一种实现可控取灰量测碳的飞灰含碳量测量系统及其方法与流程

1.本发明属于飞灰含碳量测量技术领域，尤其涉及一种实现可控取灰量测碳的飞灰含碳量测量系统及其方法。
技术背景
2.锅炉飞灰含碳量是衡量机组燃烧状态的重要指标，为了实时监测电厂锅炉燃烧情况，需要对锅炉飞灰含碳量进行检测。传统的检测方法，一般先将飞灰从炉膛中取出，再利用灼烧方法对飞含碳量进行检测，该技术属于离线检测方式。该方式虽然结果较为准确，但检测周期过长，不能实时指导调整锅炉风煤比优化燃烧。
3.现在国内测量飞灰含碳量的装置主要采用微波，而只有采用了实时取样、在线测量的微波测碳技术才能对燃烧调整进行在线指导。
4.但是，随电网负荷变化及调整风煤比的影响，锅炉烟道内飞灰浓度是随之变动且无法预测的。如果不克服飞灰浓度影响，仅简单地实时取样、在线检测是没有意义的。消除飞灰浓度影响的有效措施是在相同灰量的条件下进行在线检测。其中，等灰位测碳是最容易实现的一种技术。
5.而完成等灰位测碳的前提是，系统中必须有能快速启/闭检测通道的阀门装置和精确测量灰位的技术。通常情况下，控制流体通道启/闭的设备是阀门，如截止阀、针形阀、蝶阀和球阀等，驱动方式为电动和气动。碍于粉状流体易粘附、不成形等特点，只有球阀容易适应控制粉状流体通道的需要。但是普通球阀的以下问题影响了其在微波测碳系统中的使用：
6.1、电动球阀启/闭时间一般为30s，特殊规格为5s，时间太长。而延迟过大则不能保证检测灰位的精度要求。气动球阀的体积和重量过大，同样不适合在微波测碳系统上使用。
7.2、为满足测量灰位的要求，启/闭检测通道的装置应有反射电磁波的平面，而球阀阀芯呈球面，因而不能满足要求。
8.总之，现有阀门装置都不能满足微波等灰位测碳技术的要求。


技术实现要素：

9.本发明公开了一种实现等灰位测碳的飞灰含碳量测量系统及其方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。
10.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种实现等灰位测碳的飞灰含碳量测量系统，所述测量系统包括：
11.旋风分离器，用于将待测量的烟气进行分离，同时将分离后的飞灰平稳的导入到顶部校准阀门内；
12.顶部校准阀门，用于将待测量的飞灰快速导入到π型波导管内，并能精准控制进入所述π型波导管的飞灰的总量，并能够反射π型波导管内测量微波；
13.π型波导管，用于通过微波对飞灰中的灰位和含碳量的数值进行测量采集；
14.底部校准阀门，用于将完成测量后的飞灰快速导出，并能够反射π型波导管内测量微波；
15.检测装置，用于发出测量微波，并对接收到的测量后的微波进行分析计算，得到飞灰中含碳量；
16.其中，所述旋风分离器一端与烟气管道连接，另一端所述顶部校准阀门的一端连接，所述顶部校准阀门的另一端通过法兰与所述π型波导管的一端连接，所述底部校准阀门通过法兰与所述π型波导管的另一端连接；
17.所述检测装置通过所述同轴电缆与所述π型波导管的微波接口连接。
18.进一步，所述顶部校准阀门包括顶部上端盖、顶部下端盖、防尘罩、顶部气缸室、顶部气缸、顶部弹簧连轴器、顶部阀芯和吹扫孔；
19.其中，所述顶部上端盖上设有飞灰导入口，所述顶部下端盖上设有飞灰进口，所述顶部上端盖和顶部下端盖设置在所述气缸室的两端，并与所述顶部气缸室固接；
20.所述防尘罩设置在所述顶部下端盖的内部，所述顶部气缸通过设置在顶部下端盖和顶部气缸室连接处的顶部气缸固定架设置在所述顶部气缸室的内部，所述顶部气缸的输出端与所述顶部弹簧连轴器的底部连接；
