二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置制造方法
【专利摘要】本实用新型是二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，是一体化的结构设计，包括等速取样设备、二维传动机构、陶瓷电加热炉、温控仪、气源管阀盒、电源�？楹泻椭骰低车群献霸谝桓龌衲�。优点：1）与传统的三维模式相比，减少了一个周向运动的平台机构，还减少了一套连动的机械装置，工作位置从12个点减少到3个点，传动总距离减少了70%以上，避免了常见的机械卡涩和传动越位及控制失灵等机械故障。抽屉式的设计，更方便安装调试和维护及手动收灰，几近免维护；2）采用陶瓷电加热炉灼烧加热，长期适应现场恶劣环境，使用寿命长；3）一体化设计，既简化了排灰系统，又优化了取样系统，进而优化整机结构，提高了测量精度和可靠性。
【专利说明】二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，适应各种配煤的测碳装置，采用等速取样与自抽式取样相结合的取样方式，利用陶瓷电加热炉加热的方法灼烧，并通过几近免维护的二维机械传动机构，连续完成对飞灰的取样、灼烧、称重测量的二维模式的电磁灼烧法飞灰在线测碳装置。
【背景技术】
[0002]近几年，由原南京大陆中电公司研发的灼烧失重法飞灰测碳已在电厂投运，灼烧法测碳能适应煤种的变化，测量精度更高。大陆公司停产后，技术完全流失到配套生产厂家，而从大陆公司走出的人员先后创办的公司销售的产品大多是采购配套厂家的产品。虽然对原系统设计有所改进，但主要是对材料应用方面的改进，整体上来说，在技术方面没有新的突破，尤其是在机械结构方面，仍然沿袭了 “三维模式”的机械结构，其传动需要转盘的周向传动结合升降平台的上下运动再辅佐以连动的位移运动才能将坩埚送到相应的测量点，还需要一个独立的排灰管路，其测量中机械传动复杂且可靠性低，故障率高，几乎难以保证在现场测量无故障运行1-2个月，我们可以说，目前在线的灼烧测碳装置，没有一台能称得上是实际应用意义上的测量设备。
【发明内容】
[0003]本实用新型提出的是一种二维平面式电加热法飞灰在线测碳装置，其目的旨在针对上述应用现状，将传动机械结构改进为简捷可靠的“二维模式”；采用陶瓷电加热炉加热的方式；改造取样管增加自抽系统，并设计了收灰与排灰一体化的�？槎丝冢∪戳硕懒⒌呐呕夜苈罚孟殖∫怯醚顾蹩掌ü祷矣胛蚁嘟岷系姆椒ㄊ迪挚焖倥呕�。可靠的机械传动设备和快速燃烧技术及高精密称重技术结合计算机处理，真正做到在线实时的检测。
[0004]本实用新型的技术解决方案:二维模式的电加热烧法飞灰在线测碳装置，其结构是一体化设计的测量机柜；所述的测量机柜是将等速取样设备、二维模式的机械传动机构、电子天平、陶瓷电加热炉、温控仪、气源管阀件盒、工控主机及电源�？楹泻献霸谝桓龌裣淠冢徊饬炕癜沧霸诖怪毖痰阑蚴撬窖痰郎纤《ǖ牟饬康闵�。
[0005]本实用新型的优点:I)将传统的机械结构“周向运动”+ “上下运动”的三维模式简化到二维模式，即只有在一个平面内的机械传动，相对于起始位置，这样的平面传动，是由上下运动的2个点和右移I个点共3个工作位置所构成，比起三维模式的传动，减少一个运动平台，还减少了一套连动的传动装置，工作位置从12个点减少到3个点,传动总距离减少70%以上，避免了常见的机械卡涩和传动越位及控制失灵等故障，能做到可靠的测量和设备使用几近免维护；2)对取样管的改进，在等速取样的基础上增加了自抽取样，当等速取样时间达到预先设置的时间(可以设置5-10分钟)，而灰量低于测量要求(可以设置1-5克)时，系统将自动启动自抽系统。自抽系统是利用现场仪用压缩空气经过减压处理后送引射管尾部，用以适量加快取样设备中的烟气流速，达到加快收灰的效果，避免无灰少灰的不可靠的测量，加快检测周期，适应范围广；3)改造了取样管路，成功设计了收灰与排灰一体化的模块端口，排灰管路借用了已现有的收灰管路，不需要配置独立且复杂的排灰系统，进一步简化了系统结构。排灰系统是直接利用现场仪用压缩空气，在开启排灰管吹灰时同步将压缩空气送入引射管尾部气源接口，采取吹吸结合的方式快速排灰。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]附图1是二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置的结构框图。
