[发明专利]基于激光诱导煤质特性在线气固两相检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光诊断和测量技术领域，具体涉及基于激光诱导煤质特性在线检测的气固两相检测方法与装置。

背景技术

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。传统的方法是对原煤采样后进行离线分析，从采样、制样到检验结果的报出一般需要几个小时，检测结果严重滞后于锅炉燃烧。这不仅在一定程度上造成了能源的浪费，不利于机组的实时控制和优化运行，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锅炉燃烧的运行控制中心，指导锅炉燃烧优化运行。根据煤质变化，及时调整锅炉燃烧过程，实现燃煤锅炉的高效低污染运行，这对于提高能源利用效率和降低燃煤污染及提高电网稳定性具有十分重要的意义。

近些年来，随着技术的发展陆续出现了一些煤质在线分析仪，目前市场上相对成熟的煤质快速分析装置主要是基于 X射线荧光光谱分析技术的煤质分析仪和基于γ射线技术和中子活化分析技术（PGNAA）的煤质分析仪。X射线荧光光谱分析技术测量周期较长，分析精度较差，一般只能分析原子量大于23的元素，而且受煤种的影响大，在运行期间需要经常校正。中子瞬发γ射线活化分析技术中γ射线对人体存在很大的安全隐患，双能γ射线投射法测量精度受重成灰矿物（如铁）含量波动的影响较大，误差较大。这类设备的技术复杂，投资大，且不易标定。

激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术采用脉冲激光作为发射光谱分析的诱发工具，凭借无需或简单的样品预处理、对样品微损和多元素同步快速检测等优势，已逐步发展成为一种潜在的工业过程在线检测技术，被尝试应用于各种工业过程的质量控制或状态诊断。在煤粉的在线检测中，对入炉煤的在线检测更能有效的反应炉膛煤质特性，用于指导锅炉燃烧。从磨煤机出口到炉膛，煤粉是通过一次风将煤粉送入炉膛内燃烧，风粉管道内是风和煤粉的混合物——气固两相，我们要实现的是对气固两相中的固相物质检测，而LIBS对于这种气固两相状态下的固相物质进行检测时，往往是是利用载体进行附着或者对取出的固体样品进行堆积，利用刮板将其刮平然后再进行检测，需要机械传动及附属装置，这在一定程度上增加了检测设备的复杂性，不利于在线分析装置在现场长期运行的可靠性，而且存在一定的延迟，不适合工业在线应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供基于激光诱导煤质特性在线气固两相检测方法及装置。本发明对气固两相煤粉颗粒流进行检测，通过激光直接与下落的煤粉颗粒的相互作用，实现入炉煤煤质特性的在线检测。在磨煤机出口与燃烧器入口之间的风粉管道上的合适位置开孔，利用压缩空气在取样管与煤粉输送管的连接处形成一定的负压，将风粉管道中的煤粉流引出，实现风粉管道中煤粉的连续获取，然后利用旋风分离器将取出的煤粉流进行简单的气固分离，分离后的煤粉流经煤粉下落管输送到测量室，利用激光直接对下落的气固两相煤粉颗粒流进行检测。所采用的检测方法，没有机械传动装置，用于保障分析装置长期现场运行的可靠性，解决了入炉煤在线检测测量方法与装置复杂的问题，能实现对入炉煤的实时、连续、快速分析，将分析结果显示，提供给相关的控制系统。本发明的具体技术方案如下。

基于激光诱导煤质特性在线气固两相检测装置，包括取样管、煤粉输送管、旋风分离器、煤粉下落管、测量室和光谱检测系统，取样管一端穿入磨煤机出口与燃烧器入口之间的风粉管道上的一个开孔中，取样管另一端与煤粉输送管的两个分支相连，煤粉输送管的一个分支与旋风分离器的入口连接，煤粉输送管的另一分支与压缩空气箱相连，旋风分离器的下料口与煤粉下落管的一端连接，煤粉下落管的另一端与测量室入口连接，测量室出口与煤粉回送管的两个分支相连，煤粉回送管的其中一个分支与风粉管道连接，另一分支与压缩空气箱相连；测量室设有用于通过气固两相煤粉颗粒流测量煤质特性的所述光谱检测系统。

上述基于激光诱导煤质特性在线气固两相检测装置中，所述光谱检测系统包括激光诱导击穿光谱仪。

上述基于激光诱导煤质特性在线气固两相检测装置中，所述光谱检测系统包括激光器、光纤探头、光纤、光谱仪、计算机、用于将激光聚焦在测量室中的气固两相煤粉颗粒流的聚焦透镜和用于收集煤粉颗粒流激发的原子光谱信号的收光镜组，所述聚焦透镜和收光镜组安装于测量室中，激光器与计算机相连，收光镜组收集的信号经光纤探头耦合，光纤探头通过光纤与光谱仪连接，光谱仪与计算机连接。