飛灰中殘餘碳含量的測量的製作方法

2023-07-30 01:43:56 5

專利名稱：飛灰中殘餘碳含量的測量的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣的樣品中未燃碳的裝 置，該裝置設計有灰分取樣設備和與其相連的樣品室，該樣品室延伸穿過連接到微波發生 器和微波接收器的微波共振腔，該樣品室在入口和出口處設置有閥和水平測量器(level meter)0而且，本發明涉及一種用於通過對碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣的取樣測量未燃 碳的方法，其中，樣品引入延伸穿過微波共振腔的樣品室，並且將該樣品室填充到高於微波 共振腔的水平(level)，壓實該樣品，在樣品上執行微波共振測量，並且將所述測量與基準 曲線相比較來確定樣品中的碳含量。
背景技術：
碳質燃料在例如火力發電廠中的燃燒產生的飛灰是製作水泥、混凝土和柏油的重 要添加劑，因此對發電廠而言是一個重要的商業項目，這還可以避免與飛灰沉積有關的費 用。然而，這要求飛灰符合對未燃碳的含量——殘餘碳％值——的某些最大極限值。因此， 需要能夠測量飛灰中的殘餘碳含量，從而確保飛灰符合所需極限值。未燃碳的量還是燃燒效率的指示。這與飛灰中的殘餘碳數量成反比。希望具有適 當的殘餘碳含量，因為這表明設備在燃燒質量、燃料利用率、飛灰可用性和包括氮氧化物在 內的汙染成分排放方面的最佳運行。已經看出，飛灰中的殘餘碳含量取決於燃燒室結構、煤質、煤在磨煤機中研磨得多 細以及散熱率。因此，特別希望在工作期間能夠連續測量殘餘碳含量，使得能夠調節燃燒參 數，從而確保殘餘碳含量始終在容許極限值範圍之內。有多種技術方法來測量殘餘碳含量。本發明使用微波共振測量技術。樣品中的飛灰量隨著燃燒參數的影響和灰分樣品的壓實度而變化，這是測量誤差 的重要來源。因此，迄今一直需要確定樣品重量並且把它與微波共振測量的結果相結合。然 而，樣品的稱重往往具有很大的不確定性。另一種方法是產生具有明確壓實度的樣品以便降低對可變參數的靈敏度。從DE 198 56 870 C2得知這個方法，該文獻描述了一種用於測量煙氣的飛灰樣品中殘餘碳含量 的裝置和方法。該裝置使用連續工作的氣動進料系統。飛灰被引導進入測量元件中的樣品 容積，該測量元件經由關閉裝置可以與送料系統的其它部分的壓力隔開，因此樣品不會暴 露在來自周圍系統的不受控制的壓力脈衝下。該測量元件設置有通過機械振動和熱源潛能 來壓實樣品的裝置，從而提供明確的壓實度。然而，憑經驗看出，通過操縱和處理顆粒介質所進行的振動在樣品中形成分離，因 此使它不均勻，因此隨後的樣品將不提供代表樣品整體的數值。

發明內容
本發明的目的是指出一種裝置和方法，用於確定由碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣中的未燃碳量，更具體地說是飛灰的殘餘碳含量，同時降低由於樣品的稱重或用機械振動 對樣品進行壓實所引起的不確定性。根據本發明，上述目的由這樣一種裝置實現，該裝置用於測量上面介紹所提及的 那種碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣的樣品中的未燃碳，其特徵在於，在入口閥與微波共振 腔之間的位置處設置有用於樣品室的增壓空氣連接件，該增壓空氣連接件與增壓空氣源相 連。根據本發明的方法的特徵在於，在壓實之前，以第一壓力條件和第一壓實度執行 第一微波共振測量，並且以第二壓力條件和第二壓實度執行至少一次額外微波共振測量， 將組合的測量值與基準曲線相比較以確定樣品中的殘餘碳含量。在殘餘碳測量期間，入口閥與微波共振腔之間的增壓空氣連接件實現對樣品室中 壓力的調節和控制。壓實度由壓力給出，並且能夠通過改變樣品室中壓力來獲得樣品的不 同壓實度。實際實驗已經令人驚訝地地表明，通過在不同壓力下對同一樣品執行至少兩次 測量並且組合這些記錄的測量值並把這些測量值與基準曲線相比較就能夠確定飛灰樣品 中的殘餘碳含量，同時部分地或完全消除由壓實度所引起的測量不確定性。而且，實際實驗 已經表明，通過利用以受控方式進行的壓力變化，提供均勻和均質的樣品，從而使樣品容積 獲得均勻分布的、有代表性的特性。這是一種非常簡單和可靠的測量方法，它完全消除在前 提到的測量不確定性，因為樣品的稱重或採用機械振動的壓實不是該方法的一部分。該裝置和該方法能夠以適當的時間間隔機械能取樣，因此，如果殘餘碳含量超過 某一極限值就能夠使用該結果來調節燃燒。根據另一實施例，本發明的裝置的特徵在於，來自增壓空氣源的壓力具有兩個或 更多的固定設定值。為了避免在測量期間弄錯，壓力源選擇為使得以固定等級調節壓力。 