專利名稱：飛灰中殘余碳含量的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的含灰煙氣的樣品中未燃碳的裝 置，該裝置設(shè)計有灰分取樣設(shè)備和與其相連的樣品室，該樣品室延伸穿過連接到微波發(fā)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(shè)置有閥和水平測量器(level meter)0而且，本發(fā)明涉及一種用于通過對碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)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，并且將該樣品室填充到高于微波 共振腔的水平(level)，壓實該樣品，在樣品上執(zhí)行微波共振測量，并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(shù)：
碳質(zhì)燃料在例如火力發(fā)電廠中的燃燒產(chǎn)生的飛灰是制作水泥、混凝土和柏油的重 要添加劑，因此對發(fā)電廠而言是一個重要的商業(yè)項目，這還可以避免與飛灰沉積有關(guān)的費 用。然而，這要求飛灰符合對未燃碳的含量——殘余碳％值——的某些最大極限值。因此， 需要能夠測量飛灰中的殘余碳含量，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。這與飛灰中的殘余碳數(shù)量成反比。希望具有適 當(dāng)?shù)臍堄嗵己?，因為這表明設(shè)備在燃燒質(zhì)量、燃料利用率、飛灰可用性和包括氮氧化物在 內(nèi)的污染成分排放方面的最佳運行。已經(jīng)看出，飛灰中的殘余碳含量取決于燃燒室結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)、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(xù)測量殘余碳含量，使得能夠調(diào)節(jié)燃燒參 數(shù)，從而確保殘余碳含量始終在容許極限值范圍之內(nèi)。有多種技術(shù)方法來測量殘余碳含量。本發(fā)明使用微波共振測量技術(shù)。樣品中的飛灰量隨著燃燒參數(shù)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并且把它與微波共振測量的結(jié)果相結(jié)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(chǎn)生具有明確壓實度的樣品以便降低對可變參數(shù)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于測量煙氣的飛灰樣品中殘余碳含量 的裝置和方法。該裝置使用連續(xù)工作的氣動進料系統(tǒng)。飛灰被引導(dǎo)進入測量元件中的樣品 容積，該測量元件經(jīng)由關(guān)閉裝置可以與送料系統(tǒng)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(tǒng)的不受控制的壓力脈沖下。該測量元件設(shè)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(jīng)驗看出，通過操縱和處理顆粒介質(zhì)所進行的振動在樣品中形成分離，因 此使它不均勻，因此隨后的樣品將不提供代表樣品整體的數(shù)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是指出一種裝置和方法，用于確定由碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的含灰煙氣中的未燃碳量，更具體地說是飛灰的殘余碳含量，同時降低由于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(jù)本發(fā)明，上述目的由這樣一種裝置實現(xiàn)，該裝置用于測量上面介紹所提及的 那種碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的含灰煙氣的樣品中的未燃碳，其特征在于，在入口閥與微波共振 腔之間的位置處設(shè)置有用于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(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，在壓實之前，以第一壓力條件和第一壓實度執(zhí)行 第一微波共振測量，并且以第二壓力條件和第二壓實度執(zhí)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余碳含量。在殘余碳測量期間，入口閥與微波共振腔之間的增壓空氣連接件實現(xiàn)對樣品室中 壓力的調(diào)節(jié)和控制。壓實度由壓力給出，并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(jīng)令人驚訝地地表明，通過在不同壓力下對同一樣品執(zhí)行至少兩次 測量并且組合這些記錄的測量值并把這些測量值與基準曲線相比較就能夠確定飛灰樣品 中的殘余碳含量，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(jīng)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(zhì)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，因為樣品的稱重或采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(dāng)?shù)臅r間間隔機械能取樣，因此，如果殘余碳含量超過 某一極限值就能夠使用該結(jié)果來調(diào)節(jié)燃燒。根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的裝置的特征在于，來自增壓空氣源的壓力具有兩個或 更多的固定設(shè)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(diào)節(jié)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(yōu)選為0巴和1 巴。根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的裝置的特征在于，來自增壓空氣源的壓力是可無級調(diào) 節(jié)的。有利的是，壓力源選擇為使其能夠傳遞可無級調(diào)節(jié)的壓力。因此實現(xiàn)了裝置調(diào)節(jié)為 能夠適于多個不同的發(fā)電廠。根據(jù)又一實施例，本發(fā)明的裝置的特征在于，在增壓空氣連接件處設(shè)置壓力傳感 器、壓力計或其它用于壓力測量的裝置。壓力源常常會是在中心地布置的增壓空氣設(shè)備，該 裝置連接到與發(fā)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(shù)據(jù)收集系統(tǒng)上。根據(jù)又一實施例，本發(fā)明的裝置的特征在于，微波發(fā)生器適于產(chǎn)生1GHz到300GHz 頻率范圍內(nèi)的微波，該微波優(yōu)選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率，因為所設(shè)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(qū)間主要處于這個范圍。因此，當(dāng)希望使用該 裝置來測量飛灰中的殘余碳含量時只需要關(guān)注頻率范圍。根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的裝置的特征在于，在出口閥與微波共振腔之間設(shè)置有 用于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。入口閥處于 打開位置并且出口閥處于關(guān)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?；曳謽悠方?jīng)由灰分取樣設(shè)備返回。
