Система определения содержания горючих элементов в летучей золе

 

Использование: в теплоэнергетике, позволяет упростить конструкцию и повысить точность измерений. Сущность изобретения: в устройстве используется заборное устройство с входным щелевым отверстием, образованным пластинами. Условие изокинетичности при отборе твердых частиц выполняется за счет инжекционного эффекта в сопле. Узкая часть сопла сообщена с заборным устройством через отверстие. Частицы скапливаются в седле клапана за расчетный промежуток времени. По истечении этого промежутка подается управляющий импульс с генератора, через преобразователь на катушку 8, которая прижимает измерительную трубку к седлу втягиванием дна. Частицы осыпаются в измерительную трубку с дном, где происходит измерение недожога датчиком количества углерода и массы порции частиц под дном. Отвод частиц в газоход производится через трубку за счет перепада давления с атмосферой. 7 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано, в частности, при автоматизации процессов горения.

Известно устройство для измерения недожога топлива в топке котлоагрегата, содержащее фотопреобразователь и линзу, установленные в камере датчика, источник избыточного давления воздуха, измерительный канал с охлаждаемыми стенками и экраном, блок измерения импульсного сигнала и преобразователь температурного излучения частицы.

Недостатком устройства является низкая точность измерений и невозможность измерения массового выброса твердых частиц.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является система определения содержания горючих элементов в летучей золе при сжигании пылевидного топлива в топочной камере котлоагрегата, включающая последовательно соединенные по ходу движения пробы золы заборное устройство, циклон и шлюз, а также порционный дозатор, блок дифференциально-термического анализа, блок управления и вторичный прибор.

Недостатком системы является сложность конструкции и низкая точность измерений за счет малой достоверности отбора пробы золы. Сложность конструкции определяется металлоемкостью циклона и шлюза, а низкая достоверность отбора - несоблюдением условия изокинетичности в месте отбора пробы золы.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерений за счет увеличения достоверности отбора пробы.

Это достигается тем, что в системе определения содержания горючих элементов в летучей золе при сжигании пылевидного топлива в топочной камере котлоагрегата, включающей заборное устройство, блок управления с генератором импульсов, вторичный прибор, дозатор, выполненный в виде последовательно установленных дозирующего с электромагнитом управления и весового бункеров, при этом последний имеет электромагниты фиксации и выгрузки электромагнитных весов с датчиком перемещения. Дозирующий и весовой бункеры выполнены в виде корпуса, в котором размещены верхний и нижний клапаны с седлами. Между верхним клапаном и нижним седлом установлена ограничивающая решетка для верхнего клапана, нижний клапан выполнен в виде измерительной трубки с датчиком количества углерода, нижний торец которой поджат подпружиненным конусным дном со штоком.

На корпусе блока установлен регулируемый ограничитель вертикального перемещения измерительной трубки, нижняя часть корпуса блока сообщена через соединительную трубку с полостью газохода, шток конусного дна введен в направляющую трубку, сообщенную с атмосферой, установленную вертикально в дне корпуса и охваченную датчиком перемещения штока и нижней катушки электромагнита выгрузки электромагнитных весов. Верхняя и средняя катушки электромагнитов фиксации размещены на высотах седел соответственно верхнего и нижнего клапанов, конусное дно выполнено из магнитного материала и установлено с возможностью взаимодействия с катушкой электромагнита фиксации нижнего клапана, каждая электромагнитная катушка подключена через преобразователь к выходу генератора импульсов, выходы датчиков количества углерода и перемещения штока конусного дна подключены соответственно через преобразователь и ключ к вторичному прибору.

Управляющий вход каждого ключа соединен с выходом генератора импульсов, при этом на высоте заборного устройства выполнено продольное отверстие, на стенках которого параллельно закреплены две направляющие пластины, газоотводящая трубка размещена по длине заборного устройства и выполнена с перфорированными стенками, выходной конец газоотводящей трубки сообщен через поперечное отверстие в узком сечении сопла и выходное отверстие последнего - с полостью газохода. Входное отверстие сопла сообщено с атмосферой через соединительную трубку, заборное устройство с газоотводящей трубкой и сопло размещены в полости газохода под углом большим естественного откоса частиц твердого топлива.

На фиг. 1 изображена система определения содержания горючих элементов в летучей золе; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - блок управления; на фиг. 6 - циклограмма работы блока управления; на фиг. 7 - вариант выполнения выходной схемы блока управления.

