专利名称：一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热工测量系统，具体地说涉及一种电站锅炉一次风粉管道内 的煤粉浓度在线监测系统。
背景技术：
在火电厂能量转化过程中，锅炉将燃料的化学能转变为蒸汽的热能，锅炉燃烧工 况的优劣在很大程度上决定着锅炉设备和整个发电厂运行的经济性和安全性。燃烧优化是锅炉运行安全性的需要燃烧调整不当，会造成炉膛内火焰偏斜、飞 边、着火点位置不合理、燃烧器区域结焦、汽温偏差、氧量偏差等问题。燃烧优化是锅炉运行 经济性的要求火电发电成本中，燃料费用占到70%以上，燃烧优化可以减少排烟损失和 不完全燃烧损失，从而提高锅炉运行效率。而在锅炉的燃烧调整中，煤量和燃烧空气的合理分配是锅炉安全经济运行的一个 基本的条件，合理分配包含两层含义一是维持送入炉内总的风煤比，即维持炉膛过量空气 系数在规定的范围内；二是每个燃烧器都按照一定的风煤比向炉膛送入燃料，即风煤比应 平均分配，只有这样，才能使整个炉膛的燃烧效果最佳。如果各燃烧器以差异悬殊的比例送 入燃料和空气，尽管炉膛过量空气系数仍维持在规定的范围内，但对于单个燃烧器来说，空 气量和煤粉的不均分配，将使不同的燃烧器中有的严重缺风，有的严重缺煤，影响锅炉安全 经济燃烧。(1)煤粉浓度过高或过低对锅炉运行的影响燃煤锅炉，输粉管道内煤粉浓度过 高时，容易发生煤粉堵粉，同时会引起管内煤粉自燃，烧坏输粉管道及燃烧器等事故；另外， 煤粉浓度过高还会导致燃烧不完全，锅炉效率降低、一氧化碳增加、加剧锅炉炉膛内受热面 和过热器受热面的高温腐蚀。当输粉管道内煤粉浓度过低时，炉膛温度会降低，容易发生炉 膛灭火，同时锅炉带不上负荷，汽压降低；(2)煤粉浓度分配不均对锅炉的影响对于四角切圆燃烧的锅炉，各输粉管道内 风速和煤粉浓度分布不均，炉膛燃烧中心偏移，容易造成炉墙局部结渣，受热面烟温偏差过 大，高温过热器、高温再热器出现局部超温、过热、结焦的现象，甚至引起爆管。对煤粉浓度的长期准确的测量，就象给锅炉运行人员增加了燃烧调整的“眼睛”， 司炉人员能实时查看各风粉管内风速及煤粉浓度的大小，随时调整锅炉一、二次风速配比 及各个管道入炉煤粉量，风粉管内风速及煤粉浓度能够调整均勻，可以让锅炉始终在较经 济的工况下运行。故能明显改善燃烧工况，显著提高锅炉燃烧效率。目前国内市场上已经有应用的主要有三类(1)温差法该方案在测量趋势的正 确性上已得到一定程度的认可，但精度不够，而且只能应用于中储式热风送粉系统，使其有 非常大的局限性；(2)静电法该方法在煤种变化及煤粉湿度变化后会产生非常大的误差， 所以目前没有得到广泛的认可；(3)微波法，该方法对运行环境要求高，而且运行一段时间 后探头会被污染，从而大大影响测量精度，因此该方法也没有大范围的得到认可。在国外，一些研究机构和企业非常重视煤粉浓度测量系统的研究开发，如
4ABBAutomation与Teesside大学联合开发出一种非插入式的静电负荷检测仪，采用的是 插入风粉管的一截短管或一段卷筒，用一排嵌在卷筒内表面上的环状传感器检测交流电负 荷。SWR(德国)开发了一种微波流量计，PowerGen的Kingsnorth电站的试验中使用了这 种仪器。也有采用无源声学传感器测定的方案，通过对粉煤颗粒运动对管壁的碰撞产生的 声音或空气扰动产生的声音来测定煤粉的流量。但上述这些静电、微波、声学等检测方法普 遍存在着费用昂贵、维护困难、不易校准、精度不高和适应性差等缺点。
发明内容本实用新型要解决的问题是现有电站锅炉煤粉浓度的监测方法存在适应性差， 误差大、成本高、操作维护困难等问题，需要提供一种测量准确度高、制造成本低、适应性 强、跟随特性好、维护工作量小的电站锅炉煤粉浓度在线监测系统。