专利名称：一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电站锅炉飞灰含碳量在线检测装置，特别是一种适应各种配煤的测碳装置，一种采用等速取样与自抽式取样相结合的取样方式，利用高频电磁加热的方法灼烧，并通过几近免维护的一维机械传动设备，连续完成对飞灰的取样、灼烧、称重测量的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置。
背景技术：
目前，国外常用的测碳装置属于“冷灰样微波测量”，其采集飞灰的方法是对烟道中的飞灰进行旁路冷却后采集或者是直接采集灰斗中的灰样。而国内多采用“热灰样微波测量”，所采集的飞灰是烟道中的热灰，其采集方法有撞击式取样和文丘里管等速取样。在应用方面，由于飞灰温度高流速快的特点，容易造成测量设备出现取灰管路结露和堵塞，因此测量设备在测量精度和维护量方面难以达到用户的要求，此外，微波测碳不能适应国内火力发电厂多煤种燃烧下的飞灰测碳要求。近几年，由原南京大陆中电公司研发的灼烧失重法飞灰测碳已在电厂投运，灼烧法测碳能适应煤种的变化，测量精度更高。大陆公司停产后，技术完全流失到配套生产厂家，而从大陆公司走出的人员先后创办的公司销售的产品大多是采购配套厂家的产品，其中只有一家公司过渡到独立生产。虽然对原系统设计有所改进，但主要是对材料应用方面的改进，整体上来说，在技术方面没有新的突破，尤其是在机械结构方面，仍然沿袭了 “三维模式”的机械结构(见图7)，其传动需要转盘的周向传动结合升降平台的上下运动再辅佐以连动的位移运动才能将坩埚送到相应的测量点，还需要一个独立的排灰管路，以及一个不间断加热的电阻丝加热炉，测量复杂且可靠性低，故障率很高，几乎难以保证在现场测量无故障运行1-2个月，我们可以说，目前在线的灼烧测碳装置，没有一台能称得上是实际应用意义上的测量设备。
发明内容
本发明提出的是一种维直线式电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其目的是针对上述应用现状，将传动机械结构改进为简捷可靠的“一维模式”；采用先进的高频电磁灼烧炉取代原来的电阻丝加热方式；改造取样管增加自抽系统，并设计了收灰与排灰一体化的模块端口，省却了独立的排灰管路，利用现场仪用压缩空气，通过吹灰与吸灰相结合的方法实现快速排灰。可靠的机械传动设备和快速燃烧技术及高精密称重技术结合计算机处理，真正做到在线实时的检测。本发明的技术解决方案:一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其结构是包括测量机柜和控制机柜；所述的测量机柜是将取样设备与灼烧测量箱及天平合装在一个机柜箱内，所述的控制机柜是将工控主机系统、高频信号机、冷却水箱、气源管阀箱合装在一个机柜内。本发明的优点:1)将传统的机械结构“周向运动”+ “上下运动”的三维模式简化到一维模式，减少一个运动平台和相应的电机，还减少了一套连动的传动装置，工作位置从12个点减少到3个点，传动总距离减少90%，从根本上杜绝了常见的机械卡涩和传动越位及控制失灵等故障，能做到可靠的测量和设备使用几近免维护；2)采用先进的高频电磁灼烧加热取代原来的电阻丝加热，这样的电磁加热方式的特点是快速均匀，节能环保，灼烧不需要预热过程，也不需要不间断加热。能适应简化的机械结构并能更好地适应灼烧测量的全过程，大大提高了飞灰测量的可靠性和测量精度。此外，高频电磁加热仅对坩埚加热，炉体几乎不产生热量，无须采取相应的散热措施，避免了电阻丝加热炉自身的发热量对设备的影响，使用寿命更长；3)对取样管的改进，在等速取样的基础上增加了自抽取样，当等速取样时间达到超过10分钟，但收到飞灰总量不足I克时,系统将自动启动自抽系统。自抽系统是利用现场仪用压缩空气经过减压处理后送引射管尾部，用以适量加快取样设备中的烟气流速，达到加快收灰的效果，避免无灰少灰的不可靠的测量，加快检测周期，适应范围广。4)改造了取样管路，成功设计了收灰与排灰一体化的模块端口，排灰管路借用了已现有的收灰管路，不需要配置独立且复杂的排灰系统，进一步简化了系统结构。排灰系统是直接利用现场仪用压缩空气，在开启排灰管吹灰时同步将压缩空气送入引射管尾部气源接口，采取吹吸结合的方式快速排灰。采用高频电磁加热的方法灼烧飞灰，取代传统的电阻丝加热炉灼烧飞灰。优点是加热快速均匀，能长期在恶劣的环境中工作，灼烧无须预热过程，也无须采用连续不间断加热的方式灼烧，节能环保。采用高频电磁加热的方法灼烧飞灰，取代传统的电阻丝加热炉灼烧飞灰。优点是加热快速均匀，能长期在恶劣的环境中工作，灼烧无须预热过程，也无须采用连续不间断加热的方式灼烧，节能环保。
