专利名称：机械不完全燃烧损失在线监测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种锅炉技术领域的监测装置，具体是一种机械不完全燃烧损失在线监测仪。
背景技术：
煤炭作为我国能源供应的主力军，占能源消费总量近70%，其主要利用方式包括电站燃煤锅炉发电和各种工业锅炉利用。因此，如何提高煤炭的利用效率，对节能减排有着重要的意义。在燃煤锅炉效率计算当中，锅炉的损失由排烟损失、机械不完全燃烧损失、灰渣物理损失、化学不完全燃烧损失和散热损失组成，其中机械不完全燃烧损失作为主要损失之一，在实时计算中却难以获得。机械不完全损失包括飞灰、炉渣和落灰的可燃物损失，目前通过飞灰含碳在线监测仪，可以实现飞灰含碳量的在线监测，而对炉渣则无法只能通过取样到实验室进行测量， 其周期比较长。而在对煤炭燃烧的控制中，需要对飞灰和炉渣的含碳量进行在线的监测，以进行及时的调节，保证锅炉较高的燃烧效率。专利号为CN 100406875C的专利提出一种不受煤种变化影响的微波测碳传感器， 该发明利用飞灰中的碳颗粒吸收微波功率大小来确定飞灰含碳量的。该专利的主要特点是利用信号频率为0. 3 1. 5GHz的微波信号源，低频的微波信号虽然具有减少飞灰中其它矿物质对信号的影响，但是却造成了谐振腔体积过大的问题。另外，该专利提出的飞灰测碳仪和美国专利US5109201、US5173662以及中国专利CN 87207683U—样，都只能测量飞灰含碳，对于机械不完全燃烧损失的另外一个重要组成炉渣，则没有办法进行测量。总之，目前广泛应用的飞灰测碳仪都只能测量得到飞灰含碳，对于反映锅炉燃烧效率重要指标之一的机械不完全燃烧损失则无法进行在线测量。

发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种机械不完全燃烧损失在线监测仪，对飞灰含碳及炉渣含碳进行在线监测，并且通过和DCS的通讯，计算出机械不完全燃烧损失，填补国内在这一领域的空白。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括多级取样器、微波测碳模块和多融合计算模块，其中多级取样器和微波测碳模块通过灰样管进行连接，微波测碳模块和多融合计算模块通过通讯进行连接。其中多级取样器包括一级取样装置、二级破碎装置和末级送测装置。对于飞灰， 主要把取样装置安置在尾部烟道，一级取样装置可采用传统的引射取样装置，也可以采用目前比较广泛应用的无动力自取样装置。取样后的飞灰经过破碎研磨后，具有比较接近的粒径，保证了堆积密度的等同，这样每次测量的飞灰量都相同，测量信号才有可比性。末级送测装置主要把处理过的飞灰送到灰样管，并进行振动，保证每次测量的工况相同。对于炉渣或落灰，取样装置的位置主要在锅炉送渣装置后头，该位置灰渣已经经过冷却并且进行一定程度的处理，这个时候需要对堆积装的灰渣或落灰进行取样，可采用螺旋排粉的方式， 将螺杆或绞笼通过接口伸入到灰堆当中，然后旋转往外排。排出的灰样进入雷蒙破碎装置， 该装置接如压缩空气，并对空气预热，这样在灰样的破碎过程中即保证灰的粒径相似，而且对灰样进行干燥，减少水分对测量精度的影响。本仪器的微波测碳模块采用驻波波导作为测量腔，腔体两端装有同轴转换器及同轴检波器。本测量腔的末端采用带螺旋测微调节的封盖，通过调节该铜封盖的位置，改变腔体长度，从而改变腔体驻波系数。可调封盖既可以用来调零，也可以对不同煤种采用不同驻波系数，提高测量敏感程度，进而提高测量精度，以及对不同煤种的适应。微波测量还可以根据要求，采用目前已较多应用的功率吸收传感模式或者谐振模式。多融合计算模块包括计算机主机、DCS通讯模块、测量信号接收模块。