21.所述顶部阀芯为圆盘型，其中一端为微波反射面，另一端与所述顶部弹簧连轴器的顶部固接；
22.所述顶部气缸室的侧上设有所述吹扫孔。
23.进一步，所述顶部阀芯的直径大于π型波导管内径，且小于顶部上端盖的导入口直径；
24.所述上端盖的侧壁至飞灰导入口之间的过渡面为角度不小于30度的斜面。
25.进一步，所述防尘罩呈水平放置的棱柱状。且棱柱的斜面角度不小于60度。
26.进一步，所述底部校准阀门包括底部上端盖、底部下端盖、防尘块、底部气缸室、底部气缸、底部弹簧连轴器和底部阀芯；
27.其中，所述底部上端盖上设有飞灰导出口，所述底部下端盖上设有飞灰排出口，所述底部上端盖和底部下端盖设置在所述气缸室的两端，并与所述底部气缸室固接；
28.所述底部气缸通过设置在底部下端盖和底部气缸室连接处的底部气缸固定架设置在所述底部气缸室的内部，所述防尘块设置在所述底部气缸外侧壁的2侧，并固定在所述底部气缸固定架上。
29.所述底部气缸的输出端与所述底部弹簧连轴器的底部连接。
30.所述底部阀芯为圆盘型，其中一端的端面表面光滑的微波反射面，另一端与所述底部弹簧连轴器的顶部固接。
31.进一步，所述底阀芯的直径大于π型波导管内径，且小于底部下端盖的导入口直径。
32.进一步，所述防尘块为金属材料，所述防尘块呈直角三角形。
33.进一步，所述顶部气缸和底部气缸的动力源为压缩空气，压缩空气的强度为4kg-6kg。
34.进一步，所述π型波导管包括波导管主体、电磁波隔离片和同轴转换器。
35.其中，所述波导管主体的两端的端部均设有法兰，且其中一端为飞灰导入口，另一
端为飞灰导出口。
36.所述波导管主体的靠近两端端部的管体侧壁上对称设有2个微波传输口，且2个微波传输口上均设有连接座，2个同轴转换器分别与所述连接座连接；
37.所述波导管主体的两端中心位置内部侧壁上对称设有水平凹槽，所述电磁波隔离片设置在所述水平凹槽内；
38.2个所述电磁波隔离片的一端与所述波导管的端部平齐，另一端的置于2个所述微波传输口上方，且均与2个所述微波传输口的中心点对齐。
39.本发明的另一目的是提供一种采用上述的飞灰含碳量测量系统的测量方法，所述方法具体包括以下步骤：
40.s1)校准：先向顶部校准阀门和底部校准阀门的气缸导入压缩空气，使顶部校准阀门和底部校准阀门的阀芯与π型波导管的两端构成一个平面，实现对微波的反射，完成微波测碳的校准操作；
41.s2)取样：对飞灰进行取样时，顶端校准阀打开，底端校准阀关闭，启动旋风分离器和测量装置，将飞灰通过顶端校准阀导入到π型波导管内，当测量测量装置通过微波检测到π型波导管内飞灰达到预定灰位后，向所述顶端校准阀发出指令，所述顶端校准阀再0.3s内关闭；
42.s3)切换测量装置所测参数，微波从π型波导管一端进入，通过内顶部校准阀门的顶部阀芯反射后，对π型波导管内飞灰含碳量进行检测，从π型波导管另一端返回到测量装置，对返回后微波分析后的得到飞灰的含碳量；
43.s4)当测量完成后，打开顶部校准阀门和底部校准阀门，通过顶部校准阀门的吹扫孔通入压缩空气，将顶部校准阀门、π型波导管和底部校准阀门内的飞灰排出。
44.本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明具有结构简单，使用方便，通过顶端校准阀和底端校准阀能够准确控制取灰量及实现取样测量一体化，取灰量的准确控制通过校准阀的快速启闭特性及测量装置的某参数能实时检测灰量功能实现；取样测量一体化通过软件对阀门输送指令进行控制。