通常，壓力源選擇為使得以兩個等級選擇壓力。在這種情況下，這兩個等級優選為0巴和1 巴。根據另一實施例，本發明的裝置的特徵在於，來自增壓空氣源的壓力是可無級調 節的。有利的是，壓力源選擇為使其能夠傳遞可無級調節的壓力。因此實現了裝置調節為 能夠適於多個不同的發電廠。根據又一實施例，本發明的裝置的特徵在於，在增壓空氣連接件處設置壓力傳感 器、壓力計或其它用於壓力測量的裝置。壓力源常常會是在中心地布置的增壓空氣設備，該 裝置連接到與發電廠共用的增壓空氣源上。在這種情況下，有利的是，操作者能夠在本地讀 取和檢查壓力，從而確保樣品中的壓力條件如所期望的一樣。如果使用壓力傳感器，就可以 把它連接到數據收集系統上。根據又一實施例，本發明的裝置的特徵在於，微波發生器適於產生1GHz到300GHz 頻率範圍內的微波，該微波優選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率，因為所設計的含有這種 樣品的共振腔的共振頻率和希望檢驗的頻率區間主要處於這個範圍。因此，當希望使用該 裝置來測量飛灰中的殘餘碳含量時只需要關注頻率範圍。根據另一實施例，本發明的裝置的特徵在於，在出口閥與微波共振腔之間設置有 用於樣品室的另一個增壓空氣連接件，該增壓空氣連接件與增壓空氣源相連。入口閥處於 打開位置並且出口閥處於關閉位置而同時與增壓空氣源連接時，該增壓空氣連接件能夠清 空樣品室。灰分樣品經由灰分取樣設備返回。
根據另一實施例，本發明的裝置的特徵在於，在出口閥後面設置用於接收參考樣 品的容器。有利的是，提供取出灰分樣品用於進一步分析的可能性。灰分樣品的這種分析 可以用來校準該裝置。在入口閥處於關閉位置且出口閥處於打開位置而同時在入口閥與微 波共振腔之間連接增壓空氣源時取出參考樣品。因此灰分樣品會被導出而進入該容器中。根據另一實施例，本發明的方法的特徵在於，在測量期間，產生1GHz到300GHz頻 率範圍內的微波，該微波優選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率。發現碳的共振頻率優選 為2. 39GHz到2. 45GHz範圍內。因此，當希望使用該方法來測量飛灰中的殘餘碳含量時只 需要關注頻率範圍。因此花費少得多的時間進行微波共振測量。根據另一實施例，本發明的方法的特徵在於，在大氣壓力下執行第一微波共振測 量，在1巴的壓力下執行第二微波共振測量。實際實驗已經表明，通過在沒有打開外部壓力 源的情況下以大氣壓力執行第一測量，並且通過在壓力源的1巴設定值下執行第二測量， 實現了可靠且同時經濟地執行微波共振測量。


接下來參照附圖更詳細地解釋本發明，其中圖1示出了裝置的示意圖。
具體實施例方式圖1示出裝置22的示意圖以及該裝置22是怎樣形成煙氣系統的一部分。碳質燃 料在例如發電廠鍋爐或其它產生能量的設備中燃燒產生的通過廢氣管1的含灰煙氣17從 由通道壁18界定的通道16引導。這個流動被引導到由分離器2和漏鬥3組成的灰分取樣 設備19，該分離器2在所示例子中為旋流器，灰分在該分離器2中與氣體分開，分開的灰分 通過該漏鬥3經由入口閥4引導到延伸穿過微波共振腔7的樣品室8。該氣體經由管道14 引導回通道16。與入口端相對的是，樣品室8設置有出口閥12，該出口閥12處於打開位置時允許 灰分進入容器13，該出口閥12處於關閉位置時阻斷樣品室8。當出口閥12關閉時，樣品室 8中的材料水平將上升。水平檢測器6設置在微波共振腔7與入口閥4之間的位置處。在 填充物達到所需水平時，入口閥4關閉，使得樣品室8關閉，並且執行第一測量程序。該測量程序是通過微波發生器15經由布置在微波共振腔7中的天線10發出 微波來啟動的。也設置在微波共振腔7中的第二天線9連接到微波接收器20。通過分 別對發出和收到的微波的數據處理，可以確定位於樣品室8中的樣品的固有頻率和衰減 (attenuation) 0在執行了第一測量程序之後，從增壓空氣源21通過增壓空氣連接件供應增壓空 氣，由此增大樣品的壓實度，這是由外加壓力給出的。在本發明的特定實施例中，增壓空氣 連接件5處的壓力可以在壓力計(未示出)或壓力傳感器23上讀出。如上所述地執行第 二測量程序，確定同一樣品在具有另一個壓實度的情況下的固有頻率和衰減。在這之後，能 夠通過組合的測量值與基準曲線的比較來確定樣品的殘餘碳含量。如果需要的話，可以在增大的壓實度下如上所述地重複測量頻率。當完成測量頻率時，通過打開入口閥4，隨後通過經由增壓連接件11連接增壓空氣源21而注入(flush)增壓空氣，可以使樣品室8中的樣品返回通道16。