本实用新型的技术方案是一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，连接锅炉的风 粉管，包括监测主机和至少一组测量装置，测量装置的输出端连接监测主机的输入端，测量 装置包括2个测量探头和3个差压变送器，2个测量探头一个设置在风粉管的风粉混合点 前，一个在风粉混合点后；所述测量探头包括总压取压管和静压取压管，总压取压管一端密 封，一端设有由截面剖面和一弧形剖面组成的开口，静压取压管一端密封、一端开口，总压 取压管与静压取压管的开口 一端均垂直插入风粉管的直管处，总压取压管开口的截面剖面 与风粉管的风向平行，弧形剖面朝向风粉管中的迎风面，静压取压管设在总压取压管的背 风侧，开口方向与风粉管的风向垂直；总压取压管的密封端连接一总压二次沉积室，静压取 压管的密封端连接一静压二次沉积室，总压二次沉积室的入口与总压取压管内部连通，静 压二次沉积室的入口与静压取压管内部连通，总压二次沉积室的出口和静压二次沉积室的 出口分别设有引压接头、引压管，总压二次沉积室和静压二次沉积室的出口位置均高于入 口位置；2个测量探头分别连接一个差压变送器，其中测量探头的总压二次沉积室的出口 连接差压变送器高压侧，静压二次沉积室的出口连接低压侧；2个测量探头的静压二次沉 积室还连接一个差压变送器，其中位于风粉混合点前的连接差压变送器高压侧，3个差压变 送器的输出端连接监测主机。总压取压管和静压取压管外设有高温合金陶瓷层，总压取压管和静压取压管通过 法兰与风粉管固定连接。进一步的，总压取压管和静压取压管内还设有防堵装置，所述防堵装置由至少3 支“7”型斜杆组成中空锥状摆杆结构，摆杆结构的锥尖处设有限位块，摆杆结构中间为一直 杆，直杆通过挂钩与连接杆旋转连接，另一端设有摆锤，摆杆结构的锥尖朝向摆锤，锥底朝 向连接杆，连接杆与总压取压管和静压取压管的密封端连接，摆杆结构的外径最大值小于 总压取压管和静压取压管的内径，摆锤伸出总压取压管和静压取压管的开口。测量装置设有热电阻，所述热电阻安装在风粉管的风粉混合点前，热电阻连接监 测主机。优选总压二次沉积室和静压二次沉积室为管状，分别与总压取压管和静压取压管 成25° 35°倾斜连接。本实用新型安装在中储式热风送粉系统及中储式乏气送粉系统锅炉的一次风粉 管道，在风粉混合点前安装一个测量探头，在风粉混合点后安装一个测量探头。3个差压变送器中，两个用于分别测量每个测量探头的总压和静压压差，还有一个用于测量两个测 量探头静压取压管之间的差压，以得出风粉沿管道的压降，其中风粉混合前测量探头的静 压取压管连接差压变送器的高压侧，风粉混合后测量探头的静压管连接差压变送器的低压 侧，所有差压变送器输出的标准信号送至监测主机，然后在监测主机中通过相应的数学模 型进行计算，得出风粉速度及煤粉浓度。本实用新型中的分散控制系统还可以包括补偿装置和运算装置，变送器输出的标 准信号送至监测主机，再经过温度、压力等参数补偿和数学运算即可得到煤粉浓度。本实用新型本实用新型测量准确度高、制造成本低、适应性强、跟随特性好、维护 工作量小。通过多种测量原理的技术比较，采用了压降法进行电站锅炉煤粉浓度在线监测 系统的开发，基于压力信号，能够快速跟踪煤粉浓度的变化，另外对运行现场恶劣的环境能 够很好的适应，设备的抗干扰能力及对煤种变化的适应能力强，而且在解决了测量探头防 堵耐磨的问题后，克服了静电法和微波法长期使用精度下降的问题，使测量系统在长期的 运行中能够保持相对稳定的精度。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型实施例测量装置与风粉管连接的结构示意图。图3为本实用新型实施例测量装置部分示意图。图4为本实用新型实施例中总压取压管与总压二次沉积室，静压取压管与静压二 次沉积室的连接结构示意图。图5为本实用新型测量装置与压差变送器连接的结构示意图。图6为本实用新型防堵装置结构示意图。图7为本实用新型防堵装置的细节方大图。图8为本实用新型实施例中测量装置安装位置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型连接锅炉的风粉管3，包括一个监测主机1和至少一组测 量装置2，每个测量装置的输出信号输入监测主机1，每组测量装置2中包括2个测量探头 4和3个差压变送器19。如图2所示，所述测量探头4包括总压取压管5和静压取压管6，总压取压管5 —端 密封，一端设有由截面剖面和一弧形剖面组成的开口，静压取压管6 —端密封、一端开口， 总压取压管5与静压取压管6的开口一端均垂直插入风粉管3的直管处，保证流体流向与 取压管插入方向成90°，否则会影响测量精度，造成较大的误差。总压取压管5开口的截面 剖面与风粉管3的风向平行，弧形剖面朝向风粉管3中的迎风面，这样的开口取风面积大， 总压取压效果好，静压取压管6设在总压取压管5的背风侧，开口方向与风粉管3的风向垂 直。