专利名称：直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤粉在线监测装置，特别是一种直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置。属于火力发电环境监测设备技术领域。
背景技术：
目前，国内大容量电站锅炉普遍采用直吹式制粉系统。对于四角切圆燃烧方式，由于锅炉制粉系统中存在各输粉管道的阻力特性不同，以及中速磨煤机输出口的煤粉和空气分配均匀性差等问题，因此，导致锅炉四角风粉均匀性差，造成炉膛内切圆偏斜，产生热负荷偏斜、结渣、炉内燃烧工况恶化、飞灰含碳量高等不良后果。对于旋流燃烧器，由于以单个燃烧器组织燃烧，各燃烧器一次风量和煤粉浓度的分配不均对锅炉安全优化运行也是不利的。如果没有准确可靠的一次风煤粉浓度和风量监视手段，就无法有效地控制炉内各燃烧器出口的过量空气系数，无法优化调整炉内燃烧，即无法达到高效低污染燃烧的目的。
现有技术中，煤粉管道内的煤粉空气两相流动属于气力输送范围，气固两相中固体流量的测量一直是一个尚未很好解决的问题。对于中间储仓式系统，国内一般采用热平衡方法测量煤粉浓度。其原理是煤粉和输送气体之间存在较大的温度差，在给粉机下游进行热交换，测量煤粉、输送气体和完成热交换后的煤粉空气混合物的温度，通过热平衡计算即可获得输粉管道中的煤粉浓度。热平衡测量方法适用于热风送粉的制粉系统。但对于直吹式制粉系统或采用乏气送粉的制粉系统，由于输送气体和被输送粉体之间不存在较大的温度差，因此热平衡法无法使用。现有技术中，一般采用先单点测量煤粉浓度然后再取平均值的方法，这种方法存在速度慢、效率低的缺点。有些研究者开发了能自动进行全截面煤粉浓度测量的等速取样方法，测量速度尽管比单点测量法快了很多，但耗时仍然很多、效率仍然较低。
虽然有一些研究者偿试开发了基于静电法、传热法、微波法、超声波方法、电容法、光学法等原理的煤粉浓度在线测量方法，但这些方法中要么需要较多的测量设备、系统复杂，要么测量精度低、干扰大，要么需要对制粉系统进行较大的改造、不易于实现，因此这些方法尚处于试验阶段，技术尚未成熟，未有应用实例。
本发明人也长期对基于光学波动法的激光光纤测量装置进行研究，该方法比较适合进行煤粉管道内单点的煤粉浓度和速度的测量，要进行全管道截面的浓度和速度测量，采用该方法就比较麻烦的，因为一方面要获得全截面的风煤分配信息，要采用激光光纤测量装置对截面内的各点进行逐一测量，工作量比较大，而且实现自动测量比较困难而且费时，另外，激光发生器长时间使用可能会导致发生器老化等问题，影响长期使用精度。
实用新型内容本实用新型需要解决的问题，即本实用新型的目的，是为了克服现有先单点测量后再取平均值方法存在速度慢、效率低的缺点，提供一种速度快、效率高的一种直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置。
本实用新型的技术问题可以通过采取如下措施解决直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置，其结构特点是由电磁波探头和测量箱构成，电磁波探头包括电磁波发射探头1和电磁波接收探2头，电磁波探头固定安装在管道侧壁3、成对地沿煤粉管道长度方向安装，探头的探针伸入管内120～150mm；测量箱包括两个金属制的密闭盒子，所述密闭盒子分别内置电磁波发射电路和检测电路；电磁波发射电路的输出端连接电磁波发射探头的输入端，电磁波检测电路的输入端连接电磁波接收探头的输出端；电磁波检测电路的输出端可以外接信号处理系统、A/D转换装置或显示装置。
本实用新型的技术问题还可以通过采取如下措施解决电磁波发射电路由电磁波发生器4、锁相电路5、电磁波频率调节器6、T形接头7、隔离器8以及天线9组成；电磁波检测电路由天线10、隔离器11和检波器12组成。
电磁波发射电路发射低频率电磁波，该电磁波的频率范围为200～800MHz。
煤粉管由金属管制成、形成波导管。
本实用新型的优点和积极效果1、本实用新型在直吹式制粉系统煤粉空气两相流动管道中设置电磁波在线测量探头，是一种基于电磁波吸收法的直吹式煤粉空气两相流动在线测量系统，因此，可以真正实现对煤粉管中整体截面煤粉浓度的测量，实时性强，可靠性高，稳定性和重现性好，维护量小。