Система содержит заборное устройство 1, размещенное в газоходе 2, генератор 3 импульсов, блок управления 4 с корпусом 5 и направляющей трубкой 6, охваченных катушками 7, 8, 9 электромагнитов, подключенными через преобразователи 10, 11, 12 к выходам генератора 3. В корпусе 5 размещены верхний 13 и нижний клапаны с седлами 14, 15. Между верхним клапаном 13 и нижним седлом 15 установлена ограничивающая решетка 16 для верхнего клапана 13. Нижний клапан выполнен в виде измерительной трубки 17 с датчиком 18 количества углерода, нижний торец которой поджат подпружиненным конусным дном 19 со штоком. На корпусе 5 установлен регулируемый ограничитель 20 вертикального перемещения измерительной трубки 17, нижняя часть корпуса 5 сообщена через соединительную трубку 21 с полостью газохода. Направляющая трубка 6 охвачена обмотками датчиками 22 перемещения штока конусного дна 19. Выходы датчиков 18, 22 соединены соответственно через преобразователи 23, 24 и ключи 25, 26 с вторичными приборами (на чертеже не показаны).

По длине заборного устройства 1 выполнено продольное щелевое отверстие 27, на стенках которого параллельно закреплены две направляющие пластины 28, 29, газоотводящая трубка 30 размещена по длине заборного устройства 1 и выполнена с перфорированными стенками. Выходной конец газоотводящей трубки 30 сообщен через поперечное отверстие 31 в узком сечении сопла 32 и выходное отверстие 33 последнего - с полостью газохода. Входное отверстие 34 сопла 32 сообщена с атмосферой через соединительную трубку 35.

В варианте выполнения блока управления использован элемент памяти 36 и вычитатель 37.

Работает устройство следующим образом.

Частицы золы в газоходе, попадая через щелевое отверстие, образованное пластинами 28, 29, в полость заборного устройства 1 и соударяясь с цилиндрической стенкой последнего, перемещаются к корпусу блока управления. Выполнение условий изокинетически (отсасывания газовой составляющей) определяется инжекционным эффектом в сопле 32, через который просасывается воздух из атмосферы за счет перепада давления между последней и полостью газохода. Скорость истечения воздуха в сопле 32 зависит от указанного перепада давления, отсюда расход газа из полости канала 1 через трубку 30 также связан с давлением в газоходе, что определяет автоматическое регулирование степени отсасывания газа из канала 1 в зависимости от расхода (давления) дымовых газов в газоходе. Условие изокинетичности выполняется экспериментальной подгонкой размеров сопла 32 и отверстия 31 до выравнивания давлений в газоходе и канале 1.

Указанные работы проводятся только при разработке конструкции узлов устройства и необходимость их проведения определяются совмещением узлов устройства (размеров канала, отверстий и т. д. ).

Газоотводящая трубка 30 выполнена с перфорированным стенками и размещена по длине канала 1 ниже щелевого отверстия 27, т. е. в той полости, где частицы, потеряв при соударении со стенками канала 1 основную часть кинетической энергии, свободно попадают на нижнюю часть канала 1. Установка узла с соплом 32 и газоотводящей трубкой 30 в полости газохода имеет возможности конденсации газа на поверхности последней, что обуславливает работоспособность устройства, т. е. возможность отделения частиц от газа в сухом состоянии.

Попадая в нижнюю часть канала 1, частицы осыпаются в седло 14 клапана 13, где скапливаются за расчетный промежуток времени (О-1) (см. фиг. 6). Клапан 13 прижимается к седлу 14 при подаче управляющего напряжения с генератора 3 через преобразователь 10 на катушку 7. Промежуток времени (0-1) зависит от расхода твердых частиц в газоходе и сечения щелевого отверстия 27 и может достигать 30 мин. По истечении указанного промежутка времени подается управляющий импульс с генератора 3 через преобразователь 11 на катушку 8, которая прижимает измерительную трубку 17 к седлу 15 втягиванием дна 19. Одновременно катушка 8 обуславливает открытие клапана 13, который даже при снятии напряжения с катушки 7 прижимается к седлу за счет отсасывающего эффекта полости газохода.

Накопившаяся доза твердых частиц и текущий расход твердых частиц за период (1-2) ссыпается в полость трубки 17 с дном 19. Клапан 13 в этот период располагается на решетке 16. Для исключения оседания твердых частиц на поверхности 16 и клапана 13 целесообразно на катушку 8 подавать импульс 0-1 модулированной частотой, например 50 Гц, что также позволяет размагничивать материал клапана 13 и седла 14. В период времени 2-5 на катушку 7 поступает следующий управляющий импульс (U₁₀), который обуславливает закрытие клапана 13 и отбор новой дозы в полости седла 14. За этот период времени (2-5) в полости под клапаном 13 производятся следующие операции: опускается измерительная трубка 17 с дном 19 под действием собственной массы, так как с катушки 8 снято напряжение (период 2-3 на U₂₃, U_24, см. фиг. 6); измеряется вес измерительной трубки 17 с дном 19 по перемещению штока конусного дна 19 (U₂₄) двумя дифференциально включенными катушками 22; измеряется количества углерода датчиком 18 и преобразователем 23 (U₂₃); опускается измерительная трубка 17 до упора 20 и происходит отрыв дна 19 от торца измерительной трубки 17 под действием катушки 9 (период 3-4 U₁₂). Кроме того, полость измерительной трубки 17 освобождается от твердых частиц через трубку 21 в газоход за счет отсасывающего эффекта, обусловленного перепадом давления в газоходе и атмосфере через щель в трубке 6 между штоком дна 19 Конусная поверхность дна 19 улучшает эффективность ссыпания частиц и их уноса.

