一种衍射散射测量煤粉细度的装置的制作方法

1.本实用新型涉及热工中激光诊断和测量技术领域，尤其涉及一种衍射散射测量煤粉细度的装置。


背景技术：

2.随着工业的不断发展，煤炭能源已日趋紧张，致使对煤炭的质量成分及燃烧效率的要求越来越高。煤粉浓度的不均匀性对燃烧有很大影响。煤粉浓度相差太大，则燃烧不能很好组织，会引起火焰偏斜，结焦，燃烧不稳等。而煤粉粒度过大或过细则会造成不完全燃烧，损失增大、效率下降、能耗增加等。煤粉浓度不均匀或粒度大小不合适还会造成煤粉管道堵塞，严重时将被迫停机或减负荷来消除堵塞，从而造成重大损失，影响安全运行。提高效率、降低污染物排放是国家实施节能减排和环境保护的关键问题。其中，煤粉管道中的煤粉颗粒浓度、速度和粒度的实时在线测量对于节能减排、优化控制起到重要作用。但是，由于煤粉管道中的煤粉颗粒作为气固两相流流动状况十分复杂，给测量带来了很多困难。
3.目前，常用的煤粉颗粒细度的测量方法一是取样法，用等速取样管从煤粉管道中取出煤粉样品后在实验室用筛分法等得到煤粉的粒度。这种测量方法耗时长，实际上不能实时控制以获得最佳煤粉粒度以利于燃烧；二是超声法，其所需的物性参数随工况变化较大；三是图像法，其测量对气固两相浓度等有具体要求，条件严苛，操作繁琐。
4.因此采用先进、快速的分析手段已经成为当务之急，特别是研发出有效的煤质实时监测系统，使检测结果直接反馈到运行控制中心，指导燃烧优化运行。根据煤质变化，及时调整燃烧过程，实现燃煤的高效燃烧、低污染运行，这对于提高能源利用效率和降低燃煤污染具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种衍射散射测量煤粉细度的装置。
6.本实用新型的技术方案是：一种衍射散射测量煤粉细度的装置，包括激光发射及扩束单元、光电探测及处理单元、一次风管；激光发射及扩束单元和光电探测及处理单元对称位于一次风管两侧；
7.所述的激光发射及扩束单元包括he-ne激光器、空间滤波和扩束透镜，空间滤波与he-ne激光器连接，扩束透镜中心与空间滤波中心共线；
8.所述的光电探测及处理单元包括接收透镜、光电探测器、usb数据采集和pc机，光电探测器与usb数据采集通过数据线连接，usb数据采集通过数据线连接pc机，接收透镜中心与光电探测器中心共线；
9.所述的一次风管位于扩束透镜和接收透镜之间的正中间，一次风管的某一直段做测试段。
10.优选的，所述的空间滤波中心与扩束透镜焦点重合。
11.优选的，所述的光电探测器中心与接收透镜焦点重合，光电探测器位于接收透镜
焦平面上。
12.优选的，所述的空间滤波中心、扩束透镜的焦点、接收透镜的焦点、一次风管测试段中心和光电探测器中心五点共线。
13.优选的，所述的扩束透镜和接收透镜的焦点的连线与一次风管的中轴线共面和垂直。
14.优选的，所述的光电探测器呈环形。
15.优选的，所述的扩束透镜和接收透镜为凸透镜。
16.优选的，所述的一次风管的测试段做透镜处理。
17.本实用新型的有益技术效果是：一种衍射散射测量煤粉细度的装置，包括he-ne激光器、空间滤波、扩束透镜、一次风管、接收透镜、光电探测器、usb数据采集和pc机。来自he-ne激光器中的一束激光束经空间滤波增强稳定，扩束透镜扩束后，相互平行的垂直照射在一次风管中的被测煤粉颗粒群上，产生的衍射光经聚焦透镜会聚后在其焦平面上形成衍射图,位于焦平面上的光电探测器会进行信号的光电变换，usb数据采集后送入pc机，采用预先编制的公式和程序即可快速地反推出煤粉颗粒的尺寸分布，进一步计算出煤粉细度。无需取样，防止取样时煤粉颗粒对空气的污染，操作简单，方便快捷，可实现在线实时测量，而且结构简单，维护方便。
附图说明
18.图1是本实用新型一种衍射散射测量煤粉细度的装置的立体图。
19.图2是本实用新型一种衍射散射测量煤粉细度的装置的主视图。
20.图3是一次风管的立体图。
21.图4是一次风管的仰视图。
22.图5是光电检测器的立体图。