如果希望將在樣品室8中收集的灰分部分引導到容器13，那麼打開出口閥12，並 且通過經由增壓連接件5連接增壓空氣源來執行注入增壓空氣。然後關閉出口閥12，打開 入口閥4，並且經由增壓連接件11執行注入增壓空氣。此後，開始新的收集循環。
權利要求
一種用於測量碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣的樣品中未燃碳的裝置(22)，所述裝置(22)設計有灰分取樣設備(19)和樣品室(8)，所述樣品室(8)與所述灰分取樣設備(19)連接，所述樣品室(8)延伸穿過微波共振腔(7)，所述微波共振腔(7)連接到微波發生器(15)和微波接收器(20)，所述樣品室(8)在入口和出口處設置有閥(4，12)，並且所述樣品室(8)設置有水平測量器(6)，其特徵在於，在所述入口閥(4)與所述微波共振腔(7)之間的位置處設置有用於所述樣品室(8)的增壓空氣連接件(5)，所述增壓空氣連接件(5)與增壓空氣源(21)連接。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，來自所述增壓空氣源(21)的壓力具有兩 個或更多的固定設定值。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，來自所述增壓空氣源(21)的壓力是可無 級調節的。
4.根據在前任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，在所述增壓空氣連接件(5)處， 設置有壓力傳感器(23)、壓力計或其它用於壓力測量的裝置。
5.根據在前任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，所述微波發生器(15)用於產生 在1GHz到300GHz頻率範圍內的微波，所述微波優選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率。
6.根據在前任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，在所述出口閥(12)與所述微波 共振腔(7)之間設置有用於所述樣品室(8)的另一個增壓空氣連接件(11)，所述另一個增 壓空氣連接件(11)與增壓空氣源(21)連接。
7.根據在前任一項權利要求所述的裝置，其特徵在於，在所述出口閥(12)後面設置有 用於接收參考樣品的容器(13)。
8.一種用於通過對碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣進行取樣而測量未燃碳的方法，其 中，所述樣品被引入延伸穿過微波共振腔(7)的樣品室(8)，並且將所述樣品室填充到高於 所述微波共振腔(7)的水平，壓實所述樣品，在所述樣品上執行微波共振測量，並且將所述 測量與基準曲線相比較來確定所述樣品中的碳含量，其特徵在於，在壓實之前以第一壓力 條件和第一壓實度執行第一微波共振測量，以第二壓力條件和第二壓實度執行至少一次額 外微波共振測量，以及將組合的測量值與基準曲線相比較以確定樣品中的殘餘碳含量。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，在測量期間，產生1GHz到300GHz頻率範 圍內的微波，所述微波優選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率。
10.根據權利要求8-9所述的方法，其特徵在於，在大氣壓力下執行所述第一微波共振 測量，在1巴的壓力下執行所述第二微波共振測量。
全文摘要
本發明涉及用於測量碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣的樣品中未燃碳的裝置(22)，裝置(22)設計有灰分取樣設備(19)和樣品室(8)，樣品室穿過連接到微波發生器(15)和微波接收器(20)的微波共振腔(7)，樣品室(8)在入口和出口處設置有閥(4，12)，並且設置有水平測量器(6)，在入口閥(4)與微波共振腔(7)之間的位置處設置有用於樣品室(8)的增壓空氣連接件(5)，增壓空氣連接件(5)與增壓空氣源(21)相連。本發明還涉及用於通過對碳質燃料燃燒產生的含灰煙氣的取樣測量未燃碳的方法，其中在樣品上以由樣品室(8)中的壓力所給出的第一和第二壓實度執行微波共振測量，組合的測量值與基準曲線相比較以確定樣品中的殘餘碳含量。
文檔編號G01N1/22GK101878419SQ200880118265
公開日2010年11月3日 申請日期2008年10月27日 優先權日2007年11月30日
發明者A·S·韋澤爾, B·迪姆克, T·P·安諾生 申請人:馬克韋德爾股份公司工程貿易公司