附图1是一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置系统结构示意图。附图2-1是测量机柜的安装示意图。附图2-2是附图2-1的侧视图。附图3是取样设备的结构示意图。附图4是一维模式的机械传动结构示意图。附图5是图4的立体结构示意图。附图6是控制机柜的结构示意图。附图7是现有三维模式的机械传动结构示意图。图中的I是电机、2是导杆、3是传动丝杆、4是收排灰管座、5是气源接口、6是坩埚、7是高频线圈、8是电磁炉体、9是运动托板、10是电子天平、11是导轨、12是取样管、13是引射管、14是矩形法兰、15是烟道壁、16是保温层、17是外罩壳、18是防雨棚、19是旋流集尘器、20是灼烧测量箱、21是安装支架、22是工控主机系统、23是触摸屏彩显、24是气源管阀箱、25是高频电磁机、26是冷却水箱、27是接线盒、28是吸气嘴、29是调节喷管、30是排气管、31是连接板、32是收灰管、33是排灰管、34是电炉、35是转盘、36是排灰顶杆、37是收灰顶杆、38是灼烧顶杆、39是称重导管、40是升降螺杆、41是转盘连杆、42是升降平台、43是导杆安装孔。
具体实施方式
对照附图1，一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其结构是包括测量机柜和控制机柜；所述的测量机柜是将取样设备与灼烧测量箱及天平合装在一个机柜箱内，所述的控制机柜是将工控主机系统、高频信号机、冷却水箱、气源管阀箱合装在一个机柜内。对照附图2-1、2_2，所述测量机柜中，上部是取样设备，中部是灼烧测量箱20，底部是电子天平10 ;电子天平10通过四个橡胶隔离器减震后与机柜底部连接；测量机柜安装在垂直烟道或是水平烟道上所选定的测量点上；在安装示意图中，标识了测量点相关的烟道壁15、保温层16、外罩壳17，防雨棚18和及矩形法兰14及安装支架21属于安装材料。防雨棚18 —端与烟道壁焊接固定；安装支架21的一端与烟道壁焊接固定，另一端固定测量机柜。对照附图3，所述取样设备的结构包括取样管12、引射管13、旋流集尘器19和收排灰管座4，其中取样管12通过排气管30与引射管13相接，流集尘器19与收排灰管座4对应设置，取样设备是通过固定隔板与矩形法兰14 一端连接，矩形法兰14的另一端与烟道壁焊接固定；这个固定也是对测量机柜的固定。与传统等速取样设备不同的是(I)排气管增加设计了气源端口，用于连接减压后的压缩空气，提供自抽系统的气源，(2)收排灰管座设计的具体结构是将园柱状的收灰管改成台柱状的管座，中间是圆柱状的孔用于收灰，在孔的下方的右边增加一个5_的排灰孔，并引到管座的右侧中部的气源接口。既能满足收灰要求，又能在排灰时提供现场压缩空气。由于热的烟气快速流动与外部空气形成了负压，而引射管尾部的负压要远大于取样管12尾部的负压，上述两管的尾部由排气管30相连接，使得烟气产生了由吸气嘴28开始，经取样管到引射管尾部，通过引射管流回到烟道内的烟气流。当烟气流经过旋流集尘器19时，导致旋转流动再上升，飞灰在与旋流集尘器19内壁的反复碰撞下落到收排灰管座4。所述灼烧测量箱是一个抽屉结构设计，它包括一维模式的传动机构和高频电磁炉及坩埚。箱的顶板和底板都是“U”形状，顶板和底板分别插入到收排灰管座的底端和天平托盘的底端。固定在导轨11上。 所述的高频电磁炉，其炉体采用长方体整块石棉加工，居中开圆柱型孔，一测开槽置入高频感应线圈并固定，用高频水冷软电缆与高频电磁发生器连接，四周备有气源吹扫孔，用于冷却坩埚；底部有4个螺栓接口，用于固定
