專利名稱：基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光診斷和測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線檢測的氣固兩相檢測方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，煤炭能源已日趨緊張，致使對煤炭的質(zhì)量成分及燃燒效率的要求越來越高。傳統(tǒng)的方法是對原煤采樣后進行離線分析，從采樣、制樣到檢驗結(jié)果的報出一般需要幾個小時，檢測結(jié)果嚴重滯后于鍋爐燃燒。這不僅在一定程度上造成了能源的浪費，不利于機組的實時控制和優(yōu)化運行，因此采用先進、快速的分析手段已經(jīng)成為當務(wù)之急，特別是研發(fā)出有效的煤質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng)，使檢測結(jié)果直接反饋到鍋爐燃燒的運行控制中心，指導(dǎo)鍋爐燃燒優(yōu)化運行。根據(jù)煤質(zhì)變化，及時調(diào)整鍋爐燃燒過程，實現(xiàn)燃煤鍋爐的高效低污染運行，這對于提高能源利用效率和降低燃煤污染及提高電網(wǎng)穩(wěn)定性具有十分重要的意義。近些年來，隨著技術(shù)的發(fā)展陸續(xù)出現(xiàn)了一些煤質(zhì)在線分析儀，目前市場上相對成熟的煤質(zhì)快速分析裝置主要是基于X射線熒光光譜分析技術(shù)的煤質(zhì)分析儀和基于Y射線技術(shù)和中子活化分析技術(shù)(PGNAA)的煤質(zhì)分析儀。X射線熒光光譜分析技術(shù)測量周期較長， 分析精度較差，一般只能分析原子量大于23的元素，而且受煤種的影響大，在運行期間需要經(jīng)常校正。中子瞬發(fā)Y射線活化分析技術(shù)中Y射線對人體存在很大的安全隱患，雙能 Y射線投射法測量精度受重成灰礦物(如鐵)含量波動的影響較大，誤差較大。這類設(shè)備的技術(shù)復(fù)雜，投資大，且不易標定。激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技術(shù)采用脈沖激光作為發(fā)射光譜分析的誘發(fā)工具，憑借無需或簡單的樣品預(yù)處理、對樣品微損和多元素同步快速檢測等優(yōu)勢，已逐步發(fā)展成為一種潛在的工業(yè)過程在線檢測技術(shù)，被嘗試應(yīng)用于各種工業(yè)過程的質(zhì)量控制或狀態(tài)診斷。在煤粉的在線檢測中，對入爐煤的在線檢測更能有效的反應(yīng)爐膛煤質(zhì)特性，用于指導(dǎo)鍋爐燃燒。從磨煤機出口到爐膛，煤粉是通過一次風將煤粉送入爐膛內(nèi)燃燒，風粉管道內(nèi)是風和煤粉的混合物——氣固兩相，我們要實現(xiàn)的是對氣固兩相中的固相物質(zhì)檢測，而LIBS對于這種氣固兩相狀態(tài)下的固相物質(zhì)進行檢測時，往往是是利用載體進行附著或者對取出的固體樣品進行堆積，利用刮板將其刮平然后再進行檢測，需要機械傳動及附屬裝置，這在一定程度上增加了檢測設(shè)備的復(fù)雜性，不利于在線分析裝置在現(xiàn)場長期運行的可靠性，而且存在一定的延遲，不適合工業(yè)在線應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測方法及裝置。本發(fā)明對氣固兩相煤粉顆粒流進行檢測，通過激光直接與下落的煤粉顆粒的相互作用，實現(xiàn)入爐煤煤質(zhì)特性的在線檢測。在磨煤機出口與燃燒器入口之間的風粉管道上的合適位置開孔，利用壓縮空氣在取樣管與煤粉輸送管的連接處形成一
3定的負壓，將風粉管道中的煤粉流引出，實現(xiàn)風粉管道中煤粉的連續(xù)獲取，然后利用旋風分離器將取出的煤粉流進行簡單的氣固分離，分離后的煤粉流經(jīng)煤粉下落管輸送到測量室， 利用激光直接對下落的氣固兩相煤粉顆粒流進行檢測。所采用的檢測方法，沒有機械傳動裝置，用于保障分析裝置長期現(xiàn)場運行的可靠性，解決了入爐煤在線檢測測量方法與裝置復(fù)雜的問題，能實現(xiàn)對入爐煤的實時、連續(xù)、快速分析，將分析結(jié)果顯示，提供給相關(guān)的控制系統(tǒng)。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下?