附图说明
45.图1为本发明一种实现可控取灰量测碳的飞灰含碳量测量系统的结构示意图。
46.图2为本发明系统的顶部校准阀门的结构示意图。
47.图3为为本发明系统的防尘罩的结构示意图。
48.图4为本发明系统的底部校准阀门的结构示意图。
49.图5为本发明系统的防尘块的结构示意图。
50.图6为本发明系统的π型波导管的结构示意图。
51.图中：
52.1.旋风分离器、2.顶部校准阀门、2-1.顶部上端盖、2-2.顶部下端盖、2-3.防尘罩、2-4.顶部气缸室、2-5.顶部气缸、2-6.顶部弹簧连轴器、2-7.顶部阀芯、2-8.顶部吹扫孔、2-9.飞灰导入口、2-10.飞灰进口、2-11.顶部气缸固定架、2-12.顶部进气口、2-13.通孔、3.底部校准阀门、3-1.底部上端盖、3-2.底部下端盖、3-3.防尘罩、3-4.底部气缸室、3-5.底部气缸、3-6.底部弹簧连轴器、3-7.底部阀芯、3-8.底部吹扫孔、3-9.飞灰导入口、3-10.飞灰进
口、3-11.底部气缸固定架、3-12.底部进气口、4.π型波导管、4-1.波导管、4-2.电磁波隔离片、4-3.同轴转换器、4-4飞灰入口、4-5飞灰出口、4-6.微波传输口、4-7.连接座、4-8.水平凹槽、5.检测装置。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
54.如图1所示，本发明一种实现可控取灰量测碳的飞灰含碳量测量系统，所述测量系统包括：
55.旋风分离器1，用于将待测量的烟气进行分离，同时将分离后的飞灰平稳的导入到顶部校准阀门内；
56.顶部校准阀门2，用于将待测量的飞灰快速导入到π型波导管内，并能精准控制进入所述π型波导管的飞灰的总量，并能够反射π型波导管内测量微波；
57.π型波导管4，用于通过微波对飞灰中的灰位和含碳量的数值进行测量采集；
58.底部校准阀门3，用于将完成测量后的飞灰快速导出，并能够反射π型波导管内测量微波；
59.检测装置5，用于发出测量微波，并对接收到的测量后的微波进行分析计算，得到飞灰中含碳量；
60.其中，所述旋风分离器1一端与烟气管道连接，另一端所述顶部校准阀门2的一端连接，所述顶部校准阀门2的另一端通过法兰与所述π型波导管4的连接，所述底部校准阀门3通过法兰与所述π型波导管4的另一端连接。
61.所述检测装置5通过同轴电缆与所述π型波导管4的微波接口连接。
62.如图2所示，所述顶部校准阀门2包括顶部上端盖2-1、顶部下端盖2-2、防尘罩2-3、顶部气缸室2-4、顶部气缸2-5、顶部弹簧连轴器2-6、顶部阀芯2-7和吹扫孔2-8；
63.其中，所述顶部上端盖2-1上设有飞灰导入口2-9，所述顶部下端盖2-2上设有飞灰进口2-10，所述顶部上端盖2-1和顶部下端盖2-2设置在所述气缸室2-4的两端，并与所述顶部气缸室2-4固接。
64.所述防尘罩2-3设置在所述顶部下端盖2-2的内部，所述顶部气缸2-5通过设置在顶部下端盖2-2和顶部气缸室2-4连接处的顶部气缸固定架2-11设置在所述顶部气缸室2-4的内部，所述顶部气缸2-5的输出端与所述顶部弹簧连轴器2-6的底部连接。
65.所述顶部阀芯2-7为圆盘型，其中一端为微波反射面，另一端与所述顶部弹簧连轴器2-6的顶部固接。
66.所述顶部气缸室2-4的侧上设有所述顶部吹扫孔2-8。
67.所述顶部阀芯2-7的直径大于π型波导管4的内径，且小于飞灰导入口2-10的直径。
