基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置制造方法
【专利摘要】一种基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，包括取样枪、气固分离装置、测量装置和负压形成装置，取样枪一端安装于烟道内，另一端与气固分离装置连接，气固分离装置包括乏气口和落粉口，测量装置顶部与分离装置落粉口连接，底部设有调节阀，调节阀与负压形成装置连接，乏气口通过乏气管与负压形成装置连接。如此，气固分离装置的两出口与负压形成装置连接，提高了气固分离装置的分离效率，增加了激光诱导击穿光谱方法检测烟道飞灰成分的可靠性。
【专利说明】基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及锅炉飞灰检测装置【技术领域】，特别是涉及一种基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置。
【背景技术】
[0002]燃煤电站锅炉烟道的飞灰中所含未燃尽碳元素的含量是衡量过滤燃烧效率的一项重要指标。飞灰含碳量的在线测量对于实时调整锅炉运行水平具有重要意义。
[0003]目前已经应用的飞灰含碳量检测方法主要是微波测碳法和快速灼烧失重法。微波测碳法，对飞灰含碳量的测量精度受煤种变化的影响较大，而目前国内电厂的煤种变化较大，固用户很难根据此方法的测量结果来调整锅炉的运行参数。快速灼烧失重法不受煤种变化的影响，但仪器结构复杂，故障率高，而工业现场环境复杂影响到其稳定可靠的工作。
[0004]激光诱导击穿光谱技术用聚焦后的激光作用在被测物质上，被测物烧蚀、气化后发生代表元素含量的特征谱线，通过收集和分析特征谱线得到被测物成分含量等信息，而对粉状飞灰取样形成连续颗粒流束，并针对颗粒流束直接测量可以提高激光诱导击穿光谱技术应用于检测飞灰成分的可靠性。而在工业现场，电厂烟道飞灰以稀相流动形式存在，按照传统的取样系统取样无法达到利用激光诱导击穿光谱直接测量的稳定、浓度等要求。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要提供一种连续取样且提供连续稳定的密相颗粒流束的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置。
[0006]一种基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，包括取样枪、气固分离装置、测量装置和负压形成装置，所述取样枪一端安装于烟道内，另一端与所述气固分离装置连接，所述气固分离装置包括乏气口和落粉口，所述测量装置顶部与分离装置落粉口连接，底部设有调节阀，所述调节阀与所述负压形成装置连接，所述乏气口通过乏气管与所述负压形成装置连接。
[0007]在其中一实施例中，所述取样枪设置于烟道内的一端设有锥形取样口，所述锥形取样口朝向飞灰运动方向。
[0008]在其中一实施例中，所述锥形取样口锥形角度的范围为30?60度。
[0009]在其中一实施例中，还包括压差测量装置，包括:
[0010]第一静压管、第二静压管和压差传感器，所述压差传感器分别与所述第一静压管和第二静压管连接，所述第一静压管安装于烟道内，所述第二静压管安装于所述取样枪靠近气固分离装置的枪管壁。
[0011 ] 在其中一实施例中，所述测量装置包括集灰瓶，所述集灰瓶开设有激光测量窗口，所述激光测量窗口安装有镀膜激光窗片。
[0012]在其中一实施例中，所述调节阀和乏气口通过三通管连接于所述负压形成装置，所述三通管包括第一支管、第二支管和主管，所述调节阀连接于第一支管，所述乏气口连接于第二支管，所述主管与所述负压形成装置连接。
[0013]在其中一实施例中，所述第一支管与第二支管夹角小于60度。
[0014]在其中一实施例中，所述负压形成装置包括喷射器、空气压缩管、电动比例调节阀、手动阀和空气压缩装置，所述调节阀和乏气口与所述喷射器连接，所述喷射器通过所述空气压缩管与所述空气压缩装置连接，所述空气压缩管远离所述喷射器的方向依次安装有所述电动比例调节阀和手动阀。
[0015]在其中一实施例中，还包括回样枪，所述回样枪一端与所述负压形成装置连接，另一端设置于烟道内。
[0016]在其中一实施例中，所述回样枪的枪头背向飞灰运动方向。
