一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布實時測量裝置的製作方法

2023-10-05 11:03:44

專利名稱：一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布實時測量裝置的製作方法
技術領域：
一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布實時測量裝置技術領域[0001]本實用新型屬於氣固兩相流檢測設備範圍，特別涉及一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布實時測量裝置。技術背景[0002]燃煤發電廠氣力輸送管道中風粉兩相流參數的實時檢測與鍋爐運行安全性、經濟性直接相關，在過去的幾十年中，工程界提出了多種用於氣固兩相流參數檢測的測量方法， 包括熱平衡法、壓降法、電容層析成像法、文丘裡管法、微波法、靜電法、電容法等，但這些傳感器均屬於「軟場感測型」，煤粉濃度的測量受溫度、溼度、壓力、煤種、連續相流速、離散相分布等因素變化的影響，無法實現對煤粉濃度的絕對測量。在上述方法中，只有電容層析成像法(ECT)可用於檢測管道橫截面上的煤粉相分布，同時注意到，相分布對於判斷一次風管道中的輸粉風速是否合適、送粉是否均勻以及氣力輸送管道運行是否安全具有重要意義，但至今仍缺乏獲取相分布信息的有效手段。[0003]一種公知的技術「I. R. Barratt, Y. Yan, B. Byrne, Μ. S. A. Bradley. Massflow measurement of pneumatically conveyed solids using radiometricsensor. Flow Measurement and Instrumentation 11 (2000) 223—235」 一文中提出了一種基於 γ 射線吸收法的氣固二相流固相濃度的測量方法，為保證Y光束相互平行，要求方案中的線狀放射源、源準直器、Y射線探測器準直器、射線探測陣列必須在一條垂直於被測管道的直線上排列，再加上射線防護罩，使得設備佔用的安裝空間很大，該測量裝置在工程中應用受到現場場地條件的限制。實用新型內容[0004]本實用新型的目的是針對現有輻射傳感器佔用安裝空間大的局限性，提出一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時測量裝置。[0005]該實時測量裝置由Y射線源、準直器、傳感器管段、閃爍探頭陣列、放大器陣列、 Y射線屏蔽罩和微機信號處理系統組成，其特徵在於傳感器管段通過法蘭、密封墊片連接在被測氣力輸送管道上；作成一體的Y射線源1與準直器2置於Al2O3耐磨陶瓷包殼3 內，Al2O3陶瓷底蓋4與Al2O3耐磨陶瓷包殼3螺紋連接，從傳感器管段側壁將Al2O3耐磨陶瓷包殼伸進被測氣力輸送管道12的流場內，插入到傳感器管段側壁內的γ射線源準直器 2與傳感器管段側壁螺紋連接；Y射線源準直器2出射口凸出進入到傳感器管段側壁內側流場邊緣，閃爍探頭陣列13及與之相對應的放大器陣列14環繞在傳感器管段外層，布置成環形陣列，採用環形鉛制屏蔽罩15覆蓋在放大器陣列14及γ射線源1的外圍。[0006]所述Υ源1經準直器2以180°平面角出射窄束Y光，並且該出射平面與傳感器管段軸線垂直。[0007]所述傳感器管段為Al2O3陶瓷襯裡與可伐合金外殼的複合管段。[0008]所述準直器由可伐合金製造而成。[0009]本實用新型的有益效果是採用點狀Y射線源，準直器180°平面角出射，閃爍探頭陣列及放大器陣列傳感器管道外弧形布置，環形Y射線屏蔽罩固定在放大器陣列的外圍，使得傳感器設備佔用現場空間明顯減小，且傳感器製造成本減少，Y射線防護要求降低。


