[發明專利]氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時檢測裝置

無效

• 申請號: 200810240327.0
• 申請日: 2008-12-17
• 公開（公告）號: CN101430269A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 段泉圣;劉吉臻;楊國田
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N15/02;G01N23/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于氣固二相流檢測技術領域，特別涉及一種氣力輸送管道中煤粉濃度及相分布的實時檢測裝置

背景技術

燃煤發電廠鍋爐一次風管道是一種典型的氣力輸送管道，空氣(熱風)將固體顆粒(煤粉)輸送至爐膛，其流動屬于氣固二相流。自20世紀80年代以來，國內外學者對氣固兩相流體中固相濃度測量相繼提出并試驗了多種方法，主要包括傳熱法、熱平衡法、壓降法、電容法、靜電法、電容層析成像法、文丘里管法、微波法、輻射法等，在上述羅列的方法中，除輻射法外，其他傳感器均屬“軟場”感測型(“soft-field”sensing)，應用于電廠一次風管道風粉兩相流參數測量時，煤粉濃度測量受一次風及其他參數如溫度、濕度、壓力、連續相(空氣)流速、離散相(煤粉)細度、相分布、煤種等變化的影響，無法實現對煤粉濃度的絕對測量(absolute?measurement)；輻射法雖為“硬場”感測型(“hard-field”sensing)，可以實現對相濃度的絕對測量，但仍受流型及相分布變化的影響。應該指出的還有，在上述方法中，只有電容層析成像法(ECT)在理論上可以檢測管道橫截面上的煤粉相分布，若應用于Φ_300mm以上的工業管道，由于傳感器輸出信號過于微弱(＜10^-15F)而不能工作。正是因為缺乏獲取相分布信息的有效手段，致使相分布對判斷一次風管道中的風粉配比是否合適、送粉是否均勻，乃至管道運行是否安全的重大價值長期被忽視，被放棄。

I.R.Barratt，Y.Yan，B.Byrne等在文獻“Flow?Measurement?and?Instrumentation?11(2000)223-235，2000，11”的“Mass?flow?measurement?of?pneumatically?conveyedsolids?using?radiometric?sensor′s”一文中提出了一種基于γ射線吸收法的氣固二相流固相濃度的測量方法，線狀放射源在測量管道外放置，放射源準直器多孔、雙列、由高至低分層無盲區錯層分布，放射線經源多孔準直器后形成的柱狀平行光垂直被測流體流向透射被測管壁，照射管道內流動的氣固兩相流體再透射另一側管壁之后，通過與源準直器相配套的探測器準直器孔最終到達探測器陣列中相應的放射線檢測元件上，該元件將檢測到的放射線強度I_i轉換為標準傳輸電壓信號U_i。當管道材質、管道厚度、γ線狀放射源的放射性活度及準直器開孔面積，探測器的輸入輸出特性已知且不變時，根據物質與放射線相互作用規律，由U_i可求得被測管道橫截面上準直器第i個孔所對應的弦上的固相濃度β_i。設源準直器及相配套的探測器準直器共有n個孔，可得到n個探測器輸出相應的電壓U₁，U₂……U_i，……U_n，從而可計算出管道橫截面n個弦上的固相濃度β₁，β₂…β_i……β_n，即表征該截面上固相分布情況；對β_i進行處理，最終獲得被測管道內的固相體積濃度β值。這種方案將被測管道的橫截面分成n份，每份單獨測量，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濃度測量的影響。顯然n越大，將被測截面分割成的微元就越多，每個微元的體積就越小，將每個微元均作為固相均勻分布的空間而引起的測量誤差就越小。這種方案既獲取了被測管道橫截面上固相分布的可靠信息，又克服了濃度測量受流型及相分布變化的影響，為發電廠鍋爐一次風管道內煤粉濃度相濃度及相分布的實時檢測提供了一種可行的解決方案。然而，該方案還存在下列需完善之處：

1.燃煤電廠的一次風管道材料為鋼質，壁厚一般超過5mm，直徑大于500mm。為保證測量精確度要求，射線在穿透被測管道后仍要達到一定的強度，這種方案放射線需穿透兩層管壁，加之源準直器及探測器準直器均需要有一定的長度，這就使得射線源與探測器之間距離加大，所需的線狀γ源的放射線活度大。眾所周知，放射線源放射線活度越大，對防護的要求就越高；

2.測量設備占用現場的空間大。該方案中的線狀放射源、源準直器、被測管道、γ射線探測器準直器、射線探測陣列必須在一條垂直于被測管道的直線上排列，加上射線防護罩，所占用的空間會很大，而工藝管道初始設計時不可能考慮或兼顧這一要求，故該測量裝置的使用受到現場場地條件的限制。