连接电磁炉和运动托板。坩埚放置在电磁炉体中间的圆柱孔内。对照附图4、5，所述的一维模式的传动机构，包括电机1、导杆2、传动丝杆3、运动托板9及上下U形顶板和底板，电机I和传动丝杆3相接，传动丝杆3与运动托板9相接，两端固定在顶板和底板上，设计采用了弹性压簧螺帽，使得平台运动到收排灰点工作点时，能产生足够的压紧力，满足在收排灰时的坩埚与收排灰管座之间的密封要求，四根导杆2两端固定在顶板和底板上，采用法兰无油衬套与运动平台连接导向。工作时，运动托板带动电磁炉将坩埚送到相应的测量工作点。一维模式的传动机构，无复杂的零部件，传动稳定而不卡涩，性能可靠，能够胜任现场环境要求，做到几近免维护。其要素是将电磁炉与传动平台钢性连接，获得一个动态的加热炉，在电磁炉完成灼烧后能随平台运动到收排灰及称重的工作点，测量过程只有3个工作点，传动最大距离< 8cm。电机驱动丝杆转动时，进而带动运动托板9做上行或下行运动，上行带动坩埚6与收排灰管座4紧密结合完成收灰或排灰工序，下行让坩埚6完全落在电子天平10上完成称重工序；在中间位置完成电磁加热灼烧工序。坩埚放在电磁炉体中间的圆柱孔内，高频线圈嵌入在炉体内。这种一维模式下的传动位置是直线上的3个工作点，只需要一个电机驱动，简捷的一体化结构可靠性高。独特的自抽系统与排灰系统:当等速取样时间达到超过10分钟，但收到飞灰总量不足I克时，系统将自动启动自抽系统。自抽系统是利用现场仪用压缩空气经过减压处理后送引射管尾部，用以加快取样速度。排灰系统是直接利用现场仪用压缩空气，在开启排灰管吹灰时同步将压缩空气送入引射管尾部气源接口，采取吹吸结合的方式快速排灰，不需要配置独立的排灰系统，进一步简化了系统结构。对照附图6，控制机柜的结构包括工控主机系统22、触摸屏彩显23、气源管阀箱24、高频电磁机25、冷却水箱26、接线盒27。控制机柜安装在测量机柜的右侧。工控主机的控制信号有气源管阀箱24中的2个电磁阀的开关量信号、高频电磁机25的电源的开关量信号、冷却水箱26中的微型水泵的开关量信号、传动机构中驱动电机的上行下行和启停信号。机柜的散热风扇是独立控制的，接线盒27是电源和信号电缆的转接端口。工控主机的控制气源的信号输出端通过气源管阀盒中的A电磁阀接入测量柜中取样设备中的收排灰管座上的气源接口，工控主机的控制压力的信号输出端通过气源管阀盒中的减压阀接入测量柜中取样设备中的引射管尾部气源端口，工控主机的控制传动机构工作的信号输出端连接测量机柜中的传动机构平台上的一维模式机械传动结构中的驱动电机的信号输入端，测量机柜中的电子天平的信号输出端接工控主机的称重信号输入端，工控主机的高频信号输出端接高频信号机的第一信号输入端，高频信号机的信号输出端接入高频电磁炉，冷却循环水的信号输出端通过微型水泵接高频信号机的第二信号输入端，工控主机的显示信号输出端接显示器的信号输入端，工控主机的控制冷却循环水的信号输出端接冷却循环水信号输入端；工控主机接受锅炉启停、投油信号，工控主机输出报警、DCS通讯信号，输入动力电源信号；压缩空气通过A电磁阀、B电磁阀进入取样设备。所述的工控主机由台湾研华生产的D2500微型工控机。所述的高频信号机，选用最大功率为7kW的TLG型号产品。高频感应加热是将50HZ交流电转换成频率100-250kHZ的交流电，利用电磁感应原理，通过电感线圈作用到石墨材质的坩埚，利用涡流效应加热。其加热特点是热效率高、升温迅速、节能环保、安全可靠，能长期在恶劣的环境中工作。工作时，I)引入气源母管气源，经气源管阀箱，送出2路气源到测量柜，其中的一路现场压力气源用于排灰，另一路经过减压的气源用于自抽取样系统；2)引入供电总电源，用于工控机、彩显、高频发生机、及冷却箱的微型水泵和风扇供电，并分送到测量机柜中的驱动电机。由高频电磁机输出高频电流送给测量箱中的高频电磁炉；3)引入锅炉启停信号及投油信号，用于控制保护取样设备；4)实时显示测量数据包括高碳报警和设备自检信号并通讯DCS系统。工作流程
1)空的坩埚称重；
2)收集烟道中的灰样到坩埚中；3)检测灰量并加热烘干再高温灼烧称重；
