤机出口与燃烧器入口之间的风粉管道内，另一端与煤粉输送管的一端连接， 煤粉输送管的另一端与旋风分离器的入口连接。
[0024] (15)根据（1)_(14)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述弯头为90°弯头。
[0025] (16)根据（1)-(15)任一项所述的煤质特性在线检测装置，所述利用风粉流动作 用取样的煤粉取样子系统还包括第一转轴、第二转轴、皮带、驱动电机，第一转轴安装在带 弯头的取样管与煤粉输送管的连接处，使带弯头的取样管能够相对于煤粉输送管旋转，驱 动电机为具有正反转的电机，驱动电机的转轴与第二转轴连接，皮带的两端分别连接第一 转轴和第二转轴，构