[0010]圖1為Y射線吸收法測量裝置測量管段縱剖面示意圖。[0011]圖2為圖1的B-B剖面示意圖。
具體實施方式
[0012]本實用新型是提供用於電站鍋爐氣力輸送管道的一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時測量裝置，在很大程度上減少了傳感器設備的佔用空間，幾乎不受現場場地條件的限制，
以下結合附圖及最佳實施案例對本實用新型作進一步說明。[0013]在圖1、2中，傳感器傳感器管段由Al2O3陶瓷襯裡6與可伐合金外殼7複合而成， 傳感器傳感器管段通過傳感器管段法蘭9、密封墊片10、被測管道連接法蘭11實現與被測管道12的連接；γ射線源1與準直器2製造為一體，置於Al2O3耐磨陶瓷包殼3內，Al2O3 陶瓷底蓋4螺紋連接在Al2O3耐磨陶瓷包殼3上，Al2O3耐磨陶瓷包殼3從傳感器管段側壁伸進管道內，並與傳感器管段側壁採用螺紋5連接，使準直器2出射口適當凸出並進入到傳感器管段側壁內側流場；閃爍探頭陣列13及與之相對應的放大器陣列14環繞在傳感器管段外層，布置成環形陣列，採用筒狀鉛制屏蔽罩15覆蓋放大器陣列14及γ射線源1的外圍。準直器2由可伐合金製造而成，傳感器的γ射線源1為點狀源，準直器2出射口採用 180°平面角出射，出射平面與傳感器管段軸線垂直，Y射線源1經準直器2以窄束射線形式透射Al2O3耐磨陶瓷包殼3後，照射傳感器管段中的風粉二相流體8，並穿過由Al2O3陶瓷襯裡6與可伐合金外殼7複合成的透傳感器管段側壁，Y射線到達由閃爍探頭陣列13及放大器陣列14構成環形陣列。Y射線源1與η個閃爍探頭陣列13將傳感器管段的橫截面無形的分割成了 η個面積不等的測量微元，構成了煤粉體積濃度及相分布的測量場；每個閃爍探頭陣列接收與之相對應微元內透射的Y射線強度，顯然η越大，將被測截面分割成的微元就越多，每個微元的面積就越小，將每個微元內的固相視為均勻分布，進行單獨測量，從而減小了測量誤差，提高了測量精度；環形Y射線鉛制屏蔽罩15對穿透探測器的Y 射線進行屏蔽，根據Y射線強度選擇合適的屏蔽罩鉛板的厚度，使屏蔽罩外環境中的Y射線強度在國家規定的標準範圍內；閃爍探頭陣列輸出的電脈衝信號經放大後成為可測量的脈衝，對脈衝進行計數，計數率可表徵入射的Y射線強度。[0014]所述煤粉相濃度測量裝置工作原理如下[0015]Y射線穿透傳感器管道的同時，也穿過管道中風粉兩相流，輸粉熱風對Y射線的吸收係數與煤粉相比很小，可以忽略不計。射線與物質間的相互作用規律如下_6] Il(^t) = Ι0βμφ)⑴[0017] (1)式中Icr傳感器管段為空時閃爍探頭陣列接收到的Y射線強度JJO-t時刻，傳感器管段中有煤粉時第i個閃爍探頭陣列接收到的Y射線強度；Xi(t)_t時刻，傳感器空間第i個測量微元中煤粉的等效厚度；P-煤粉的線性吸收係數。[0018]在t時刻，傳感器空間第i個測量微元中煤粉的體積濃度β (t)表示如下ni、 X1Ct) 1 , IAt)[0019],、H1 h (2)[0020](2)式中Hi- Y射線穿越傳感器空間第i個微元的等效弦長。[0021]傳感器測量空間內的煤粉體積濃度β (t)為[0022]β(. = -[β^ + β2^……於⑴+……+慫⑴],、η(3)[0023]該方案將被測管道的橫截面分成η份，單獨測量每個微元內的濃度值，β i(t) (i = 1,2,……η)表徵第i個測量子空間內的平均煤粉濃度，則 ^α)，β2α)……i3i(t)…… βηα)表徵了傳感器管段的橫截面上的煤粉相分布信息，計算機系統可根據 ^α)， β2α)…… ^α)……βηα)重建煤粉在傳感器管道截面上分布圖像，既可得到相分布信息，又明顯地克服了流型及相分布變化對煤粉濃度測量的影響。[0024]本實用新型的點狀Y射線源布置於傳感器管段管壁上，閃爍探頭陣列包圍在傳感器管段管道外形成測量截面，探測器側不必採用準直器，使得傳感器設備佔用現場空間明顯減小，且減少了傳感器製造成本， 射線防護要求顯著降低。
權利要求1.一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時測量裝置，該實時測量裝置由Y射線源、準直器、傳感器管段、閃爍探頭陣列、放大器陣列、Y射線屏蔽罩和微機信號處理系統組成，其特徵在於傳感器管段通過法蘭、密封墊片連接在被測氣力輸送管道上；作成一體的Y射線源與準直器置於Al2O3耐磨陶瓷包殼內，Al2O3陶瓷底蓋與Al2O3耐磨陶瓷包殼螺紋連接，從傳感器管段側壁將Al2O3耐磨陶瓷包殼伸進被測氣力輸送傳感器管段側壁內，插入到傳感器管段側壁內的Y射線源準直器與傳感器管段側壁螺紋連接；Y射線源準直器出射口凸出到傳感器管段側壁內側流場邊緣，閃爍探頭陣列及與之相對應的放大器陣列環繞在傳感器管段外層，布置成環形陣列，採用環形鉛制屏蔽罩覆蓋在放大器陣列及Y射線源的外圍。
2.根據權利要求1所述氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時測量裝置，其特徵在於所述Y射線源經準直器以180°平面角出射窄束Y光，並且該出射平面與傳感器管段軸線垂直。
3.根據權利要求1所述氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時測量裝置，其特徵在於所述準直器由可伐合金製造而成。
專利摘要本實用新型公開了屬於氣固二相流檢測設備範圍的一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時測量裝置。該測量裝置的傳感器管段通過法蘭與被測管道連接，點γ射線源從測量管段側壁凸進到管內流場邊緣，閃爍探頭陣列及放大器陣列布置於傳感器管道外圍，選擇屏蔽鉛板的厚度，使環形屏蔽罩外的γ射線在安全範圍內。點γ射線源與探測器陣列將測量空間無形的分割成n個測量微元，經每一測量微元衰減後的γ射線強度由與之相對應的閃爍探頭陣列接收，將測量場內全部微元內體積濃度算術平均值；同時也獲得了測量空間橫截面上煤粉的相分布。本實用新型的測量裝置佔用現場空間明顯減小，傳感器製造成本減少，γ射線防護要求明顯降低。
文檔編號G01N23/12GK202256201SQ20112033127
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年9月5日
發明者張小娜, 段泉聖 申請人:華北電力大學