一种利用激光透射法监测煤粉浓度偏差的装置及方法

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉煤粉管道气流浓度偏差测量，具体为一种利用激光透射法监测煤粉浓度偏差的装置及方法。

背景技术

燃煤电站锅炉运行过程中，煤粉管道气流浓度偏差是影响锅炉运行安全性、经济性和环保性的关键因素。无论对于切圆燃烧锅炉还是旋流对冲燃烧锅炉，煤粉浓度存在偏差时，会使得炉内燃烧产生偏差，严重时会发生燃烧不稳定、炉内沾污结焦、污染物生成浓度升高等情况。

然而，目前未有能够有效实时监测煤粉浓度偏差的在线监测装置，造成运行管理人员无法实时掌握煤粉浓度偏差并及时进行调整，导致煤粉浓度偏差过大，影响机组运行的安全性、经济性和环保性。目前亟须一种能够实时准确在线监测煤粉浓度偏差的方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用激光透射法监测煤粉浓度偏差的方法，利用激光透射原理，当激光穿过煤粉气流时，会受到煤粉气流的散射和吸收，对于煤粉这种特殊颗粒，其吸收率近似于黑体，它们对光波衰减相当强，其等效直径要比气体分子直径大若干数量级，而空气分子的散射和吸收作用相对而言可忽略不计。因此，测量激光穿过煤粉管道的透过率，即可测得煤粉气流相应的浓度，当同一台磨煤机出口的不同煤粉管道尺寸一致、初始激光发射强度一致时，通过测试不同煤粉管道上光功率接收器接收到的激光强度，即可以计算出不同煤粉管道煤粉浓度的偏差。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用激光透射率监测煤粉浓度偏差的装置，包括激光发生器、光功率接收器以及计算和显示模块，激光发生器和光功率接收器布置在煤粉管道上，激光发生器和光功率接收器布置在煤粉管道的同一截面处，光功率接收器的输出端连接光信号采集器和光电转换器，所述光电转换器的输出端连接计算和显示模块的输入端。

激光发生器采用红外激光发生器。

激光发生器以及光功率接收器与煤粉管道可拆卸连接，激光发生器以及光功率接收器与煤粉管道连接处密封。

激光发生器以及光功率接收器均设置在安装座上，所述安装座与煤粉管道通过螺纹连接。

激光发生器以及光功率接收器在同一煤粉管道上设置有至少两组，所述两组出光方向相互垂直。

临近激光发生器的煤粉管道上设置有气流速度监测装置，所述气流速度监测装置输出端连接计算和显示模块的输入端；计算和显示模块设置在DCS中心。

激光发生器和光功率接收器设置在靠近炉膛入口的煤粉管道上

基于本发明所述装置测量煤粉浓度偏差的方法，安装在煤粉管道壁面上的激光发生器发射激光，激光穿透煤粉气流，当激光通过煤粉气流时碰撞煤粉颗粒发生衍射，不同大小的煤粉颗粒可以使衍射光散落在不同位置，通过光功率接收器不同位置接收到的衍射光强度，光信号采集器将光功率接收器的衍射光传送至光电转换器转换为电信号，所述电信号传输至计算和显示模块，经过计算即可得到煤粉气流中煤粉浓度偏差。

同时获取每一个煤粉浓度偏差下的气流速度，并将所述气流速度传输至计算和显示模块，并将数据存储。

同时监测同一煤粉管道中至少两处煤粉浓度偏差。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明所述方法，不需要分别测试空气流量和对应的煤粉质量来计算煤粉浓度，减少了需要测试的原始参数，简化了测量系统，提高了测试准确度；相比于其它煤粉浓度测量方式，本发明可以测量透射激光强度的相对偏差，测量结果可以反映煤粉浓度的相对偏差，对煤粉浓度绝对值的测量要求相对较低，相对容易获得偏差值。

附图说明

图1为一种利用激光透射法监测煤粉浓度偏差的方法的系统示意图。

图中，1为煤粉气流、2为煤粉管道、3为激光发生器、4为光功率接收器、5为计算和显示模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

一种利用激光透射法监测煤粉浓度偏差的方法，包括激光发生器3、光功率接收器4以及计算和显示模块5；安装在煤粉管道壁面上的激光发生器3发射激光，激光穿透煤粉气流1，当激光通过煤粉气流1时碰撞煤粉颗粒被吸收和散射，不同的煤粉浓度可以使激光得到不同程度的衰减，通过光功率接收器4接收到的激光强度，计算得到煤粉气流1中煤粉浓度，从而计算不同煤粉管道中的煤粉浓度偏差。

参考图1，一种利用激光透射率监测煤粉浓度偏差的装置，包括激光发生器3、光功率接收器4以及计算和显示模块5，激光发生器3和光功率接收器4布置在煤粉管道2上，激光发生器3和光功率接收器4布置在煤粉管道2的同一截面处，光功率接收器4的输出端连接光信号采集器和光电转换器，所述光电转换器的输出端连接计算和显示模块5的输入端。

优选的实施例，激光发生器3采用红外激光发生器。

激光发生器3以及光功率接收器4与煤粉管道2可拆卸连接，激光发生器3以及光功率接收器4与煤粉管道2连接处密封。

激光发生器3以及光功率接收器4均设置在安装座上，所述安装座与煤粉管道2通过螺纹连接。

激光发生器3以及光功率接收器4在同一煤粉管道2上设置有至少两组，所述两组出光方向相互垂直，能相互提供参考，有助于确保监测结果的准确性。

临近激光发生器3的煤粉管道2上设置有气流速度监测装置，所述气流速度监测装置输出端连接计算和显示模块5的输入端，所述气流速度还能为调节煤粉浓度做出有效参考。

计算和显示模块5设置在DCS中心，能实时进行远程调整指令。

基于本发明所述装置测量煤粉浓度偏差的方法，安装在煤粉管道壁面上的激光发生器3发射激光，激光穿透煤粉气流1，当激光通过煤粉气流1时碰撞煤粉颗粒发生衍射，不同大小的煤粉颗粒可以使衍射光散落在不同位置，通过光功率接收器4不同位置接收到的衍射光强度，光信号采集器将光功率接收器4的衍射光传送至光电转换器转换为电信号，所述电信号传输至计算和显示模块5，经过计算即可得到煤粉气流1中煤粉浓度偏差。

同时获取每一个煤粉浓度偏差下的气流速度，并将所述气流速度传输至计算和显示模块5，并将数据存储。

基于激光发生器3以及光功率接收器4在同一煤粉管道2上设置有至少两组，同时监测同一煤粉管道2中至少两处煤粉浓度偏差，能够有效避免产生无效数据，而且有助于提高监测的准确性。

为了长期监测的准确性，可以将激光发生器3和光功率接收器4设置在一段与其安装处的煤粉管道壁厚和直径相同的管道上，所述管道与煤粉管道2可拆卸连接，在设备检修时，能便于更换激光发生器3和光功率接收器4；对更换的激光发生器3和光功率接收器4进行线下维护后再进行安装，而且可以直接更换套装。

基于激光发生器3以及光功率接收器4在同一煤粉管道2上设置有至少两组，所述两组出光方向相互垂直，能进一步提高监测的准确性，两组激光发生器3以及光功率接收器4的监测结果还能相互作为参考。

当然，可以将激光发生器3以及光功率接收器4安装在一段管道上，所述管道与煤粉管道2之间通过螺纹连接。

为了分别确定浓相和稀相的煤粉浓度偏差，分别在浓相和稀相的分离处附近分别设置激光发生器3以及光功率接收器4，以获取其浓度偏差数据。