根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的裝置的特征在于，在出口閥后面設(shè)置用于接收參考樣 品的容器。有利的是，提供取出灰分樣品用于進一步分析的可能性?；曳謽悠返倪@種分析 可以用來校準該裝置。在入口閥處于關(guān)閉位置且出口閥處于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(dǎo)出而進入該容器中。根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的方法的特征在于，在測量期間，產(chǎn)生1GHz到300GHz頻 率范圍內(nèi)的微波，該微波優(yōu)選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率。發(fā)現(xiàn)碳的共振頻率優(yōu)選 為2. 39GHz到2. 45GHz范圍內(nèi)。因此，當(dāng)希望使用該方法來測量飛灰中的殘余碳含量時只 需要關(guān)注頻率范圍。因此花費少得多的時間進行微波共振測量。根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的方法的特征在于，在大氣壓力下執(zhí)行第一微波共振測 量，在1巴的壓力下執(zhí)行第二微波共振測量。實際實驗已經(jīng)表明，通過在沒有打開外部壓力 源的情況下以大氣壓力執(zhí)行第一測量，并且通過在壓力源的1巴設(shè)定值下執(zhí)行第二測量， 實現(xiàn)了可靠且同時經(jīng)濟地執(zhí)行微波共振測量。


接下來參照附圖更詳細地解釋本發(fā)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(tǒng)的一部分。碳質(zhì)燃 料在例如發(fā)電廠鍋爐或其它產(chǎn)生能量的設(shè)備中燃燒產(chǎn)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(dǎo)。這個流動被引導(dǎo)到由分離器2和漏斗3組成的灰分取樣 設(shè)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 通過該漏斗3經(jīng)由入口閥4引導(dǎo)到延伸穿過微波共振腔7的樣品室8。該氣體經(jīng)由管道14 引導(dǎo)回通道16。與入口端相對的是，樣品室8設(shè)置有出口閥12，該出口閥12處于打開位置時允許 灰分進入容器13，該出口閥12處于關(guān)閉位置時阻斷樣品室8。當(dāng)出口閥12關(guān)閉時，樣品室 8中的材料水平將上升。水平檢測器6設(shè)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(guān)閉，使得樣品室8關(guān)閉，并且執(zhí)行第一測量程序。該測量程序是通過微波發(fā)生器15經(jīng)由布置在微波共振腔7中的天線10發(fā)出 微波來啟動的。也設(shè)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(fā)出和收到的微波的數(shù)據(jù)處理，可以確定位于樣品室8中的樣品的固有頻率和衰減 (attenuation) 0在執(zhí)行了第一測量程序之后，從增壓空氣源21通過增壓空氣連接件供應(yīng)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(fā)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(zhí)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。在這之后，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余碳含量。如果需要的話，可以在增大的壓實度下如上所述地重復(fù)測量頻率。當(dāng)完成測量頻率時，通過打開入口閥4，隨后通過經(jīng)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(dǎo)到容器13，那么打開出口閥12，并 且通過經(jīng)由增壓連接件5連接增壓空氣源來執(zhí)行注入增壓空氣。然后關(guān)閉出口閥12，打開 入口閥4，并且經(jīng)由增壓連接件11執(zhí)行注入增壓空氣。此后，開始新的收集循環(huán)。
權(quán)利要求
一種用于測量碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的含灰煙氣的樣品中未燃碳的裝置(22)，所述裝置(22)設(shè)計有灰分取樣設(shè)備(19)和樣品室(8)，所述樣品室(8)與所述灰分取樣設(shè)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(fā)生器(15)和微波接收器(20)，所述樣品室(8)在入口和出口處設(shè)置有閥(4，12)，并且所述樣品室(8)設(shè)置有水平測量器(6)，其特征在于，在所述入口閥(4)與所述微波共振腔(7)之間的位置處設(shè)置有用于所述樣品室(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(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，來自所述增壓空氣源(21)的壓力具有兩 個或更多的固定設(shè)定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，來自所述增壓空氣源(21)的壓力是可無 級調(diào)節(jié)的。
4.根據(jù)在前任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在所述增壓空氣連接件(5)處， 設(shè)置有壓力傳感器(23)、壓力計或其它用于壓力測量的裝置。
5.根據(jù)在前任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述微波發(fā)生器(15)用于產(chǎn)生 在1GHz到300GHz頻率范圍內(nèi)的微波，所述微波優(yōu)選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率。
6.根據(jù)在前任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在所述出口閥(12)與所述微波 共振腔(7)之間設(shè)置有用于所述樣品室(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(jù)在前任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，在所述出口閥(12)后面設(shè)置有 用于接收參考樣品的容器(13)。
8.一種用于通過對碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)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)，并且將所述樣品室填充到高于 所述微波共振腔(7)的水平，壓實所述樣品，在所述樣品上執(zhí)行微波共振測量，并且將所述 測量與基準曲線相比較來確定所述樣品中的碳含量，其特征在于，在壓實之前以第一壓力 條件和第一壓實度執(zhí)行第一微波共振測量，以第二壓力條件和第二壓實度執(zhí)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余碳含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在測量期間，產(chǎn)生1GHz到300GHz頻率范 圍內(nèi)的微波，所述微波優(yōu)選為具有2. 39GHz到2. 45GHz的頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求8-9所述的方法，其特征在于，在大氣壓力下執(zhí)行所述第一微波共振 測量，在1巴的壓力下執(zhí)行所述第二微波共振測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的含灰煙氣的樣品中未燃碳的裝置(22)，裝置(22)設(shè)計有灰分取樣設(shè)備(19)和樣品室(8)，樣品室穿過連接到微波發(fā)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(shè)置有閥(4，12)，并且設(shè)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(shè)置有用于樣品室(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(fā)明還涉及用于通過對碳質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)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(zhí)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余碳含量。
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(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)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(mào)易公司