；诩す庹T導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置，包括取樣管、煤粉輸送管、旋風分離器、煤粉下落管、測量室和光譜檢測系統(tǒng)，取樣管一端穿入磨煤機出口與燃燒器入口之間的風粉管道上的一個開孔中，取樣管另一端與煤粉輸送管的兩個分支相連，煤粉輸送管的一個分支與旋風分離器的入口連接，煤粉輸送管的另一分支與壓縮空氣箱相連，旋風分離器的下料口與煤粉下落管的一端連接，煤粉下落管的另一端與測量室入口連接，測量室出口與煤粉回送管的兩個分支相連，煤粉回送管的其中一個分支與風粉管道連接，另一分支與壓縮空氣箱相連；測量室設(shè)有用于通過氣固兩相煤粉顆粒流測量煤質(zhì)特性的所述光譜檢測系統(tǒng)。上述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置中，所述光譜檢測系統(tǒng)包括激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀。上述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置中，所述光譜檢測系統(tǒng)包括激光器、光纖探頭、光纖、光譜儀、計算機、用于將激光聚焦在測量室中的氣固兩相煤粉顆粒流的聚焦透鏡和用于收集煤粉顆粒流激發(fā)的原子光譜信號的收光鏡組，所述聚焦透鏡和收光鏡組安裝于測量室中，激光器與計算機相連，收光鏡組收集的信號經(jīng)光纖探頭耦合，光纖探頭通過光纖與光譜儀連接，光譜儀與計算機連接。上述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置中，煤粉回送管中與壓縮空氣箱連接的分支上設(shè)有用于調(diào)整壓縮空氣的工作壓力大小的調(diào)節(jié)閥，煤粉輸送管中與壓縮空氣箱連接的分支上也設(shè)有用于調(diào)整壓縮空氣的工作壓力大小的調(diào)節(jié)閥。上述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置中，煤粉下落管采用縮口管， 縮口端位于測量室中。上述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置中，利用壓縮空氣箱提供的壓縮空氣在取樣管與煤粉輸送管的連接處形成負壓，實現(xiàn)風粉管道中煤粉流的連續(xù)采集；取出的煤粉流經(jīng)過旋風分離器進行氣固分離后，氣固兩相煤粉流經(jīng)煤粉下落管輸送到測量室中，再利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對氣固兩相煤粉顆粒流的進行直接測量。上述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置中，在測量室中，激光器發(fā)出的脈沖激光經(jīng)固定在測量室中的聚焦透鏡后與煤粉下落管出口處的煤粉顆粒流作用，形成等離子體并發(fā)光，由安裝在測量室中的收光鏡組對被激發(fā)的原子光譜信號進行收集，將收集的信號與光纖探頭耦合，經(jīng)光纖傳輸?shù)焦庾V儀中實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C進行分析、處理和顯示。上述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置中，利用壓縮空氣箱提供的壓縮空氣在測量室出口與煤粉回送管的連接處形成負壓，實現(xiàn)在壓縮空氣的作用下，將檢測完的煤粉送回到風管管道中。本發(fā)明給出了一種全新的利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)實現(xiàn)入爐煤煤質(zhì)特性在線檢測所采用的測量方法與裝置，該測量方法的實現(xiàn)主要是基于空氣動力學原理，通過壓縮空氣箱提供的壓縮空氣分別在煤粉輸送管與取樣管的連接處，及測量室出口與煤粉回送管相連的出口處形成一定的負壓，保證風粉管道中煤粉流的連續(xù)獲取和回送。取出的煤粉流經(jīng)旋風分離器進行簡單的氣固分離器后，經(jīng)煤粉下落管輸送至測量室，利用激光直接與下落的氣固兩相煤粉顆粒流作用，實現(xiàn)入爐煤煤質(zhì)特性的在線檢測。在煤粉下落管的一端采用縮口管，提高單位體積的煤粉顆粒濃度，提高激光與煤粉顆粒的作用率，增強光譜信號的強度。采用本發(fā)明提出的測量方法與裝置，只需利用壓縮空氣箱提供的壓縮空氣形成負壓， 實現(xiàn)風粉管道中煤粉的連續(xù)獲取和回送，取出的煤粉流經(jīng)簡單的氣固分離即可用于檢測， 無需對煤粉進行制樣，測量方便，整個測量方法所涉及到的裝置無機械傳動裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護量小，有利于現(xiàn)場環(huán)境長時間可靠運行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點及效果如下