[0017]上述基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，气固分离器乏气口与负压形成装置连接，落粉口经测量装置与负压形成装置连接，测量装置底部设有调节阀。如此，气固分离装置的两出口与负压形成装置连接，提高了气固分离装置的分离效率，使飞灰颗粒和乏气快速高效分离，使被测飞灰颗粒流束连续、稳定且增加了其浓度，从而提高了激光诱导击穿光谱方法检测烟道飞灰成分的可靠性；测量装置底部设有调节阀，通过控制调节阀使测量装置内的飞灰颗粒堆积，形成积料柱的动态平衡，进而调节测量端与负压形成装置的阻力大小，当积料柱达到一定高度时，进一步提高了气固分离装置的分离效率，增加了被测飞灰的浓度，增加了激光诱导击穿光谱方法检测烟道飞灰成分的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为一实施方式的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置的结构示意图。【具体实施方式】
[0019]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0020]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0021]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0022]如图1所示，基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，包括取样枪110、气固分离装置120、测量装置130和负压形成装置140。
[0023]取样枪110—端安装于烟道内，另一端与气固分离装置120连接，气固分离装置120包括乏气口 122和落粉口 124，测量装置130顶部与气固分离装置120的落粉口 124连接，底部设有调节阀150，调节阀150与负压形成装置140连接，乏气口 122通过乏气管与负压形成装置140连接。
[0024]取样枪110 —端设置于烟道内，另一端与气固分离装置130连通。
[0025]在本实施例中，在取样枪110靠近气固分离装置130的部分可设有球阀112也可以设有其他装置如电子阀，可通过球阀112的控制来调节取样的速度从而便于实现连续等速取样。可以理解的是，取样枪110可采用不锈钢管也可采用其他材料制成，只要实现能承受烟道内较高的温度，也具有一定的强度便于现场布置的目的即可。
[0026]气固分离装置120包括乏气口 122和落粉口 124，乏气口 122通过乏气管与负压形成装置140连接，落粉口 124与测量装置130连接。
[0027]在本实施例中，气固分离装置120可为旋风式气固分离器，包括乏气口 122和落粉口 124,乏气口 122位于气固分离装置120的上方,落粉口 124位于气固分离器120的下方，由于离心和重力的作用，将飞灰分为飞灰颗粒和乏气，飞灰颗粒通过落粉口 124进入测量装置130，乏气通过乏气口 122进入负压形成装置140。
[0028]测量装置130顶部与气固分离器120的落粉管124连接，底部设有调节阀150，调节阀150与负压形成装置140连接。
[0029]在本实施例中，测量装置130包括集灰瓶132，集灰瓶132的侧面开设有激光测量窗口 134，激光测量窗口 134上安装有镀膜激光窗片。集灰瓶132通过落粉管与气固分离器120的落粉口 124连接，使飞灰颗粒可落下进入集灰瓶132，起到飞灰颗粒的贮存的作用。在工业现场，通常采用激光器进行测量，集灰瓶132的侧面开设有激光测量窗口 134，激光测量窗口 134安装有镀膜激光窗片，以便激光器通过镀膜激光窗片对飞灰进行成分检测。
[0030]在集灰瓶132的底部设有调节阀150，调节阀150与负压形成装置140连接，通过控制调节阀150使从气固分离装置120落下的飞灰颗粒堆积，并形成积料柱的动态平衡，从而保持集灰瓶132内的飞灰颗粒保持一定的浓度，满足了利用激光诱导击穿光谱直接测量的稳定和浓度的要求，增加了测量可靠性和代表性。
[0031]负压形成装置140与调节阀150连接，通过乏气管与乏气口 122连接。
[0032]在本实施例中，负压形成装置140包括喷射器142、空气压缩管144、电动比例调节阀146、手动阀148和外接的空气压缩装置(图未示)。喷射器142为中空结构，含有一个喷射嘴，且含有三个接口，气固分离装置120的乏气口 122和调节阀150均通过其中一接口连通。喷射器142另一个接口与空气压缩管144连接，空气压缩管144与外接的空气压缩装置连接，空气压缩管144远离喷射器142的方向依次安装有电动比例调节阀146和手动阀148。
[0033]可以理解的是，电动比例调节阀146和手动阀148也可不设置，可通过控制空气压缩装置实现对压缩空气的速度和流量的控制目的，改变负压区的抽吸力以及取样枪110段的压差，以实现等速、稳定取样的目的。空气压缩装置可以是抽风机也可以是真空泵，只要实现形成负压区的目的即可。