68.所述顶部下端盖2-2的侧壁至飞灰导入口2-10之间的过渡面为角度不小于30度的斜面。
69.如图3所示，所述防尘罩2-3整体呈水平放置的棱柱状。且棱柱的斜面角度不小于60度。
70.所述顶部气缸2-5的侧壁上设有2个顶部进气口2-12，供气的采用软管，2根所述软管一端与2个所述顶部进气口2-12连接，另一端穿过所述顶部气缸室2-4的侧壁与气源连
接，且软管与所述顶部进气口2-12的侧壁密封。
71.如图4所示，所述底部校准阀门3包括底部上端盖3-1、底部下端盖3-2、防尘块3-3、底部气缸室3-4、底部气缸3-5、底部弹簧连轴器3-6、底部阀芯3-7和底部吹扫孔3-8；
72.其中，所述底部上端盖3-1上设有飞灰导出口3-9，所述底部下端盖3-2上设有飞灰排出口3-10，所述底部上端盖3-1和底部下端盖3-1设置在所述底部气缸室3-4的两端，并与所述底部气缸室3-4固接。
73.所述底部气缸3-5通过设置在底部下端盖3-2和底部气缸室3-4连接处的底部气缸固定架3-11设置在所述底部气缸室3-4的内部，所述防尘块3-3设置在所述底部气缸3-5的外侧壁的两侧，并固定在所述底部气缸固定架3-11上。
74.所述底部气缸3-5的输出端与所述底部弹簧连轴器3-6的底部连接。
75.所述底部阀芯3-7为圆盘型，其中一端的端面表面光滑的微波反射面，另一端与所述底部弹簧连轴器3-6的顶部固接。
76.所述底阀芯3-7的直径大于π型波导管4的内径，且小于底部下端盖3-2的飞灰导出口3-9的直径。
77.所述底部气缸3-5的侧壁上设有2个底部进气口3-12，供气的采用软管，2根所述软管一端与2个所述底部进气口3-12连接，另一端穿过所述顶部气缸室3-4的侧壁与气源连接，且软管与所述底部进气口3-12(图上未显示)的侧壁密封。
78.如图5所示，所述防尘块3-3为金属材料，所述防尘块呈直角三角形，呈直角三角形所述防尘块的直角长边与所述底部气缸3-5紧密贴合，直角短边与底部气缸固定架3-11固接。
79.所述顶部气缸和底部气缸的动力源为压缩空气，压缩空气的强度为4kg-6kg。
80.所述顶部气缸和底部气缸的缸体侧壁上端和下端均设有进气孔，阀门关闭时，位于下端的进气口进气，向上推动连轴器，使阀芯与π型波导管侧壁紧密接触；
81.当阀门开启时，位于上端的进气孔进气，向下推动连轴器，使阀芯退回，这样的结构设置保证阀门开启和关闭准确性。
82.如图6所示，所述π型波导管4包括波导管4-1、电磁波隔离片4-2和同轴转换器4-3；
83.其中，所述波导管4-1的两端的端部均设有法兰，且其中一端为飞灰入口4-4，另一端为飞灰出口4-5。
84.所述波导管4-1的靠近两端端部的管体侧壁上对称设有2个微波传输口4-6，且2个微波传输口4-6上均设有连接座4-7，2个同轴转换器4-3分别与所述连接座4-7连接；
85.所述波导管4-1的两端中心位置内部侧壁上对称设有水平凹槽4-8，所述电磁波隔离片4-2设置在所述水平凹槽4-8内。
86.2个所述电磁波隔离片4-2的一端与所述波导管4-1的端部平齐，另一端的置于2个所述微波传输口4-6上方，且均与2个所述微波传输口4-6的中心点对齐。
87.所述电磁波隔离片4-2为矩形金属板，厚度为0.8-1.2mm。
88.所述波导管4-1的长度为测量微波的波长的偶数倍，且长度不大度300mm,截面为矩形和圆形。
89.一种采用上述的飞灰含碳量测量系统的测量方法，所述方法具体包括以下步骤：