锅炉燃烧用煤品种众多，其灰分范围较广，即存在灰分小于5%的低灰分煤，也存在灰份大于40%的高灰分煤。作为反映锅炉热效率因素之一的机械不完全燃烧损失效率，其大小与灰含碳量成正比，与燃煤灰分成反比，因此需要通过和DCS之间通讯得到燃煤灰分，进而计算机械不完全燃烧损失效率，反映锅炉效率及燃烧情况。影响微波测碳方法测量精度的主要因素包括密度、粒度、温度、湿度和灰样成分及含量等。其中温度、湿度及粒径等物理影响因素可通过取样系统进行控制。而煤种灰成分中的三氧化二铁和不同磨煤方式金属损耗产生的三氧化二铁为灰样成分中的主要影响因素，对微波的感应较强。因此，灰成分的组成及比例的考虑，提高了微波测碳的精度。利用神经元网络，对多影响因素的非线性系统进行融合，考虑了微波信号和灰分、灰成分、磨煤方式等输入层背后的隐层信息，通过隐层函数，最终得到机械不完全燃烧效率，其误差在0. 5 %以内。本发明的创新要点是1.本专利将微波测碳方法应用到燃煤锅炉飞灰、炉渣和落灰含碳量的在线监测， 从技术应用角度已经完全改变微波测碳的原有应用范畴。基本解决燃煤锅炉机械不完全燃烧损失Q4难以测量计算的现状，不仅对煤粉燃烧电站锅炉的飞灰含碳进行在线监测，还对影响锅炉燃烧效率的炉渣含碳进行在线监测，而且改变了工业锅炉机械不完全燃烧损失在线监测难以实施的现状。2.本专利将原有微波测碳方法的单级取样方式改变为多级取样方式，采用一级取样、二级破碎、末级送测的取样模式，破碎后的灰样具有粒度均勻、堆积密度相近的特点，保证送测样品量一样，提高测量精度，完全解决了传统测量方法无法对炉渣和落灰进行连续取样的问题。3.本专利将原有微波测量方法的单传感模式改变为多融合传感模式，通过和机组 DCS进行通讯，将燃烧煤种、磨煤方式、灰成分、灰分等因素融合到含碳量测量及机械不完全燃烧损失计算当中。解决单传感模式下测量准确性随煤种变化的问题，并且得出单传感模式下无法反映的机械不完全燃烧损失的现状。4.本专利完全改变了传统微波测碳方法的“只测飞灰，得含碳量”模式，做到了电站燃煤锅炉及工业燃煤锅炉的飞灰、炉渣和落灰的含碳量在线测量，并计算其机械不完全燃烧损失，补充锅炉效率计算在Q4上的空白。从节能环保的角度，完全超越了传统的测量方法。总之，本专利的应用，不仅可以在线监测机械不完全燃烧损失反映锅炉效率，而且可以指导锅炉运行，提高锅炉效率，对节能减排作出贡献。


图1为本发明在线监测系统示意图。图2为多融合计算模块示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具体实施方式
1如图1所示，本实施例包括取样器1、研磨装置2、灰样管3、测量腔4和主机5，其中取样器1安装于尾部烟道6，取样器1和研磨装置2连接，研磨装置2和灰样管3连接， 从尾部烟道6抽取的飞灰7通过研磨装置2处理后送到灰样管3进行测量。测量腔4的微波信号来自于信号源8，测量后的信号被传送到主机5.通过和DCS系统9进行通讯，得到相关信息，对测量得到的飞灰含碳信号进行标定，得到飞灰含碳量，并且计算出对应的机械不完全燃烧损失。本实施例在取样器1和灰样管3之间增加的研磨装置可以将不同燃烧状况下的不同的小的飞灰颗粒进行研磨，平均粒径可达40微米以下，并且比较均勻。通过研磨使得不同工况下的灰样堆积密度一致，保证每次测量的灰样相同，为精确测量提供良好条件。
具体实施方式
2如图1所示，本实施例包括螺旋取样器10、研磨装置2、灰样管3、测量腔4和主机 5，其中取样器10安装于灰渣斗11，取样器10和研磨装置2连接，研磨装置2和灰样管3 连接，从灰渣斗11抽取的灰渣12通过研磨装置2处理后送到灰样管3进行测量。测量腔4 的微波信号来自于信号源8，测量后的信号被传送到主机5。通过和DCS系统9进行通讯， 得到相关信息，对测量得到的灰渣含碳信号进行标定，得到灰渣含碳量，并且计算出对应的机械不完全燃烧损失。本实施例改变了灰渣含碳量只能取离线取样测量的现状，填补了国内灰渣含碳量在线监测的空白。