[0034]上述基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，负压形成装置140形成负压区，由于负压区的抽吸作用，提供取样的动力，烟道内的飞灰经过取样枪110进入气固分离装置120，气固分离装置120将飞灰分离成飞灰颗粒和乏气，飞灰颗粒落下通过落粉管124进入测量装置130，测量装置130底部设有调节阀150，通过控制调节阀150，使飞灰颗粒在测量装置130里堆积，形成积料柱，测量装置130对飞灰颗粒积料柱进行测量。乏气口 122通过乏气管与负压形成装置140连接，调节阀150与负压形成装置140连接，测量后的乏气 与飞灰颗粒通过负压形成装置140排出。[0035]如此，气固分离装置120的乏气口 122通过乏气管与负压区连接，落粉口 124通过 调节阀150与负压区连接，由于负压区的抽吸作用，使气固分离装置120的分离效率得到提 高，飞灰颗粒和乏气快速高效分离，被测飞灰颗粒流束连续、稳定且增加了其浓度，从而提 高了激光诱导击穿光谱方法检测烟道飞灰成分的可靠性。且改变了传统的排乏气口需要独 立通入测量烟道，减少了现场布置的难度，节约了布置成本。[0036]通过控制调节阀150，使飞灰颗粒在测量装置130里堆积，形成积料柱，且达到动 态平衡，进而可调节测量装置130和负压形成装置的阻力大小。当堆积料柱高度达到一定 高度时，测量装置130和气固分离装置120上部的压差达到某个特定值时，气固分离装置 120的分离效率达到最优化，使尽可能多的飞灰颗粒落入测量装置130同时不引入过多乏 气，进一步增加了测量装置130内的飞灰颗粒浓度，使激光诱导击穿光谱的方法测量飞灰 成分更加可靠。[0037]此外，通过调节阀150的设置，不仅可保证测量装置130内的飞灰积累料柱达到一 定的动态平衡，保持一定的浓度大小，调节阀150与负压形成装置140连接，乏气口 122也 与负压形成装置140连接，测量过后的飞灰颗粒和乏气可通过负压形成装置最终排出，使 系统可连续稳定取样。[0038]请参阅图1，在其中一实施例中，取样枪110设置于烟道内的一端设有锥形取样口 114，锥形取样口 114朝向飞灰运动方向。可以理解的是，锥形取样口 114的个数可根据烟 道的布置来选择，只要实现较好的飞灰收集目的即可。受烟道布置的影响，飞灰取样位置处 的实际烟气流速分布、飞灰粒度和浓度并不均匀，因为就需要全截面取样，才能提高取样的 代表性。多个取样口可减少取样处的实际烟气流速、飞灰粒度和浓度不同对取样不均造成 的影响，且取样口呈锥形并朝向飞灰运动方向，增加了飞灰的收集量，提高了飞灰取样的代 表性。[0039]在其中一实施例中，锥形取样口 114的锥形角度为30?60度，若锥形角度过大， 会对飞灰产生一定的阻力，从而减少飞灰的收集量和速度，当角度为30度?60度时，飞灰 流动阻力较小，使飞灰可以一定速度进入取样枪，提高了飞灰收集量，提高了飞灰取样的代 表性。[0040]请参阅图1，在其中一实施例中，激光诱导击穿光谱技术的飞灰检测系统还包括 压差测量装置160，压差测量装置160包括第一静压管162、第二静压管164和压差传感器 166。压差传感器166 —端与第一静压管162连接，另一端与第二静压管164连接,第一静 压管162安装于烟道内，安装方向垂直于飞灰流动的方向，第二静压管164垂直安装于取样 枪110靠近气固分离装置120的枪管壁上。[0041]经研究得出，烟道的特性计算公式AP=S1(PVl)/2，其中ΛΡ为烟道差压，烟道阻力系数，P为烟气密度，V为取样位置处的烟气速度。通过测量锅炉在不同负荷下 的烟道差压、烟气密度和烟气流速，可以得到取样装置范围内烟道的阻力特性系数。根据流 体力学原理，进入自模化区后，烟道的阻力系数为常数，根据飞灰等速取样原理，只有当取 样枪110枪口速度等于烟道流速时，飞灰取样才是准确的，因此，当烟道内的压力和取样枪 110的压力差相等时，可保证取样枪110枪口速度等于烟道流速。通过外部控制器调节电动比例调节阀146的开度使烟道和取样枪110的压差接近零，实现等速取样，增加了测量的可靠性和代表性。
[0042]请参阅图1，在其中一实施例中，激光诱导击穿光谱技术的飞灰检测系统还包括回样枪170，回样枪170 —端与负压形成装置140连接，一端设置于烟道内，测量过后的飞灰颗粒和乏气通过回样枪可返回烟道内，使系统可连续稳定取样。
[0043]具体地，回样枪170可为一弯折的金属管，一端与负压形成装置140的喷射器142的一开口连接，弯折部即为枪口。回样枪170靠近喷射器142的枪管可设有球阀172以调节飞灰的排量从而控制系统内的压差。可以理解的是，回样枪170可为金属管也可为较高硬度和强度便于布置的其他材料制成，只要实现将飞灰排回烟道，且便于布置的目的即可。