1.整個測量系統(tǒng)的煤粉取樣和回送只需利用壓縮空氣箱提供的壓縮空氣即可實現(xiàn)， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無機械傳動裝置，提高現(xiàn)場長時間運行的可靠性；
2.取出的煤粉流只需經(jīng)過旋風分離器進行簡單的氣固分離即可用于激光檢測，無制樣等復(fù)雜過程，不存在延遲，能夠?qū)崿F(xiàn)入爐煤的真正在線檢測。3.通過減小煤粉下落管的出口管徑，即可實現(xiàn)煤粉顆粒濃縮的目的，提高激光與煤粉顆粒的作用率，增強光譜強度。


圖1是實施方式中的基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置的示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施做進一步說明，但本發(fā)明的實施和保護范圍不限于此。如圖1所示，本發(fā)明的取樣部分安裝在燃煤電廠磨煤機出口與燃燒器入口處之間的風粉管道的合適位置，見圖1中的2指示處。取樣管3通過取樣孔2與風粉管道1相連。 利用從壓縮空氣箱4引出的壓縮空氣，在取樣管3與煤粉輸送管7的連接處6形成一定的負壓，實現(xiàn)風粉管道1中煤粉的連續(xù)取樣。取出的煤粉流，在壓縮空氣的作用下，經(jīng)煤粉輸送管7，輸送到旋風分離器8中，進行氣固分離，分離后得到的煤粉經(jīng)煤粉下落管9落入至測量室10中，用于激光檢測。煤粉輸送管7的一端分別與取樣管3和壓縮空氣箱4相連，另一端與旋風分離器8的入口相連。旋風分離器8的廢氣排出管16經(jīng)廢氣回送孔15與風粉管道1相連。利用廢氣出口本身的壓力將旋風分離器8排出的廢氣回送至風粉管道1中。 旋風分離器8的下料口與煤粉下落管9的一端相連。煤粉下落管9的另一端與測量室10 的一端相連，測量室出口 11與煤粉回送管13相連，煤粉回送管13的一端還與壓縮空氣箱 4相連。利用壓縮空氣箱4提供的壓縮空氣在測量室出口 11與煤粉回送管13的連接處12 形成一定的負壓，實現(xiàn)在壓縮空氣的作用下，將檢測完的煤粉送回到風管管道1中。煤粉回送管13的另一端通過煤粉回送孔14與風粉管道1相連。壓縮空氣箱4分別與煤粉輸送管 7和煤粉回送管13相連，在連接處設(shè)置調(diào)節(jié)閥5，用于調(diào)整壓縮空氣的工作壓力大小，從而適應(yīng)不同的煤粉取樣量和回送量。在測量室10中，激光器17發(fā)出的脈沖激光經(jīng)固定在測量室中的聚焦透鏡18后與煤粉下落管9出口處的煤粉顆粒流作用，形成等離子體，使其發(fā)光，由安裝在測量室中的收光鏡組19(由兩個透鏡構(gòu)成，中心位置與聚焦透鏡中心成一定的角度)對被激發(fā)的原子光譜信號進行收集，將收集的信號與光纖探頭20耦合，經(jīng)光纖21傳輸?shù)焦庾V儀22中實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C23上進行進一步的分析、處理、顯示等(采集的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后得到煤質(zhì)特性的各個指標)。利用壓縮空氣箱提供的壓縮空氣在測量室出口與煤粉回送管的連接處，形成一定的負壓，實現(xiàn)將檢測完的煤粉經(jīng)煤粉回送管回送到風粉管道中，煤粉回送管的另一端通過回送孔與風粉管道的相連， 從而完成煤粉的取樣——測量——回送的循環(huán)過程。 所采用的整個測量方法與裝置，僅僅是利用壓縮空氣箱4提供的壓縮空氣即可實現(xiàn)風粉管道1中煤粉流的連續(xù)獲取和檢測完煤粉的回送。通過旋風分離器8對取出的煤粉流進行簡單的氣固兩相分離，即可實現(xiàn)煤粉顆粒的檢測。整個系統(tǒng)均是采用氣力傳輸方式， 除了必要的輸送管及調(diào)節(jié)閥之外，無機械傳動裝置，有利于現(xiàn)場長時間的可靠穩(wěn)定運行。
權(quán)利要求