[0007]附图2是二维模式的机械传动机构示意图。
[0008]附图3是滑动托板位置结构示意图。
[0009]附图4是等速取样设备的结构示意图。
[0010]附图5是测量机柜的安装示意图。
[0011]附图中的I是垂直驱动电机、2是水平驱动电机、3是垂直传动丝杆、4是水平传动丝杆、5是垂直传动导杆(导杆共有4根)、5-1是水平传动导杆(导杆共有2根)，6是坩埚、7是滑动托板、8是运动平台、8-1是延伸平台、9是变动推杆、10是电子天平、11是抽屉轨道、12是陶瓷电加热炉、12-1是温控仪，13是收排灰管座、14是固定隔板、15是抽屉U型顶板、16是抽屉底板、17是吸气嘴、18是取样管、19旋流集尘器、20是排气管、21是调节喷管、22是引射管、23是矩形法兰、24是烟道壁、25是保温层、26是外罩壳、27是防雨棚。
【具体实施方式】
[0012]对照附图1，二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其结构包括等速取样设备、二维传动机构、温控仪、陶瓷电加热炉、电子天平、显示器、气源管阀盒、电源�？楹泻凸た刂骰�。其中等速取样设备的第一信号输入端与气源管阀盒中的A电磁阀的输出端相接，等速取样设备的第二信号输入端与气源管阀盒中的减压阀的输出端相接；减压阀的输入端与B电磁阀的信号输出端相接，B电磁阀的输入端与A电磁阀的输入端引入压缩空气；A电磁阀和B电磁阀的控制端分别与工控主机的第一信号输出端和第二信号输出端相接；工控主机的第三、第四、第五信号输出端分别与垂直驱动电机、水平驱动电机、变动推杆的控制端连接；工控主机的第六信号输入端与电子天平的信号输出端连接；工控主机的第七信号的输出端与显示器的信号输入端相接；工控主机的第八、第九信号输入端分别与锅炉启停、投油信号输出端对应相接；
[0013]工控主机的第十信号输出端与DCS的信号输入端通讯，完成相应的设置、显示(包括报警显示)、存储、打印等功能。
[0014]电加热炉的工作是独立的，加热温度通过热电偶感应送给温控仪，由温控仪12-1设定加热温度(可选择设定700°C -850°C )，实现恒温控制加热。
[0015]气源管阀盒引入现场仪用压缩空气，有二路出口，一路供给必要时的自抽灰用，另一路经减压过滤后用于排灰。
[0016]对照附图2、3，二维模式的机械传动机构装在测量机柜内，该传动机构设计在一个抽屉结构的箱内，抽屉的顶板和底板都是“U”形状，抽屉顶板15、抽屉底板16分别插入到收排灰管座13的底端及电子天平称重管上端；抽屉箱固定在抽屉轨道11上；垂直驱动电机I和垂直传动丝杆3相接，垂直传动丝杆3与运动平台8相接，垂直传动导杆5共有4根，其两端分别固定在抽屉U型顶板15、抽屉底板16上；水平驱动电机2和水平传动丝杆4 一端连接并固定在运动平台8上，水平传动丝丝杆4的另一端固定在延伸平台8-1上，延伸平台与运动平台间是螺栓连接，水平传动丝杆4与滑动托板7连接；滑动托板7与水平运动导杆5-1连接，水平运动导杆5-1有2根，固定在运动平台和延伸平台上导向；坩埚6置于滑动托板中心的圆孔内；变动推杆9固定在抽屉下方的机构底板上，且位于电加热炉的正下方，当滑动托扳右移到电加热炉下方时，能确保变动推杆能将坩埚顶入到电加热炉内。