具体实施方式
3如图1所示，本实施例包括取样器1、研磨装置2、灰样管3、测量腔4、主机5。其中取样器1采用无动力自取样装置，包括取样枪101、引射枪102和旋风分离器103，在锅炉尾部烟道6处，负压较大，采用扩口背着来流的引射枪102可以产生很大的负压，使得旋风分离器103处于负压状态，在负压的作用下，取样枪抽取尾部烟道6中的飞灰7，并且分离进入研磨装置2.包在旋风分离器103外的加热带104可以使得该装置温度保持在150°C以上，远离露点，保证取样得到的飞灰处于干燥状态。干燥研磨后的飞灰进入灰样管3以后，通过电容式接近开关301对灰位进行探测， 但飞灰装到开关位置，开关301变发出信号，启动振动器302对灰样管进行振动，使得每次取得的灰样保持相同的量，最后才对灰样进行测量。测量后的飞灰需要反吹回炉膛，反吹系统包括气管303、加热器304和空压机305。气管303和灰样管3及空压机305连接，并且经过加热器304，使得反吹空气被加热，对灰样管303进行反吹同时，进行清洗。如图2所示，主机5的输入端口 501输入测量腔4测量后的一系列信号，以及DCS 系统9传送过来的信号，输入端口包括飞灰含碳信号、灰渣含碳信号、灰成分以及灰分等信号。通过主机5采用的多融合技术，在得到飞灰含碳信号和灰渣含碳信号后不是直接得出其对应的含碳量，而是通过和DCS系统9进行通讯，参考其传送过来的灰成分及灰分等信息，然后得出隐藏信息层502。隐含信息层包括飞灰含碳量、灰渣含碳量、密度、比例等，通过隐藏信息层最终计算出输出信号503，为机械不完全燃烧损失。在这个过程中还可以将部分隐含信息包括飞灰含碳量、灰渣含碳量等送回DCS系统9指导燃烧运行。总之，通过采用和DCS系统通讯的多融合方法，可以在线监测得到灰渣含碳量以及机械不完全燃烧损失，填补国内在这两个领域的空白，并且通过反馈，指导燃烧运行，提高锅炉效率，为节能减排作出贡献。
权利要求
1.一种机械不完全燃烧损失在线监测仪，包括多级取样器、微波测碳模块和多融合计算模块，其中多级取样器和微波测碳模块通过灰样管进行连接，微波测碳模块和多融合计算模块通过通讯进行连接；其特征在于所述的多级取样器包括一级取样装置、二级破碎装置和末级送测装置。 所述的微波测碳模块包括微波信号源、波导测量腔、灰样管、检波器和信号处理器。 所述的多融合计算模块包括计算机主机、DCS通讯模块、测量信号接收模块。
2.根据权利要求1所述的一级取样装置，其特征是，通过机械方式对灰渣、飞灰及落灰进行取样。
3.根据权利要求1所述的破碎装置，其特征是，通过机械破碎装置将灰样破碎至1毫米以下的颗粒。
4.根据权利要求1所述的DCS通讯模块，其特征是，通讯接口包括灰成分信号传输接口、灰分信号传输接口、含碳量传输结构及机械不完全燃烧损失传输等接口。
全文摘要
一种机械不完全燃烧损失在线监测仪，包括多级取样器、微波测碳模块和多融合计算模块，其中多级取样器和微波测碳模块通过灰样管进行连接，微波测碳模块和多融合计算模块通过通讯进行连接。本发明实现飞灰含碳和灰渣含碳的在线监测，通过多融合方法计算出机械不完全燃烧损失，不仅填补了国内灰渣含碳及机械不完全燃烧损失在线监测的空白，而且能对锅炉燃烧运行进行实时指导，提高锅炉效率。
文档编号G01N33/22GK102243224SQ201010174960
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者孙长江, 宋资勤, 李友谊, 林正春, 范卫东 申请人:上海赫特能源科技有限公司