4)计算含碳量值在现场控制柜显示并输送到DCS；
5)排灰到烟道中；
6)进入下一次测量。当飞灰含碳量>15%时，系统及时发出高碳报警，此时趋势曲线呈一条15%的水平线，但在数据存储中仍有实时含碳量数据记录。故障报警有堵灰报警和冷却水量报警。装置报警时，会自动弹出维护建议。实现功能包括I)实时数值与曲线显示；2)平均数值与棒图显示；3)历史含碳量曲线追忆；4)与DCS系统通讯功能；5)含碳量数据离线浏览；6)具有手动留灰的功能；7)高碳报警与故障报警。性能参数
1)测量范围:0 30%(含碳量)
2)测量误差:±0.3%-0.4%(含碳量彡8%时)
±0.4%-0.6% (8% <含碳量彡 15%时)
±0.6%-1.0% (15%<含碳量时)
3)检测周期:8-12分钟(视灰流量定)
4)信号输出:
模拟量一一 2路隔离的4 20m含碳量信号 开关量一一 2路报警干接点信号(高碳报警与故障报警)
数字量——数字信号到DCS系统(RS485)
5)信号输入:
开关量一一接受锅炉投油及启停信号
6)数据存储>12个月
7)工作电源220VAC/ 2000W 高频功率可调I 7kW。本装置针对采用“烧失法”的飞灰含碳量在线检测的设备，率先应用高频电磁感应加热的技术，有别于国内普遍采用的电阻丝加热炉灼烧的方式，能长期在恶劣环境中安全可靠地工作。其应用在国内属于技术领先。
一维模式的传动机构的抽屉式设计简捷，传动可靠，完全避免了常见的机械卡涩、传动越限、控制失灵等频繁的故障，做到几近免维护。其中的“动态电磁炉”的设计是简化传动机构的核心技术，在国内属于技术领先。装置的排灰系统设计独到，使得收灰管路与排灰管路能有序的配合，进一步简化了机械结构，其设计属于国内领先。目前国外还没有采用“灼烧失重法”实现对飞灰的在线测碳的设备，而国内使用的灼烧测碳装置都是采用原大陆中电公司设计的“三维模式”的传动机构，都是采用电阻丝加热的方法灼烧飞灰，从使用效果来看，无法避免机构卡涩、传动越限、控制失灵等频繁故障，甚至难以做到无故障运行I个月。因此，我们发明的一维模式的电磁灼烧在线测碳装置，是真正意义上的在线测碳应用设备。在线提供可靠的含碳量数据，是火力发电厂优化燃烧节能降耗的重要依据，它的普遍应用必将带来十分巨大的安全经济效益和相应的社会效益。
权利要求
1.一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是包括测量机柜和控制机柜；所述的测量机柜是将取样设备与灼烧测量箱及天平合装在一个机柜箱内，所述的控制机柜是将工控主机系统、高频信号机、冷却水箱、气源管阀箱合装在一个机柜内。
2.根据权利要求1所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的测量机柜包括取样设备和一维模式的机械传动机构，以及高频电磁炉和电子天平；所述的控制机柜包括气源管阀盒、高频信号机、冷却水箱、显示器、工控主机；其中控制机柜中的工控主机的控制气源的信号输出端通过气源管阀盒中的A电磁阀接入测量柜中取样设备中的收排灰管座上的气源接口，工控主机的控制压力的信号输出端通过气源管阀盒中的减压阀接入测量柜中取样设备中的引射管尾部气源端口，工控主机的控制传动机构工作的信号输出端连接测量柜中的一维模式的机械传动结构中的驱动电机的信号输入端，测量柜中的电子天平的信号输出端接工控主机的称重信号输入端，工控主机的高频信号输出端接高频信号机的第一信号输入端，高频信号机的信号输出端接入高频电磁炉，冷却循环水的信号输出端通过微型水泵接高频信号机的第二信号输入端，工控主机的显示信号输出端接显示器的信号输入端，工控主机的控制冷却循环水的信号输出端接冷却循环水信号输入端；工控主机接受锅炉启停、投油信号，工控主机输出报警、DCS通讯信号，输入动力电源信号；压缩空气通过A电磁阀、B电磁阀进入取样设备。