如图2、3、4所示，总压取压管5的密封端连接一总压二次沉积室7，静压取压管6的密 封端连接一静压二次沉积室7’，总压二次沉积室7的入口与总压取压管5内部连通，静压 二次沉积室7’的入口与静压取压管6内部连通，总压二次沉积室7的出口和静压二次沉积 室r的出口分别设有引压接头8、引压管9，总压二次沉积室7和静压二次沉积室7’的出口位置均高于入口位置。如图5，本实用新型2个测量探头4分别连接一个差压变送器19，其中测量探头的 总压二次沉积室7的出口连接差压变送器19高压侧，静压二次沉积室7’的出口连接低压 侧；2个测量探头4的静压二次沉积室V还连接一个差压变送器19，其中位于风粉混合点 前的连接差压变送器19高压侧，3个差压变送器19的输出端连接监测主机1。总压取压管5和静压取压管6外设有高温合金陶瓷层，总压取压管5和静压取压 管6通过法兰18与风粉管3固定连接。总压取压管5和静压取压管6内还设有防堵装置10，如图6和图7，所述防堵装置 10由至少3支“7”型斜杆12组成中空锥状摆杆结构13，摆杆结构13的锥尖处设有限位块 14，摆杆结构13中间为一直杆11，直杆11通过挂钩16与连接杆15旋转连接，另一端设有 摆锤17，摆杆结构13的锥尖朝向摆锤17，锥底朝向连接杆15，连接杆15与总压取压管5和 静压取压管6的密封端连接，摆杆结构13的外径最大值小于总压取压管5和静压取压管6 的内径，摆锤17伸出总压取压管5和静压取压管6的开口。测量装置设有热电阻，所述热电阻安装在风粉管3的风粉混合点前，热电阻连接 监测主机1。优选的，总压二次沉积室7和静压二次沉积室7’为管状，分别与总压取压管5和 静压取压管6成25° 35°倾斜连接。本实用新型对煤粉的第一次沉积起阻止作用的是防堵装置10，风粉管(3)内的风 吹动摆锤17，带动摆杆结构13在总压取压管5和静压取压管6内摆动，防止煤粉沉积，总压 二次沉积室7和静压二沉积室7’使少量残留的煤粉沉积并利用沉积室的倾斜角度使煤粉 自然滑落，起二次阻止煤粉沉积的作用，通过二次沉积室再连接差压变送器可以增强测量 装置的防堵性能。总压取压管5和静压取压管6外设有高温合金陶瓷层。，增强测量装置的耐磨性。监测主机还包括补偿装置和运算装置，对温度和压力造成的误差进行补偿及进行 煤粉浓度及风速的计算，温度信息由热电阻获得，压力信息由测量探头获得。如图8，2个测量探头4 一个设置在风粉管3的风粉混合点前，一个在风粉混合点 后，其中T为热电阻安装位置，Pl为风粉混合前测量探头的总压取压管，P2为风粉混合前测 量探头的静压取压管，P3为风粉混合后测量探头的总压取压管，P4为风粉混合后测量探头 的静压取压管。在电站锅炉正式运行前，需要对设备进行标定，以减少由于设备安装造成的误差， 另外由于标定在冷态下进行，而当电站锅炉正常运行时是在热态下运行，所测介质温度变 化将影响风速测量结果的准确性，因此采用集成耐磨热电偶或热电阻测量管道内风粉混合 物的温度，并利用相应的数学方法进行温度补偿。
权利要求一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，连接锅炉的风粉管(3)，其特征是包括监测主机(1)和至少一组测量装置(2)，测量装置(2)的输出端连接监测主机(1)的输入端，测量装置(2)包括2个测量探头(4)和3个差压变送器(19)，2个测量探头(4)一个设置在风粉管(3)的风粉混合点前，一个在风粉混合点后；所述测量探头(4)包括总压取压管(5)和静压取压管(6)，总压取压管(5)一端密封，一端设有由截面剖面和一弧形剖面组成的开口，静压取压管(6)一端密封、一端开口，总压取压管(5)与静压取压管(6)的开口一端均垂直插入风粉管(3)的直管处，总压取压管(5)开口的截面剖面与风粉管(3)的风向平行，弧形剖面朝向风粉管(3)中的迎风面，静压取压管(6)设在总压取压管(5)的背风侧，开口方向与风粉管(3)的风向垂直；总压取压管(5)的密封端连接一总压二次沉积室(7)，静压取压管(6)的密封端连接一静压二次沉积室(7’)，总压二次沉积室(7)的入口与总压取压管(5)内部连通，静压二次沉积室(7’)的入口与静压取压管(6)内部连通，总压二次沉积室(7)的出口和静压二次沉积室(7’)的出口分别设有引压接头(8)、引压管(9)，总压二次沉积室(7)和静压二次沉积室(7’)的出口位置均高于入口位置；2个测量探头(4)分别连接一个差压变送器(19)，其中测量探头的总压二次沉积室(7)的出口连接差压变送器(19)高压侧，静压二次沉积室(7’)的出口连接低压侧；2个测量探头(4)的静压二次沉积室(7’)还连接一个差压变送器(19)，其中位于风粉混合点前的连接差压变送器(19)高压侧，3个差压变送器(19)的输出端连接监测主机(1)。