[0017]工作时，垂直传动丝杆3带动运动平台8做上下运动，进而带动滑动托板7到相应的测量工作点，坩埚6置于滑动托板中心的圆孔内，运动平台上行带动坩埚6与收排灰管座13紧密结合，以完成收灰或排灰工序，下行让坩埚6完全落在电子天平10的称重管上完成称重工序，再返回到初始设定位置；水平传动丝杆4带动滑动托板7在运动平台上做水平方向的运动，它将坩埚送到电加热炉12的下方，继而由变动推杆9将坩埚顶入电加热炉12内加热，以完成灼烧工序。
[0018]滑动托板内，设计了 4个圆柱型孔，安装了弹性压簧，使得在收排灰点工作位置时，能产生对坩埚足够的压紧力，满足在收排灰时的坩埚与收排灰管座之间的密封要求，另夕卜，收排灰管座也有相应的压簧设计，能确保坩埚在收完灰后，能克服烟道负压的吸力，回落到滑动托板上。
[0019]用于固定导向的垂直传动导杆5共有4根，两端分别固定在抽屉顶板和抽屉底板上，采用法兰无油衬套与运动平台连接导向。水平传动导杆5-1有2根，固定在运动平台8和8-1上，采用法兰无油衬套与滑动托扳连接导向。
[0020]二维模式的传动机构，无复杂的零部件，传动稳定而不卡涩，控制简单，性能可靠，能够胜任现场环境要求，做到几近免维护。其要素是将滑动托板与运动平台间的有效连接，通过2个电机分别驱动对应的垂直、水平传动丝杆，完成平台的垂直运动和滑动托板的水平运动，这样的二维模式的传动，能够做到同时进行垂直和水平运动，但在本系统中应用简单，在水平运动时运动平台将处在设定的静止状态。测量过程只有3个工作点，相对于起始设定的位置，运动平台水平传动的最大距离< 25cm，垂直传动的最大距离< 8cm，推杆垂直传动的距离16cm。简捷的一体化结构可靠性高。
[0021]对照附图4，等速取样设备的结构，包括吸气嘴17、取样管18、旋流集尘器19、排气管20、调节管21、引射管22、矩形法兰23、收排灰管座13、固定隔板14，其中旋流集尘器19一端通过排气管20与调节管21的一端相接，调节管21的另一端与引射管22相接，旋流集尘器19的另一端与收排灰管座13相接，气嘴17装在取样管18的一端上，取样管18的另一端与旋流集尘器19相接，取样设备是通过固定隔板14与矩形法兰一端连接，矩形法兰的另一端与烟道壁焊接固定，这个固定也是对测量机柜的固定。
[0022]与传统等速取样设备不同的是(I)排气管增加设计了气源端口，用于连接压缩空气，提供自抽系统的气源，(2)是收排灰管座的设计，既能满足收灰要求，又能在排灰时提供现场经过减压过滤后的压缩空气。
[0023]由于热的烟气快速流动与外部空气形成了负压，而引射管尾部的负压要远大于取样管18尾部的负压，上述两管的尾部由调节管21调节气流对接距离，使得烟气产生了由吸气嘴17开始，经取样管到引射管尾部，通过引射管流回到烟道内的烟气流。当烟气流经过旋流集尘器19时，导致旋转流动再上升，飞灰在与旋流集尘器19内壁的反复碰撞下落到收排灰管座13。
[0024]独特的自抽系统与排灰系统，当所取灰样在预先设置的时间(3-10分钟)内低于预先设定的灰量(1-5克)时，系统将自动启动自抽系统。自抽系统是利用现场仪用压缩空气送引射管22尾部，用以加快取样速度。排灰是利用经过减压过滤后的现场仪用压缩空气，并在排灰时同步将压缩空气送入引射管尾部气源接口，采取吹吸结合的方式快速排灰，进一步简化了系统结构。
[0025]对照附图5，测量机柜安装在垂直烟道或是水平烟道上所选定的测量点上；测量机柜内包括引射管22、矩形法兰23、烟道壁24、保温层25、外罩壳26、防雨棚27，其中引射管22 —端通过调节管、排气管与旋流集尘器19相接，引射管22的另一端通过矩形法兰23与烟道壁24相接，烟道壁24上设有保温层25，保温层25上是外罩壳26，防雨棚27上是外罩壳26上；防雨棚27—端与烟道壁24焊接固定；安装支架的一端与烟道壁焊接固定，安装支架的另一端固定测量机柜，电子天平10通过四个橡胶隔离器减震后与抽屉下方的机柜隔板连接，并有相应的配重调节减震效果。所述的与矩形法兰23的连接的固定隔板，其上端用于固定取样设备，下端用于连接固定抽屉外架。