2、本实用新型由于采用较低的电磁波谐振频率，因此具有如下效果第一、采用低频电磁波，电磁波从测量段外反射回来的可能性小，即使需要测量很多管道组成的管道组，也能有效减少干扰。第二、气固两相流中往往存在水蒸汽，水蒸汽对电磁波的吸收随电磁波波频率增加明显，较低的电磁波频率能减少对气固两相流固相浓度测量造成干扰。
3、通过监测系统可以防止锅炉风粉分配不均而引起的炉内结渣、热负荷偏斜，高温腐蚀、磨损、炉膛出口烟温烟速偏差大及由于配风不良导致燃烧恶化飞灰含碳量升高等问题，并为将来实现锅炉的低NOx燃烧提供有效的配风监测、运行优化调整手段，为大容量电站锅炉的燃烧优化提供了有效的监测手段，有利于提高运行人员水平和机组运行经济性，配合锅炉优化运行系统，可以获得巨大的经济效益和社会效益。
图1是本实用新型的电磁波发生/接收探头在管道中的安装示意图。
图2是本实用新型的结构框图。
图3是本实用新型的在线监测系统结构示意图。
图4是本实用新型在不同管内煤粉浓度下的监测系统的输出电压波形图。
图5a、图5b是煤粉浓度在线监测系统的输出信号在线记录波形图。
图6是图1中工况1向工况2变化的波形图。
图7是图1中工况2向工况3变化的波形图。
图8是图1中工况3向工况4变化的波形图。
具体实施方式
图1、图2构成本实用新型的实施例1。
从图1可知，本实施例由电磁波探头和测量箱构成，电磁波探头包括电磁波发射探头1和电磁波接收探头2，电磁波探头固定安装在管道侧壁3、成对地沿煤粉管道长度方向安装，电磁波发射探头1和电磁波接收探头2两者之间的距离为煤粉管道直径的二分之一(1/2D)。电磁波探头采用在管道上钻孔安装的方法，电磁波发生和接收探头成对地沿粉管长度方向安装，探针伸入管内约150mm。
从图2可知，电磁波发射电路由电磁波发生器(4)、锁相电路(5)、电磁波频率调节器(6)、T形接头(7)和隔离器(8)组成，电磁波发生器(4)的信号输出端通过锁相电路(5)连接电磁波频率调节器(6)的信号输入端，电磁波频率调节器(6)的信号输出端通过T形接头(7)连接隔离器(8)的输入端，隔离器(8)的输出端连接电磁波发射探头(1)，电磁波发射探头(1)的发射天线将低频电磁波信号通过煤粉管道向电磁波接收电路发射出去；电磁波检测电路由隔离器(9)和检波器(10)组成，电磁波接收探头(2)的输出端通过隔离器(9)连接检波器的(10)的输入端，检波器的(10)的输出端与外接的信号处理系统连接。
从图3可知，实际应用时，由本实用新型的在线测量探头获得的信号先经过信号处理系统11处理，再经过A/D转化装置12将模拟信号转换成数字信号，然后通过计算机13采集数据，绘制出历史曲线、柱状图、切圆图等显示曲线。从而可以实现配中速磨的直吹式制粉系统的优化运行指导，提供运行人员直观的磨煤机出口风粉分配情况，配合运行优化调整技术和设备优化技术，提高磨煤机出口一次风风速和煤粉浓度的分布均匀性，实现对磨煤机优化运行指导的目的。由于配直吹式制粉系统的机组锅炉和制粉系统紧密联系，对直吹式制粉系统煤粉管道内的一次风流速和煤粉浓度的在线监测，还可实现配直吹式制粉系统的锅炉燃烧优化指导，使运行人员能优化燃烧配风。
本实用新型把金属煤粉管道当作波导管，则波导管的特性仅依赖于管内绝缘材料的多少，也就是在测量段内的固相浓度的大小。在直吹式制粉系统煤粉管道中，空气夹带着煤粉，形成气固两相流在铁制的薄壁管中流动，利用探针激励原理使电磁波在波导管内传播，再利用探针检测，则由于气固两相流的存在，电磁发生衰减和其他特性的变化，探针检测并与输入相比获得正确的固相浓度值。
图4至图8是采用本实用新型对沙角C电厂660MW锅炉煤粉管道上进行现场实测的波形图。煤粉管道由金属铁制成，其内径Φ584mm。
本应用实例采用德国进口的多点煤粉等速取样装置对管内煤粉浓度进行测量，通过对中速磨煤机进行加煤，减煤或加风，减风的方法变化管内煤粉浓度，以试验煤粉浓度监测系统的灵敏性和准确性。
图4示出了在不同管内煤粉浓度下的监测系统的输出电压值。可见煤粉浓度监测系统的输出呈单调下降趋势，与上述的试验台试验结果比较吻合，但由于两者的管道内径不同，因此二者的输出特性有所差别。
表1示出了不同工况下管内煤粉的煤质特性，可见管内煤粉基本属同一种煤，只是水分含量有所不同，由于水分是引起测量干扰的一个重要因素，因此在工况2进行了水分变化的对照试验，试验结果表明，水分在适当的常用范围内变化时，对本系统的测量准确度基本没有影响。