Измерение веса измерительной трубки 17 с дном 19 осуществляется за счет сжатия пружины под дном 19, которая отградуирована в единицах массы. Величина перемещения измерительной трубки 17 с дном 19 пропорциональна их массе, что фиксируется датчиком перемещения с катушками 22, например встречно включенными, и после преобразования этот сигнал поступает через ключ 26 (открытый разрешающим импульсом 2-3) на вторичный прибор (на чертеже не показан).

Измерение количества углерода (недожога твердого топлива) осуществляется также в период (2-3) датчиком 18, выполненным, например, в виде длинной линии, т. е. однослойной катушки, приклеенной к внутренней поверхности измерительной трубки 17 по высоте примерно 0,1 высоты последнего, однозначно заполняемой твердыми частицами (в придонной части). Резонансная частота (ω_о) этой катушки однозначно связана с диэлектрической проницаемостью.

= , где ω_о - резонансная частота пустой измерительной трубки.

В качестве второго электрода (заземленного) может использоваться осевой стержень, закрепленный на решетке 16. Для уменьшения влияния шунтирующих емкостей трубку 6 и измерительную трубку 17 целесообразно выполнить из диэлектрика.

Резонансная частота катушки 18 измеряется преобразователем 23, выполненным как генератор, настроенным на резонансную частоту катушки 18 и изменяющим свои выходные параметры (амплитуду, частоту) в зависимости от емкостно-индуктивных параметров катушки 18. Связь ε с величиной недожога (количества углерода) осуществляется натурной градуировкой.

Возможно также измерение недожога прямым методом, т. е. дожиганием твердых частиц в измерительной трубке 17. В этом случае катушка 18 выполнена как спираль нагревателя, а преобразователь 23 - как источник тока, осуществляющий питание в момент открытия ключа 25. Циклограмма по U₂₃, U₂₄ изменится, так как моменты срабатывания ключей 25, 26 сместятся. После отключения U₁₁ будет производиться опускание измерительной трубки 17 с дном 19 и их первое взвешивание, далее нагрев измерительной трубки 17 до температуры сгорания твердого топлива и повторное взвешивание измерительной трубки 17 с дном 19. Полученные два сигнала с датчика перемешивания 22 вычитаются в блоке 37, результатом которого является величина недожога твердого топлива. Для синхронизации двух сигналов веса вводится элемент памяти 36 со сбросом информации в момент поступления управляющего сигнала на катушку 9 (U₁₂).

Формула изобретения

СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГОРЮЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЕ при сжигании пылевидного топлива в топочной камере котлоагрегата, содержащее заборное устройство, блок управления с генератором импульсов, вторичный прибор, дозатор, выполненный в виде последовательно установленных дозирующего с электромагнитом управления и весового бункеров, при этом последний имеет электромагниты фиксации и выгрузки с катушками электромагнитных весов и датчиком перемещения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения путем увеличения достоверности отбора пробы, она снабжена двумя соединительными трубками, направляющей трубкой, двумя направляющими пластинами, газоотводящей трубкой, преобразователями, ключами, соплом и датчиком перемещения штока, дозирующий и весовой бункеры установлены в едином корпусе, имеющем верхний и нижний клапаны с седлами, и ограничивающую решетку для верхнего клапана между последними, нижний клапан выполнен в виде измерительной трубки с датчиком количества углерода, подпружиненным конусным дном со штоком и регулируемым ограничителем вертикального перемещения, установленным на корпусе, нижняя часть которого сообщена через первую соединительную трубку с полостью газохода, шток конусного дна введен в направляющую трубку, сообщенную с атмосферой, установленную вертикально в дне корпуса и охваченную датчиком перемещения штока и нижней катушкой электромагнита выгрузки электромагнитных весов, верхняя и средняя катушки электромагнитов фиксации размещены на высотах седел соответственно верхнего и нижнего клапанов, конусное дно выполнено из магнитного материала и установлено с возможностью взаимодействия с катушкой электромагнита фиксации нижнего клапана, каждая электромагнитная катушка подключена через преобразователь к выходу генератора импульсов, выходы датчиков количества углерода и перемещения штока конусного дна подключены соответственно через преобразователь и ключ к вторичному прибору, управляющий вход каждого ключа соединен с выходом генератора импульсов, при этом заборное устройство имеет продольное щелевое отверстие, на стенках последнего закреплены две направляющие пластины, газоотводящая трубка размещена по длине заборного устройства и выполнена с перфорированными стенками, выходной конец газоотводящей трубки соединен через сопло с полостью газохода, входное отверстие сопла сообщено с атмосферой через вторую соединительную трубку, заборное устройство с газоотводящей трубкой и сопло размещены в полости газохода под углом, большим естественного отсоса частиц твердого топлива.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7