3.根据权利要求1所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的控制机柜的结构包括工控主机系统、触摸屏彩显、气源管阀箱、高频电磁机、冷却水箱、接线盒；工控主机的控制信号有气源管阀 箱中的2个电磁阀的开关量信号、高频电磁机的电源的开关量信号、冷却水箱中的微型水泵的开关量信号、传动机构中驱动电机的上行下行和启停信号；机柜的散热风扇是独立控制的，接线盒是电源和信号电缆的转接端口。
4.根据权利要求1所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的测量机柜是将取样设备与灼烧测量箱及电子天平合装在一个机柜箱内，机柜的上部是取样设备，中部是灼烧测量箱，灼烧测量箱包括一维模式的传动机构和高频电磁炉和坩埚，底部是电子天平。
5.根据权利要求4所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的电子天平通过四个橡胶隔离器与机柜底部连接；测量机柜安装在垂直烟道或是水平烟道上所选定的测量点上。
6.根据权利要求1所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的取样设备，其结构包括取样管、引射管、旋流集尘器和收排灰管座，其中取样管通过排气管与引射管相接，流集尘器与收排灰管座对应设置，所述的排气管增加设计了气源端口，用于连接减压后的压缩空气，提供自抽系统的气源，所述的收排灰管座中的收灰管是台柱状的管座，中间是用于收灰的圆柱状孔，在孔的下方的右边有一个5_的排灰孔，并引到管座的右侧中部的气源接口上，既能满足收灰要求，又能在排灰时提供现场压缩空气。
7.根据权利要求2所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的一维模式的传动机构，其结构包括电机、导杆、传动丝杆、坩埚、高频线圈、电磁炉体、运动托板、导轨；其中电机与传动丝杆相接，传动丝杆与运动托板相接，坩埚分别与收排灰管座、电子天平对应设置，运动托板与坩埚、收排灰管座对应设置，坩埚放在电磁炉体中间的圆柱孔内，高频线圈嵌入在电磁炉体内，电磁炉固定在托板上，4根导杆固定在一个抽屉式的箱体的顶板和底板上，采用法兰无油衬套与运动平台连接导向，整个箱体安装在导轨上，所述的抽屉式的箱体的顶板和底板设计为“U”形，工作时，托板带动电磁炉将坩埚送到相应的测量工作点。
8.根据权利要求7所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的传动丝杆设计采用了弹性压簧螺帽，使得传动机构平台运动到收排灰点工作点时，能产生足够的压紧力，满足在收排灰时的坩埚与收排灰管座之间的密封要求。
9.根据权利要求6所述的一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其特征是所述的对取样管在等速取样的基础上增加了自抽取样，当等速取样时间达到超过10分钟，当收到飞灰总量不足I克时，系统将自动启动自抽系统，自抽系统是利用现场仪用压缩空气经过减压处理后送引射管尾部，用以加快取样设备中的烟气流速，达到加速收灰的效果，避免无灰少灰的不可靠 的测量。
全文摘要
本发明是一维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置，其结构包括测量机柜和控制机柜(含主机系统和高频电磁机等)。优点1)一维模式的传动结构与传统的三维模式相比，减少了一个周向运动的平台机构，还减少了一套连动的机械装置，工作位置从12个点减少到3个点，传动总距离减少了90%，彻底杜绝了常见的机械卡涩和传动越位及控制失灵等故障。抽屉式的设计，更方便安装调试和维护及手动收灰，几近免维护；2)采用高频电磁灼烧加热，节能环保高效。能长期适应现场恶劣环境，可靠性好精度高，使用寿命长；3)在常规等速取样的基础上，能够增加自抽取样加速取灰，适应范围广；4)设计了收灰与排灰一体化的模块端口，省却了独立的排灰管路。
文档编号G01N5/04GK103196779SQ20131008584
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者陆宇平 申请人:陆宇平