2.根据权利要求1所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是总压取压管 (5)和静压取压管(6)外设有高温合金陶瓷层，总压取压管(5)和静压取压管(6)通过法兰 (18)与风粉管(3)固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是总压取 压管(5)和静压取压管(6)内还设有防堵装置(10)，所述防堵装置(10)由至少3支“7”型 斜杆(12)组成中空锥状摆杆结构(13)，摆杆结构(13)的锥尖处设有限位块(14)，摆杆结 构(13)中间为一直杆(11)，直杆(11)通过挂钩(16)与连接杆(15)旋转连接，另一端设有 摆锤(17)，摆杆结构(13)的锥尖朝向摆锤(17)，锥底朝向连接杆(15)，连接杆(15)与总压 取压管(5)和静压取压管(6)的密封端连接，摆杆结构(13)的外径最大值小于总压取压管 (5)和静压取压管(6)的内径，摆锤(17)伸出总压取压管(5)和静压取压管(6)的开口。
4.根据权利要求1或2所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是测量装 置设有热电阻，所述热电阻安装在风粉管(3)的风粉混合点前，热电阻连接监测主机(1)。
5.根据权利要求3所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是测量装置设 有热电阻，所述热电阻安装在风粉管(3)的风粉混合点前，热电阻连接监测主机(1)。
6.根据权利要求1或2所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是总压二 次沉积室(7)和静压二次沉积室(7’)为管状，分别与总压取压管(5)和静压取压管(6)成 25° 35°倾斜连接。
7.根据权利要求3所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是总压二次 沉积室(7)和静压二次沉积室(7’ )为管状，分别与总压取压管(5)和静压取压管(6)成 25° 35°倾斜连接。
8.根据权利要求4所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是总压二次 沉积室(7)和静压二次沉积室(7’ )为管状，分别与总压取压管(5)和静压取压管(6)成25° 35°倾斜连接。
9.根据权利要求5所述的一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，其特征是总压二次 沉积室(7)和静压二次沉积室(7’ )为管状，分别与总压取压管(5)和静压取压管(6)成 25° 35°倾斜连接。
专利摘要一种电站锅炉煤粉浓度在线监测系统，连接锅炉的风粉管，包括监测主机和至少一组测量装置，测量装置的输出端连接监测主机的输入端，测量装置包括2个测量探头和3个差压变送器，2个测量探头一个设置在风粉管的风粉混合点前，一个在风粉混合点后；所述测量探头包括总压取压管和静压取压管，3个差压变送器中，两个用于分别测量每个测量探头的总压和静压压差，还有一个用于测量两个测量探头静压取压管之间的差压，以得出风粉沿管道的压降，3个差压变送器的输出端连接监测主机。本实用新型测量准确度高、制造成本低、适应性强、跟随特性好、维护工作量小。
文档编号G01N15/06GK201653862SQ20102014009
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者严岳良, 傅兵, 孙立国, 武爱斌 申请人:南京朗坤软件有限公司