[0026]此外，其他设备部件的安装位置是，气源管阀件盒安装在机柜外，温控仪安装在电加热炉上方，电源�？楹泄潭ㄔ诓饬炕褡笙路剑ッ敛氏园沧霸诨竦拿拍诒谏希た鼗沧霸诓饬炕竦淖笙路剑氲缭茨？楹胁⒘胁贾�。
[0027]工控主机的控制信号有气源管阀箱中的2个电磁阀的开关量信号、传动机构中2个驱动电机及变动推杆的启停信号。机柜的散热风扇是独立控制的，温控仪也是独立控制的，电源盒是电源和信号电缆的转接端口。
[0028]所述的工控主机采用台湾研华生产的D2500微型工控机。
[0029]整机工作时，I)引入气源母管气源，经气源管阀箱，送出2路气源到取样设备。2)弓I入供电总电源，用于工控机、彩显、电加热炉、温控仪、排风扇、驱动电机和变动推杆。3 )弓丨入锅炉启停信号及锅炉投油信号，用于控制保护取样设备；4)实时显示测量数据包括高碳报警和设备故障报警并通讯DCS系统。
[0030]工作流程
[0031]I)空的坩埚称重；
[0032]2)收集烟道中的灰样到坩埚中；
[0033]3)检测灰量并加热烘干再高温灼烧称重；
[0034]4)计算含碳量值在现场控制柜显示并输送到DCS ；
[0035]5)排灰到烟道中；
[0036]6)进入下一次测量。
[0037]当飞灰含碳量>15%时，系统及时发出高碳报警，此时趋势曲线呈一条15%的水平线，但在数据存储中仍有实时含碳量数据记录。故障报警有堵灰报警。
[0038]实现功能
[0039]包括I)实时数值与曲线显示；2)平均数值与棒图显示；3)历史含碳量曲线追忆；4)与DCS系统通讯功能；5)含碳量数据离线浏览；6)具有手动留灰的功能；7)高碳报警与故障报警。[0040]性能参数
[0041]I)测量范围:0~30% (含碳量)
[0042]2)测量误差:±0.3%-0.4% (含碳量≤8%时)
[0043]±0.4%-0.6% (8% <含碳量≤ 15%时)
[0044]±0.6%-1.0% (15%<含碳量时)
[0045]3)检测周期:8-12分钟(视灰流量定)
[0046]4)信号输出:
[0047]模拟量——2路隔离的4~20m含碳量信号
[0048]开关量一一 2路报警干接点信号(高碳报警与故障报警)
[0049]数字量——数字信号到DCS系统(RS485)
[0050]5)信号输入:
[0051]开关量一一接受锅炉投油及启停信号
[0052]6)数据存储 >12个月
[0053]7)工作电源 220VAC，最大功率2000W
[0054]本装置领先技术主要是:由二维模式下的机械传动取代了传统的三维模式下的传动，二维运动平台的设计是简化传动机构的要素，在国内属于首创。其传动简捷，控制简单可靠，完全避免了常见且频繁的机械卡涩、传动越限、控制失灵等机械故障，能长期在恶劣环境中可靠地工作，做到几近免维护。此外，对收排灰管路的改进设计独到，使得收灰管路与排灰管路能有序的配合，进一步简化了机械结构。其应用在国内属于技术领先。
[0055]目前国外还没有采用“灼烧失重法”实现对飞灰的在线测碳的设备，而国内使用的灼烧测碳装置都是采用原大陆中电公司设计的“三维模式”的传动机构，从实际使用效果来看，运行无法避免机构卡涩、传动越限、控制失灵等频繁故障，甚至难以做到无故障运行I个月。因此，我们发明的二维模式的传动机构，对灼烧失重法在线测量飞灰含碳量，有着十分重要的实用价值，它让传统的灼烧测碳装置提升到真正意义上的在线测量装置，能做到几近免维护。在线提供可靠的含碳量数据，是火力发电厂优化燃烧节能降耗的重要依据，它的普遍应用必将带来十分巨大的安全经济效益和相应的社会效益。
【权利要求】
