專利名稱：電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量的在線測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱工測量與儀表技術領域，特別是一種電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量的在線測量裝置。
二 背景技術電站燃煤鍋爐煙氣中飛灰的未燃燼可燃物含量的高低直接影響鍋爐效率，通常每降低未燃燼可燃物含量3個百分點，鍋爐效率就提高1個百分點，未燃燼可燃物含量是反映鍋爐燃燒效率的重要指標，是電廠運行人員判斷鍋爐運行好壞和降低煤耗的關鍵，是指導、評價鍋爐燃燒優劣的重要依據。當未燃燼可燃物含量高時，將給發電廠造成嚴重的經濟和環境后果，這不僅意味著燃料未能有效利用，提高了發電成本，而且造成NOx排放量增大，影響環境質量。實時檢測未燃燼可燃物含量將有助于指導鍋爐運行，有助于正確調整風煤比，提高鍋爐燃燒控制水平，合理控制飛未燃燼可燃物含量的指標，有利于降低發電成本，提高機組運行的經濟性。
現有技術中有一項利用微波技術測量電站鍋爐未燃燼可燃物含量的技術，它是在電站鍋爐電除塵器前的煙道中插入撞擊式單點采樣頭，將含飛灰的煙流抽出一部分，經分離后將灰樣引入測量腔(也稱灰樣室)，并按預定的時間(如1-3min)接受微波輻射，這時，可測量灰樣吸收的微波能量或諧振波幅，再通過計算進一步求出灰樣中含有未燃燼可燃物的百分數，同時將灰樣排出測量腔，使其進入下游的煙道中，然后再開始新的測量循環。這種測量方法存在的主要問題有(1)測量腔經常堵灰 由于測量腔里的灰樣排出不暢，經常發生堵灰現象，測量裝置無法正常使用；(2)測量準確度不高 單點取樣的樣品缺乏代表性，造成較大的分析誤差。
目前還有一種測試儀器采用非取樣型設計，將微波的發射、接收傳感器布置于煙道兩側，將煙道中流動的煙氣作為測試對象，避免了取樣所帶來的不良后果。但此種儀器測量的信號反映的是煙道內測量空間煙氣中未燃燼可燃物的總量變化，當鍋爐調整運行工況或煤質變化時，測量空間內煙氣中灰粒的濃度將變化，從而引起測量空間未燃燼可燃物總量的變化。但是，此種測量儀器不確定測量空間內煙氣灰粒含量的多少，僅測量未燃燼可燃物的總量大小，無法確定煙氣中未燃燼可燃物含量。例如，當鍋爐負荷由大變小，測試空間內灰粒濃度由大變小，即使鍋爐煙氣中未燃燼可燃物的含量不變，測試空間內未燃燼可燃物的總量會由大變小，于是，此種儀器測量的結果也會由大變小，而實際上鍋爐的未燃燼可燃物含量不變，儀器反映出的測量結果是不準確的。
三 發明內容本發明的目的在于提供一種直接對煙道中流動的煙氣進行測量的非取樣型、同時確定測量空間內煙氣中未燃燼可燃物總量和煙氣灰粒濃度的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量的在線測量裝置。
實現本發明目的的技術解決方案一種電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置，包括毫米波信號發射端、毫米波信號接收端，毫米波信號發射端由毫米波源和發射天線組成，毫米波信號接收端由接收天線和毫米波處理單元組成，所述的毫米波信號發射端和毫米波信號接收端分別置于煙道壁兩側上對稱的并用對微波不吸收的耐溫材料封堵的孔壁處；所述的毫米波處理單元與采集煙氣灰粒濃度的數據采集模塊連接，該數據采集模塊與采集鍋爐排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量信號的傳感器連接，所述的數據采集模塊與顯示器之間連接計算未燃燼可燃物含量實時值的數據處理單元。
本發明電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置的毫米波信號發射端中，振蕩器與隔離器、定向耦合器依次相連，該定向耦合器一端與隔離器、檢波器依次相連，該定向耦合器另一端與可變衰減器、發射天線依次相連；毫米波信號接收端中，由接收天線與檢波器、直流放大器、低通濾波器依次相連后和由輸入發射端功率監測信號的直流放大器連接低通濾波器后分別與差分直流放大器連接，該差分直流放大器與輸出檢測信號的低通濾波器連接。