90.s1)校准：先向顶部校准阀门2和底部校准阀门3的气缸导入压缩空气，使顶部校准
阀门2和底部校准阀门3的阀芯与π型波导管4的两端构成一个密封的平面，实现对测量微波的反射，完成微波测碳的校准操作；
91.s2)取样：对飞灰进行取样时，顶端校准阀2打开，底端校准阀3关闭，启动旋风分离器1和测量装置5，将飞灰通过顶端校准阀2导入到π型波导管4内，当测量测量5装置通过微波检测到π型波导管4内飞灰达到预定灰位后，向所述顶端校准阀2发出指令，所述顶端校准阀2再不超过0.3s内关闭；
92.s3)切换测量装置5所测参数，微波从π型波导管4一端进入，通过内顶部校准阀门2的顶部阀芯反射后，对π型波导管4内飞灰含碳量进行检测，从π型波导管4另一端返回到测量装置，对返回后微波分析后的得到飞灰的含碳量；
93.s4)当测量完成后，打开顶部校准阀门2和底部校准阀门3，通过顶部校准阀门2的吹扫孔通入压缩空气，将顶部校准阀门2、π型波导管4和底部校准阀门3内的飞灰排出。
94.所述检测装置5为矢量网络分析仪。
95.本发明采用弹簧连轴器实现气缸与阀芯之间具有较强强度的柔性连接件进行连接，主要目的是为了令阀芯在推出时能紧密的与检测通道端面无隙接触，防止飞灰的泄露；且气缸、弹簧连轴器、阀芯和测量通道连接后的中心线偏差≤
±
1mm。为方便连接，顶端校准阀入口和底部校准阀出口采用快装式连接，顶端校准阀出口和底部校准阀入口采用法兰连接。气缸所用压缩空气，通过气缸室壁的隔板接头和气缸空气孔引入气缸，为保证气缸能够正常工作，送入气缸的压缩空气强度应在4kg-6kg，利用压缩空气控制顶部校准阀门2和底部校准阀门3可以实现准确、快速的响应。气缸架横担在气缸室内壁，被入口法兰边缘压住而无需额外固定。气缸固定在气缸架上，气缸架遮流面积占通流面积10％左右。为了保证顶部校准阀门2和底部校准阀门3的内部不会沉积飞灰，在容易落灰的气缸架上加装防尘罩，其锥尖正面迎向介质流动方向，既可减缓粉状流体阻力，也能避免其堆积在气缸架上，为保证飞灰不在防尘罩上堆积，防尘罩的斜面与水平方向夹角应大于60
°
在两个校准阀两侧设立吹扫孔，连接压缩空气，主要对连轴器、气缸推杆和检测通道口与阀芯接触面行吹扫，减小积灰的可能性。当顶部校准阀门2和底部校准阀门3均闭合时，上述阀门的阀芯与π型波导管4完全贴合，在实现封存飞灰的同时，完成对微波的反射功能，以及当实施校准操作时完成校准功能。并且为实现上述功能，阀芯表面粗糙度应≤1.6μm。气缸室、出入口、阀芯选用不锈钢材质。防尘罩材料为不锈钢、铜或铝。空气孔、吹扫孔接头均选用不锈钢材质。空气孔与隔板接头间选用耐高温的聚四氟乙烯软管连接。
96.以上对本技术实施例所提供的一种实现等灰位测碳的飞灰含碳量测量系统及其方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
97.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较
佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
98.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
99.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
100.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。