1.二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其特征是一体化设计的测量机柜；所述的测量机柜是将等速取样设备、二维模式的机械传动机构、电子天平、陶瓷电加热炉、温控仪、工控主机及电源�？楹泻献霸谝桓龌裣淠冢徊饬炕癜沧霸诖怪毖痰阑蚴撬窖痰郎纤《ǖ牟饬康闵希凰龅亩Ｊ降幕荡梗霸谝桓龀樘虢峁沟南淠冢樘氲亩グ搴偷装宥际恰癠”形状，抽屉U型顶板、抽屉底板分别插入到收排灰管座的底端及电子天平称重管上端；抽屉箱体固定在抽屉轨道上；垂直驱动电机和垂直传动丝杆相接，垂直传动丝杆与运动平台相接，垂直传动丝杆、垂直传动导杆共有4根，垂直传动导杆的两端分别固定在抽屉U型顶板、抽屉底板上；水平驱动电机和水平传动丝杆的一端连接并固定在运动平台上，水平传动丝杆的另一端固定在延伸平台上，水平传动丝杆与滑动托板连接，坩埚置于滑动托板中心的圆孔内；滑动托板运动由水平传动导杆导向，水平传运动导杆有2根，固定在运动平台及延伸平台上；变动推杆固定在抽屉下方的机构底板上，且位于电加热炉的正下方。
2.根据权利要求1所述的二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其特征所述的测量机柜内的等速取样设备的第一信号输入端与气源管阀盒中的A电磁阀的输出端相接，等速取样设备的第二信号输入端与气源管阀盒中的减压阀的输出端相接；减压阀的输入端与B电磁阀的信号输出端相接，B电磁阀的输入端与A电磁阀的输入端引入压缩空气；A电磁阀和B电磁阀的控制端分别与工控主机的第一信号输出端和第二信号输出端相接；工控主机的第三、第四、第五信号输出端分别与垂直驱动电机、水平驱动电机、变动推杆的控制端连接；工控主机的第六信号输入端与电子天平的信号输出端连接；工控主机的第七信号的输出端与显示器的信号输入端相接；工控主机的第八、第九信号输入端分别与锅炉启停、投油信号输出端对应相接；工控主机的第十信号输出端与DCS的信号输入端通讯。
3.根据权利要求1所述的二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其特征所述的二维模式的机械传动机构中的滑动托板内，设有4个圆柱型孔，安装弹性压簧。
4.根据权利要求1所述的二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其特征所述的等速取样设备的结构，包括吸气嘴、取样管、旋流集尘器、排气管、调节管、引射管、矩形法兰、收排灰管座、固定隔板，其中旋流集尘器一端通过排气管与调节管的一端相接，调节管的另一端与引射管相接，旋流集尘器的另一端与收排灰管座相接，气嘴装在取样管的一端上，取样管的另一端与旋流集尘器相接，取样设备是通过固定隔板与矩形法兰一端连接，矩形法兰的另一端与烟道壁焊接固定。
5.根据权利要求4所述的二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其特征所述的引射管一端通过调节管、排气管与旋流集尘器相接，引射管的另一端通过矩形法兰与烟道壁相接，烟道壁上设有保温层，保温层上是外罩壳，防雨棚在外罩壳上；防雨棚一端与烟道壁焊接固定；烟道壁焊接固定安装支架的一端，安装支架的另一端固定测量机柜。
6.根据权利要求1所述的二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其特征所述的电子天平通过四个橡胶隔离器与抽屉下方的机柜隔板连接。
7.根据权利要求1所述的二维模式的电加热法飞灰在线测碳装置，其特征所述的运动平台水平传动的最大距离< 25cm，垂直传动的最大距离< 8cm，推杆垂直传动的距离16cm。
【文档编号】G01N5/04GK203811497SQ201420016451
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】陆宇平 申请人:陆宇平
专业数控铣床产品供应商
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