1.基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置，其特征在于包括取樣管(3)、煤粉輸送管(7)、旋風分離器(8)、煤粉下落管(9)、測量室(10)和光譜檢測系統(tǒng)，取樣管(3) — 端穿入磨煤機出口與燃燒器入口之間的風粉管道(1)上的一個開孔中，取樣管(3)另一端與煤粉輸送管(7)的兩個分支相連，煤粉輸送管(7)的一個分支與旋風分離器(8)的入口連接，煤粉輸送管(7)的另一分支與壓縮空氣箱(4)相連，旋風分離器(8)的下料口與煤粉下落管(9)的一端連接，煤粉下落管(9)的另一端與測量室(10)入口連接，測量室出口(11)與煤粉回送管(13)的兩個分支相連，煤粉回送管(13)的其中一個分支與風粉管道(1)連接， 另一分支與壓縮空氣箱(4)相連；測量室(10)設(shè)有用于通過氣固兩相煤粉顆粒流測量煤質(zhì)特性的所述光譜檢測系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置，其特征在于所述光譜檢測系統(tǒng)包括激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置，其特征在于所述光譜檢測系統(tǒng)包括激光器(17)、光纖探頭(20)、光纖(21)、光譜儀(22)、計算機(23)、用于將激光聚焦在測量室(10)中的氣固兩相煤粉顆粒流的聚焦透鏡(18)和用于收集煤粉顆粒流激發(fā)的原子光譜信號的收光鏡組(19)，所述聚焦透鏡(18)和收光鏡組(19)安裝于測量室(10)中，激光器(17)與計算機相連，收光鏡組(19)收集的信號經(jīng)光纖探頭(20)耦合， 光纖探頭(20 )通過光纖(21)與光譜儀(22 )連接，光譜儀(22 )與計算機(23 )連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置，其特征在于煤粉回送管(13)中與壓縮空氣箱(4)連接的分支上設(shè)有用于調(diào)整壓縮空氣的工作壓力大小的調(diào)節(jié)閥，煤粉輸送管(7)中與壓縮空氣箱(4)連接的分支上也設(shè)有用于調(diào)整壓縮空氣的工作壓力大小的調(diào)節(jié)閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測裝置，其特征在于煤粉下落管采用縮口管，縮口端位于測量室中。
6.基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測方法，其特征在于，利用壓縮空氣箱(4) 提供的壓縮空氣在取樣管(3)與煤粉輸送管的連接處形成負壓，實現(xiàn)風粉管道(1)中煤粉流的連續(xù)采集；取出的煤粉流經(jīng)過旋風分離器(8)進行氣固分離后，氣固兩相煤粉流經(jīng)煤粉下落管(9)輸送到測量室(10)中，再利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對氣固兩相煤粉顆粒流的進行直接測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測方法，其特征在于， 在測量室(10)中，激光器(17)發(fā)出的脈沖激光經(jīng)固定在測量室中的聚焦透鏡(18)后與煤粉下落管(9)出口處的煤粉顆粒流作用，形成等離子體并發(fā)光，由安裝在測量室中的收光鏡組(19)對被激發(fā)的原子光譜信號進行收集，將收集的信號與光纖探頭(20)耦合，經(jīng)光纖 (21)傳輸?shù)焦庾V儀(22)中實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(23)進行分析、處理和顯示。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測方法，其特征在于利用壓縮空氣箱(4)提供的壓縮空氣在測量室出口(11)與煤粉回送管(13)的連接處(12)形成負壓，實現(xiàn)在壓縮空氣的作用下，將檢測完的煤粉送回到風管管道(1)中。
全文摘要
本發(fā)明提供基于激光誘導(dǎo)煤質(zhì)特性在線氣固兩相檢測方法及裝置，裝置包括取樣管、煤粉輸送管、旋風分離器、煤粉下落管、測量室和光譜檢測系統(tǒng)，檢測方法通過取樣管在磨煤機出口與燃燒器入口之間風粉管道上的合適位置進行煤粉的連續(xù)取樣，在壓縮空氣的作用下，實現(xiàn)煤粉的取樣—測量—回送的循環(huán)過程。采用該測量方法的測量系統(tǒng)只需將取出的氣固兩相煤粉顆粒流經(jīng)旋風分離器進行簡單的氣固分離后即可進行激光檢測，無需制樣，采用氣體輸送方式，無機械傳動裝置，有利于整個裝置在現(xiàn)場環(huán)境中的長期可靠運行，真正實現(xiàn)煤質(zhì)特性的在線檢測。
文檔編號G01N1/28GK102426160SQ20111025512
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者盧偉業(yè), 姚順春, 張曦, 李俊彥, 李軍, 潘鳳萍, 董美蓉, 鐘子銘, 陸繼東, 陳世和 申請人:華南理工大學, 廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院