[0044]请参阅图1，在其中一实施例中，回样枪170的枪头方向与飞灰运动方向相同，即枪管弯折方向与飞灰的运动方向相同。当测量后，通过调节电动比例调节阀146、调节阀150、球阀172等使测量后的飞灰颗粒和乏气经过喷射器142出口和球阀172送回烟道，其中，回样枪170弯折的一端的弯折方向与飞灰运动方向相同，可以利用烟道内的飞灰颗粒和气体流动在回样枪170枪口形成背压，从而使回样枪170枪口具有一定的抽吸力，从而增加了取样系统的抽吸力，且使测量后的飞灰颗粒和乏气便于排除，减少系统内的管道堵塞实现连续取样，增加了系统的稳定性和可靠性，也使系统可连续取样和测量。
[0045]请参阅图1，在其中一实施例中，调节阀150和乏气口 122通过三通管连接于负压形成装置140，三通管包括第一支管和第二支管和主管，调节阀150连接于第一支管，乏气管连接于第二支管，主管与负压形成装置140的喷射嘴142的一个接口连接。
[0046]如此，当测量完，测量装置130的集灰瓶132内的飞灰颗粒通过调节阀150进入第一支管，乏气通过乏气管进入第二支管，然后飞灰颗粒和乏气在主管融合，使浓度较大的飞灰颗粒变为稀相流动形式存在，进入喷射嘴142的接口，从而通过回样枪170排回烟道，避免了飞灰颗粒直接进入喷射嘴和乏气混合可能造成的赌塞，还使飞灰颗粒变为稀相形式流动，加速测量后的飞灰颗粒的排除，使系统可连续循环取样。
[0047]在其中一实施例中，第一支管和第二支管的夹角小于60度，并且第一支管和第二支管以主管的中心线中心对称。第一支管和第二支管的夹角小于60度，可减小支管对飞灰颗粒和乏气的阻力，加速其排除，减少系统内的管道堵塞，增加了系统的稳定性和可靠性，也使系统可连续取样和测量。
[0048]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，包括取样枪、气固分离装置、测量装置和负压形成装置，所述取样枪一端安装于烟道内，另一端与所述气固分离装置连接，所述气固分离装置包括乏气口和落粉口，所述测量装置顶部与气固分离装置落粉口连接，底部设有调节阀，所述调节阀与所述负压形成装置连接，所述乏气口通过乏气管与所述负压形成装置连接。
2.根据权利要求1所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，所述取样枪设置于烟道内的一端设有锥形取样口，所述锥形取样口朝向飞灰运动方向。
3.根据权利要求2所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，所述锥形取样口锥形角度的范围为30?60度。
4.根据权利要求1所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，还包括压差测量装置，包括: 第一静压管、第二静压管和压差传感器，所述压差传感器分别与所述第一静压管和第二静压管连接，所述第一静压管安装于烟道内，所述第二静压管安装于所述取样枪靠近气固分离装置的枪管壁。
5.根据权利要求1所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，所述测量装置包括集灰瓶，所述集灰瓶开设有激光测量窗口，所述激光测量窗口安装有镀膜激光窗片。
6.根据权利要求1所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，所述调节阀和乏气口通过三通管连接于所述负压形成装置，所述三通管包括第一支管、第二支管和主管，所述调节阀连接于第一支管，所述乏气口连接于第二支管，所述主管与所述负压形成装置连接。
7.根据权利要求6所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，所述第一支管与第二支管夹角小于60度。
8.根据权利要求1所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，所述负压形成装置包括喷射器、空气压缩管、电动比例调节阀、手动阀和空气压缩装置，所述调节阀和乏气口与所述喷射器连接，所述喷射器通过所述空气压缩管与所述空气压缩装置连接，所述空气压缩管远离所述喷射器的方向依次安装有所述电动比例调节阀和手动阀。
9.根据权利要求1?8任意一项所述的基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，还包括回样枪，所述回样枪安装有枪头的一端设置于烟道内，远离枪头的一端与所述负压形成装置连接。
10.根据权利要求9所述基于发射光谱测量技术的飞灰连续取样装置，其特征在于，所述回样枪的枪头背向飞灰运动方向。
【文档编号】G01N1/10GK103575567SQ201310526927
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】沈跃良, 张博, 徐少波, 温智勇, 陆继东, 苏乐春, 张人超 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 华南理工大学, 广东省粤电集团有限公司沙角C电厂