本發明電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置的毫米波信號發射端中，振蕩器產生的毫米波信號經隔離器由定向耦合器分為兩路信號，一路信號經過隔離器、檢波器后作為功率監測輸出信號，用于測量未燃燼可燃物總量的參考信號；另一路信號經可變衰減器調節測量發射功率，由發射天線發射到被測煙道空間；毫米波信號接收端中，毫米波信號接收端的信號為差分處理的兩路信號，一路為所述的接收天線接收的毫米波信號經檢波、直流放大、低通濾波后提供的信號，另一路為發射端功率監測輸出信號經直流放大、低通濾波后提供的信號，該兩路信號經差分直流放大、低通濾波后作為被測空間未燃燼可燃物總量的檢測信號。
本發明與現有技術相比，其顯著優點是(1)與人工采樣化學分析方法相比，本發明能夠實現實時在線測量，無需采樣、制樣和化學分析等過程，能夠在線實時監測鍋爐未燃燼可燃物含量；(2)與取樣型測量儀器相比，本發明直接對煙道中流動的煙氣進行測量，不用取樣管，避免了取樣不具有代表性的問題，消除了堵灰、實時性差的問題；(3)與非取樣型測量儀器相比，本發明通過采集鍋爐運行時的過量空氣系數，給煤量、鍋爐負荷等參數，建立模型計算得出煙氣灰粒濃度，提高測試系統可靠性和測量精度；(4)本發明采用8mm高精度帶調制的微波發射源，可提高系統的抗干擾性能，提高接收單元的靈敏度及工作的穩定性，有利于系統測量精度的提高。
四
圖1是本發明的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量的在線測量裝置的組成框圖。
圖2是本發明的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量的在線測量裝置的毫米波信號發射端結構框圖。
圖3是本發明的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量的在線測量裝置的毫米波信號接收端結構框圖。
圖4是本發明的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量的在線測量裝置的數據采集處理與顯示系統組成框圖。
五具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
結合圖1，本發明電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置，包括毫米波信號發射端、毫米波信號接收端，毫米波信號發射端由毫米波源1和發射天線2組成，毫米波信號接收端由接收天線4和毫米波處理單元5組成，所述的毫米波信號發射端和毫米波信號接收端分別置于煙道11壁兩側上設置對稱的并用對微波不吸收的耐溫材料(如聚四氟乙烯材料3)封堵的孔壁處；所述的毫米波處理單元5與采集煙氣灰粒濃度的數據采集模塊7連接，該數據采集模塊7與采集鍋爐排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量信號的傳感器6連接，所述的數據采集模塊7與顯示器9之間連接計算未燃燼可燃物含量實時值的數據處理單元8。即在鍋爐除塵器前的水平煙道11上，煙道壁兩側對稱開兩個圓孔，采用耐溫且對微波不吸收的聚四氟乙烯材料3封堵，毫米波源1產生的毫米波經過發射天線2發射到被測煙道11空間，由于煙氣12中未燃燼可燃物的吸收，功率發生衰減的毫米波信號由接收天線4吸收，傳遞到毫米波處理單元5經檢波、直流放大、低通濾波后作為被測空間未燃燼可燃物總量的檢測信號。其中結合圖2，毫米波信號發射端由毫米波源1和發射天線2組成，即振蕩器與隔離器、定向耦合器依次相連，該定向耦合器一端與隔離器、檢波器依次相連，該定向耦合器另一端與可變衰減器、發射天線2依次相連。具體而言，采用8mm振蕩器產生的毫米波信號經隔離器由定向耦合器分為兩路信號，一路信號經過隔離器、檢波器后作為功率監測輸出信號，用于測量未燃燼可燃物總量的參考信號；另一路信號經可變衰減器調節測量發射功率，由發射天線2發射到被測煙道11空間。