23.图6是扩束透镜和接收透镜的主视图。
24.图7是扩束透镜和接收透镜的左视图。
25.图8是本实用新型一种衍射散射测量煤粉细度的装置的原理图。
26.图9是本实用新型一种衍射散射测量煤粉细度的装置的原理简化图。
27.图中：1. he-ne激光器、2. 空间滤波、3. 扩束透镜、31.激光、
28.4. 一次风管、41. 一次风管测试段、5.接收透镜、6. 光电探测器、61.衍射图、7. usb数据采集、71.数据线、8.pc机、9.煤粉气流、10. 激光发射及扩束单元、11. 光电探测及处理单元。
具体实施方式
29.参考图1-9，一种衍射散射测量煤粉细度的装置，用于激光衍射直接检测煤粉细度，包括激光发射及扩束单元、光电探测及处理单元、一次风管；激光发射及扩束单元和光电探测及处理单元对称位于一次风管两侧；激光发射及扩束单元包括he-ne激光器、空间滤波和扩束透镜，he-ne激光器用于发射激光，空间滤波用于稳定和增强激光，扩束透镜用于发散激光，空间滤波与he-ne激光器连接，扩束透镜中心与空间滤波中心共线；光电探测及处理单元包括接收透镜、光电探测器、usb数据采集和pc机，接收透镜用于聚焦成像，形成衍
射图，光电探测器用于接收衍射图，进行光电信号变换，usb数据采集集整信息，pc机用于最后处理，光电探测器与usb数据采集通过数据线连接，usb数据采集通过数据线连接pc机，接收透镜中心与光电探测器中心共线；一次风管位于扩束透镜和接收透镜之间的正中间，一次风管的某一直段做测试段。
30.空间滤波中心与扩束透镜焦点重合，激光从空间滤波离开后直接在扩束透镜焦点，得到最好的发散效果。
31.光电探测器中心与接收透镜焦点重合，光电探测器位于接收透镜焦平面上，光电探测器收到的衍射图最为清晰。
32.空间滤波中心、扩束透镜的焦点、接收透镜的焦点、一次风管测试段中心和光电探测器中心五点共线。
33.扩束透镜和接收透镜的焦点的连线与一次风管的中轴线垂直和共面。
34.所述的光电探测器呈环形，与煤粉颗粒群产生的衍射光经接收透镜会聚后在接收透镜焦平面上形成呈环形的衍射图相匹配。
35.扩束透镜和接收透镜为凸透镜。
36.一次风管的测试段做透镜处理，处理后的一次风管等同于凹透镜，可以让激光最大程度上穿过一次风管并发散，让煤粉颗粒群受到最佳的照射。
37.工作方法： 参考图1-9，在煤粉直吹的一次风管某一直段安装激光发射及扩束单元和光电探测及处理单元，本实用新型的智能测量煤粉细度的装置安装完成；打开he-ne激光器，发射出的激光经空间滤波稳定和增强后，从空间滤波离开，经扩束透镜扩束后，激光垂直的射入一次风管，照射在被测煤粉颗粒群上，由煤粉颗粒群产生衍射光；由煤粉颗粒群产生的衍射光经接收透镜会聚后在接收透镜焦平面上形成呈环形的衍射图，衍射图被位于接收透镜焦平面上的环形光电探测器接收后，光电探测器进行信号的光电变换，即进行信号放大、a/d变换；光电变换后的信号进入usb数据采集，数据采集送入到pc机中，采用预先编制的公式和优化程序即可快速地反推出煤粉颗粒的尺寸分布，进一步计算出煤粉细度。
38.测量煤粉细度计算公式（置入pc机）：
39.①
假设取样有n个颗粒，每个颗粒直径为di，直径大于90μm部分颗粒直径分别为d1，d2，d3
…
dj，则煤粉细度r90的计算公式为：
[0040][0041]
同理，煤粉细度r200的计算公式为：
[0042][0043]
根据以上计算，若要测出rx（即试验煤粉中粒径大于x μm的比例），对控制器输入x，则可以测出相应的煤粉细度rx。
[0044]
②
煤粉均匀性指数计算：反映煤粉粒径分布的指数，用n表示：
[0045][0046]
同理计算煤粉粒径大于90μm和200μm分布的指数，那么：
[0047][0048]
本实用新型可测出样品中所有煤粉颗粒的细度，而传统筛分仪需要多种孔径标准筛，且可通过编程显示出各种粒径分布，对燃烧及制粉系统运行有较好的指导作用。另外，通过粒径分布，对煤质、混煤掺烧等方面的研究也提供一定的参考意义。