表1煤质特性工况 工业分析(％) 元素分析(％) 发热量(kJ/kg)MadAadVadFCadCadHadOadNadSad02.58 16.37 29.78 51.27 69.04 3.68 6.61 1.23 0.492748914.96 16.19 27.43 51.42 64.01 2.74 10.68 1.02 0.40255392-1 5.02 16.64 27.24 51.10 64.26 2.67 10.00 1.01 0.40257172-2 4.66 16.27 27.41 51.66 64.00 2.92 10.73 1.00 0.422529834.64 17.09 27.46 50.81 63.58 3.00 10.20 1.02 0.472528542.89 16.55 29.29 51.27 68.84 3.57 6.42 1.27 0.4627172图5a、图5b示出了2003年7月9日下午对沙C电厂1#锅炉2#角煤粉浓度在线监测系统的输出信号的在线记录值，可见管内煤粉浓度在短时内基本稳定，但在下午15:07分左右磨煤机的运行工况发生变化，给煤量增加幅度大于给风量，导致煤粉浓度较大幅度提高，本监测系统很好地监测了这一变化。
图6-8示出了变工况条件下的输出信号动态变化，可见本监测系统能在线地可靠地监测工况变化引起的磨煤机出口煤粉浓度的变化，非常有利于制粉系统的优化运行。
权利要求1.直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置，其特征是由电磁波探头和测量箱构成，电磁波探头包括电磁波发射探头(1)和电磁波接收探头(2)，电磁波探头固定安装在管道侧壁(3)、成对地沿煤粉管道长度方向安装，探头的探针伸入管内120～150mm；测量箱包括两个金属制的密闭盒子，所述密闭盒子分别内置电磁波发射电路和检测电路；电磁波发射电路的输出端连接电磁波发射探头的输入端，电磁波检测电路的输入端连接电磁波接收探头的输出端；电磁波检测电路的输出端可以外接信号处理系统、A/D转换装置或显示装置。
2.根据权利要求1所述的直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置，其特征是电磁波发射电路由电磁波发生器(4)、锁相电路(5)、电磁波频率调节器(6)、T形接头(7)和隔离器(8)组成，电磁波发生器(4)的信号输出端通过锁相电路(5)连接电磁波频率调节器(6)的信号输入端，电磁波频率调节器(6)的信号输出端通过T形接头(7)连接隔离器(8)的输入端，隔离器(8)的输出端连接电磁波发射探头(1)，电磁波发射探头(1)的发射天线将低频电磁波信号通过煤粉管道向电磁波接收电路发射出去；电磁波检测电路由隔离器(9)和检波器(10)组成，电磁波接收探头(2)的输出端通过隔离器(9)连接检波器的(10)的输入端，检波器的(10)的输出端与外接的信号处理系统连接。
3.直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置，其特征是电磁波发射电路发射低频率电磁波，该电磁波的频率范围为200～800MHz。
4.直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置，其特征是煤粉管由金属管制成、形成波导管。
专利摘要本实用新型涉及一种直吹式制粉系统煤粉均配在线监测装置，其结构特点是由电磁波探头和测量箱构成，电磁波探头包括电磁波发射探头1和电磁波接收探头2，电磁波探头固定安装在管道侧壁3、成对地沿煤粉管道长度方向安装，探头的探针伸入管内120～150mm；测量箱包括两个金属制的密闭盒子，所述密闭盒子分别内置电磁波发射电路和检测电路；电磁波发射电路的输出端连接电磁波发射探头的输入端，电磁波检测电路的输入端连接电磁波接收探头的输出端；电磁波检测电路的输出端可以外接信号处理系统、A/D转换装置或显示装置。本实用新型采用低频电磁波，即使需要测量很多管道组成的管道组，也能有效减少干扰。
文档编号G01N22/00GK2731445SQ20042008821
公开日2005年10月5日 申请日期2004年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者廖宏楷, 周昊, 沈跃良, 王力, 朱洪波, 余岳溪, 杨华, 岑可法 申请人:广东省电力工业局试验研究所