結合圖3，毫米波信號接收端由接收天線4和毫米波處理單元5組成，即毫米波信號接收端中，由接收天線4與檢波器、直流放大器、低通濾波器依次相連后和由輸入發射端功率監測信號的直流放大器連接低通濾波器后分別與差分直流放大器連接，該差分直流放大器與輸出檢測信號的低通濾波器連接。具體而言，毫米波信號接收端的信號為差分處理的兩路信號，一路為所述的接收天線4接收的毫米波信號經檢波、直流放大、低通濾波后提供的信號，另一路為發射端功率監測輸出信號經直流放大、低通濾波后提供的信號，該兩路信號經差分直流放大、低通濾波后作為被測空間未燃燼可燃物總量的檢測信號。
對于煙氣灰粒濃度測量方法與數據采集模塊7，本發明采用理論分析方法，從鍋爐熱平衡的角度建立煙氣灰粒濃度計算模型，將灰粒濃度表示為若干個電站鍋爐運行參數的函數，μfh＝f(a，D，B，Cfh) (1)式中，μfh灰粒濃度；a鍋爐排煙處的過量空氣系數；D鍋爐蒸發量；B給煤量；Cfh鍋爐未燃燼可燃物含量。
通過氧化鋯傳感器、蒸汽流量傳感器和光電轉速傳感器采集鍋爐排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量的信號并傳輸給數據采集模塊7，確定煙氣灰粒濃度。根據采集鍋爐排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量的信號以及毫米波接收端輸出的被測空間未燃燼可燃物總量的檢測信號輸入到數據處理單元8，標定不同工況下、不同未燃燼可燃物含量所對應的毫米波接收端輸出的被測空間未燃燼可燃物總量的檢測信號，得到未燃燼可燃物含量與模擬電壓值、排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量的信號的標定曲線和關系式，將標定參數寫入程序，按照前述的理論模型計算可得到鍋爐未燃燼可燃物含量。
在數據處理單元中對其進行數據處理，當毫米波信號發射、接收端安裝位置確定之后，煙道11內被測試空間也就確定，此時毫米波衰減引起的輸出信號對應與測試空間未燃燼可燃物的總量。即U＝kVμfhCfh+C1(2)式中k-標定的系數；C1-標定的常數；V-測試空間的體積。
于是，將煙氣灰粒濃度模型代入上式得到U=KJ×CfhM+C1---(3)]]>式中J=(-1644Cfh+3.457×106+1.54×105a-1.54×103aCfh)B3.108×106B+1.385×105aB-2.579×105D]]>-(9877-4.87Cfh+440a-4.4aCfh)B784.7D+8991.1B]]>M=(66.3aD+759.6aB-2.24D-25.63B)Cfh(9877-98.77Cfh+440a-4.4aCfh)B+93.9Cfh+0.2825a+0.4875]]>于是，將采集的鍋爐排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量的信號以及毫米波接收端輸出的信號引入(3)式進行迭代計算，即可得到鍋爐未燃燼可燃物含量。
結合圖4，本發明的顯示終端微波發射端的信號分兩路，一路經過測試空間后，由接收端天線4接收，另外一路信號經檢波器后作為功率監測輸出信號，用于系統測量未燃燼可燃物含量的參考信號。兩路信號經差分放大、低通濾波后作為被測空間未燃燼可燃物含量的檢測信號，當設備安裝完成后，通過調整發射端的發射功率，使檢測信號處于合適的輸出電平。經過接收端的差分處理電路，接收并處理兩路信號。通過程序調用動態鏈接庫函數，控制數據采集模塊7，采集微波收發系統輸出模擬電壓信號，經過A/D變換，將數字信號傳輸至RS232-RS485轉換模塊。通過RS232-RS485轉換模塊，將信號輸入數據處理單元8(如計算機或單片機)中，通過程序進行處理。計算出未燃燼可燃物含量的實時值并由顯示器9顯示其動態趨勢，將數據動態顯示出來。根據需要，可將未燃燼可燃物含量的數值經過D/A模塊轉化為4-20mA的模擬電流信號，傳輸給中控室顯示器10(該中控室顯示器10與數據處理單元8連接)，如測量顯示儀表，這樣可以用于遠程觀察。
