[发明专利]烟道飞灰含碳量在线测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及锅炉烟道飞灰检测技术领域，特别是涉及一种烟道飞灰含碳量在线测量装置。

背景技术

飞灰含碳量作为锅炉运行的一项重要经济技术指标，直接反映了锅炉的燃烧效率，并一定程度上体现了电厂的管理水平和设备的运行状况。实时监测飞灰含碳量，有助于指导运行正确调整风煤比和合理的煤粉细度，提高锅炉燃烧控制水平，降低机械未完全燃烧损失，提高锅炉燃烧的稳定性和经济性，保障制粉系统和送风系统的安全运行。随着火力发电机组不断向高参数、大容量方向发展，锅炉飞灰含碳量测量对锅炉燃烧控制和优化显得更加重要。

传统的飞灰含碳量测量方法是燃烧失重法，是一种离线的实验室分析方法，定期在烟道上进行取样分析，该方法分析时间长，导致测量的结果不能及时反映当前的锅炉燃烧的工况，对锅炉燃烧的控制和燃烧调整的指导缺乏实时性。随着技术的发展，目前已有飞灰含碳量在线测量装置在现场应用，多数是基于微波吸收法的测量装置，这类设备大多是利用取样枪将飞灰从烟道中取出，当取样量或取样时间达到预设值时开始检测，检测完的飞灰再通过排灰管排回烟道。取样枪堵灰是该类飞灰含碳量在线测量装置存在的主要问题之一，此外测量精确度受煤种变化的影响较大，测量稳定性和精度都不理想，而且维护量较大，因此较难满足用户对飞灰含碳量在线测量装置长期稳定、可靠、准确运行的要求。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种烟道飞灰含碳量在线测量装置，使用该测量装置无需。将飞灰从烟道中取出，避免了堵灰现象的出现。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种烟道飞灰含碳量在线测量装置，包括测量探头和测量分析单元，所述测量分析单元包括激光器、光谱仪和控制设备，所述控制设备连接激光器和光谱仪；所述测量探头包括壳体、激光聚焦模块和光谱信号收集模块，该激光聚焦模块和光谱信号收集模块安装于所述壳体内，所述激光聚焦模块连接激光器，所述光谱信号收集模块连接光谱仪；所述测量探头的壳体开口于烟道内壁，该壳体的开口边缘设有气体吹扫装置，该气体吹扫装置吹出气体形成气帘，所述激光聚焦模块和光谱信号收集模块的聚焦区域位于气帘外侧的烟道内。

本发明的测量装置测量原理为：首先由控制设备控制激光器连续发出一定频率和能量的脉冲激光，传输至测量探头中的聚焦模块，形成高能量密度的激光作用于烟气中流经聚焦区域的飞灰颗粒，产生飞灰等离子体。然后由测量探头中的光谱信号收集模块收集上述飞灰等离子体的光谱信息，并将该光谱信号传输至测量分析单元中的光谱仪进行光电转换。最后将转换后的信号导入控制设备（可以为工业级微型工控机等任何计算机控制系统）进行飞灰含碳量的计算和存储，如有需要，还可提供传输到燃煤设备的分散控制系统（Distributed Control Systems,简称DCS)的信号。

本发明的测量装置，通过将测量探头直接设于烟道内壁上，解决了由于需要利用取样枪将飞灰从烟道中取出导致的飞灰堵塞取样枪的问题。而将测量探头直接设于烟道内壁上，面临着飞灰可能会落到激光聚焦模块和光谱信号收集模块的石英透镜组上，产生磨损透镜组光学部件或阻挡光路的问题。针对该技术难题，本发明通过创造性的实验设计和大量的模拟实验，提出采用气体吹扫装置对裸露于烟道内壁的测量探头开口处进行吹气，形成保护气帘，并具有一定的气流扰动，从而将气帘外的烟气与测量探头内的镜片等光学部件进行隔离。并且将激光聚焦模块和光谱信号收集模块的焦点设置于气帘外侧，也就是让激光脉冲对准气帘外侧的飞灰颗粒，使不受气帘干扰影响区域的飞灰颗粒产生等离子体，并收集该等离子体的光谱信号。通过上述设置，让气体吹扫装置产生的气帘，既可以满足保护测量探头内的镜片等光学部件的要求，又不会影响激光聚焦模块和光谱信号收集模块对飞灰颗粒的激发和信号收集，保证了该测量装置的高精度测量。

在其中一个实施例中，所述气体吹扫装置设有两组吹气口，所述两组吹气口对向吹气。形成相对密封的气帘，达到更好的保护效果。

在其中一个实施例中，所述气体吹扫装置吹出的气体量为2-10L/min。恰当的吹扫气体量，既能满足保护测量探头内的镜片等光学部件的要求，又能将气帘对烟道内飞灰颗粒的干扰降至最低。

在其中一个实施例中，所述激光聚焦模块产生的激光与光谱信号收集模块的信号收集光路之间呈30°-60°角。将产生激光的光路与信号收集的光路之间设置夹角，避免产生的激光干扰信号收集。

在其中一个实施例中，所述气体吹扫装置的气体吹扫方向平行于壳体开口面。这样的设置可以更好的达到保护测量探头内的镜片等光学部件的效果。