權利要求
1.一種電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置，包括毫米波信號發射端、毫米波信號接收端，所述的毫米波信號發射端和毫米波信號接收端置于煙道壁的兩側，其特征在于毫米波信號發射端由毫米波源[1]和發射天線[2]組成，毫米波信號接收端由接收天線[4]和毫米波處理單元[5]組成，所述的毫米波信號發射端和毫米波信號接收端分別置于煙道[11]壁兩側上對稱的并用對微波不吸收的耐溫材料封堵的孔壁處；所述的毫米波處理單元[5]與采集煙氣灰粒濃度的數據采集模塊[7]連接，該數據采集模塊[7]與采集鍋爐排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量信號的傳感器[6]連接，所述的數據采集模塊[7]與顯示器[9]之間連接計算未燃燼可燃物含量實時值的數據處理單元[8]。
2.根據權利要求1所述的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置，其特征在于毫米波信號發射端中，振蕩器與隔離器、定向耦合器依次相連，該定向耦合器一端與隔離器、檢波器依次相連，該定向耦合器另一端與可變衰減器、發射天線[2]依次相連；毫米波信號接收端中，由接收天線[4]與檢波器、直流放大器、低通濾波器依次相連后和由輸入發射端功率監測信號的直流放大器連接低通濾波器后分別與差分直流放大器連接，該差分直流放大器與輸出檢測信號的低通濾波器連接。
3.根據權利要求2所述的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置，其特征在于毫米波信號發射端中，振蕩器產生的毫米波信號經隔離器由定向耦合器分為兩路信號，一路信號經過隔離器、檢波器后作為功率監測輸出信號，用于測量未燃燼可燃物總量的參考信號；另一路信號經可變衰減器調節測量發射功率，由發射天線[2]發射到被測煙道空間；毫米波信號接收端中，毫米波信號接收端的信號為差分處理的兩路信號，一路為所述的接收天線[4]接收的毫米波信號經檢波、直流放大、低通濾波后提供的信號，另一路為發射端功率監測輸出信號經直流放大、低通濾波后提供的信號，該兩路信號經差分直流放大、低通濾波后作為被測空間未燃燼可燃物總量的檢測信號。
4.根據權利要求1所述的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置，其特征在于分別采集鍋爐排煙處的過量空氣系數、蒸發量、給煤量信號的傳感器[6]為氧化鋯傳感器、蒸汽流量傳感器和光電轉速傳感器。
5.根據權利要求1所述的電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置，其特征在于在數據處理單元[8]上連接用于遠程觀察的中控室顯示器[10]。
全文摘要
本發明公開了一種電站燃煤鍋爐未燃燼可燃物含量在線測量裝置。它包括毫米波信號發射端、毫米波信號接收端，毫米波信號發射端由毫米波源和發射天線組成，毫米波信號接收端由接收天線和毫米波處理單元組成，所述的毫米波信號發射端和毫米波信號接收端分別置于煙道壁兩側上對稱的并用對微波不吸收的耐溫材料封堵的孔壁處；所述的毫米波處理單元與數據采集模塊連接，該數據采集模塊與傳感器連接，所述的數據采集模塊與顯示器之間連接計算未燃燼可燃物含量實時值的數據處理單元。本發明能夠實現實時在線測量，無需采樣、制樣和化學分析等過程，能夠在線實時監測鍋爐未燃燼可燃物含量；消除堵灰、實時性差的問題；提高測試系統可靠性和測量精度。
文檔編號F23J13/00GK1967220SQ20051009546
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月17日 優先權日2005年11月17日
發明者宣益民, 李強, 謝仁宏, 蔡征宇 申請人:南京理工大學