CN107664588A - 煤粉等速取样方法及取样装置 - Google Patents
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Abstract
一种煤粉等速取样方法及取样装置，取样方法采用静电测速方式测量煤粉管道内及被抽进取样管内的煤粉流速，通过调节取样管内的抽气压力使两个煤粉流速相等时进行取样；取样装置包括负压抽气机构：用于将煤粉管道内的煤粉抽进取样管内腔，包括抽气管，抽气管与取样管之间安装抽气器；取样收集机构：用于收集进入取样管内的煤粉；静电测速机构：用于测量煤粉管道内的煤粉流速及被抽进取样管内的煤粉流速；PID调节机构：用于调节取样管内抽气压力，使煤粉管道中的煤粉流速和取样管内的煤粉流速相等。本发明适用于一次风管道中煤粉取样，实现准确的等速取样，可以减小取样误差，煤粉取样具有代表性，取样装置结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及煤粉取样技术领域，尤其涉及一种对煤粉的等速取样方法及取样装置。
背景技术
随着国家对火力发电机组环保和节能要求的逐步提高，采用直吹式制粉系统的大型机组得到了广泛应用。在直吹式制粉系统中，一台磨煤机同时有多根煤粉管道，而各煤粉管道的煤粉流速、浓度、细度存在着差异，并且这些经济参数时刻影响着电厂锅炉的效率，所以需要对煤粉进行实时准确取样进行测量，从而对锅炉设备进行适当的调整和维护，提高锅炉的安全性以及电厂运行的经济性。煤粉取样逐渐成为电厂节能减排的关键技术而受到重视。
直吹式制粉系统由于不存在煤粉仓，需要从煤粉管道中抽取煤粉试样进行测定，目前煤粉取样是利用取样探头从煤粉管道中取出风粉混合物，用分离设备将这部分风粉混合物中的煤粉分离出来进行称重或筛分，因此如何从煤粉管道中取得具有代表性的煤粉试样成为工作的关键。
对气固两相的含尘气体进行取样时，不同情况煤粉取样偏差会出现以下四种情况：取样煤粉速度等于煤粉管道中的实际煤粉速度；取样煤粉速度小于实际煤粉速度；取样煤粉速度大于实际煤粉速度；取样煤粉速度虽与实际煤粉速度相等，但取样探头没有正对着实际煤粉速度的气流方向。后三种情况都会使取样探头进口附近的气流流线改变方向。由于固体颗粒的密度比气体颗粒的密度大得多，所以当取样时，取样煤粉速度和实际煤粉速度不相等时，固体颗粒会因惯性力的作用而脱离弯曲的气流流线，造成取样误差。只有当取样煤粉速度与实际煤粉速度相等时，所取样品的数量和大小才与实际一致。
通过长期的煤粉取样实践，认为要保证煤粉取样的代表性，必须要遵守两条原则。首先是全截面取样：如AKOMA等速取样装置规定代表点即在煤粉管道的圆形截面上划分出多个等面积的同心圆环，再将每个圆环分成相等面积的两部分，代表点均匀分布于新分成的两个同心圆环的分界线上；其次是等速取样。之前传统的等速取样装置均采用静压法，其包括静压平衡式等速取样弯头式取样枪，取样枪前端设有取样探头，参考图1所示，取样探头1'的外侧开设有第一测压孔2'，用于测量煤粉管道4'内腔实际煤粉气流的静压p0，取样探头1'的内侧开设有第二测压孔3'，用于测量取样探头1'内的取样煤粉气流的静压pn。若认为被取样气体为理想流体，不考虑阻力的影响，根据伯努里方程：
--实际煤粉速度，m/s；
--取样煤粉速度，m/s；
--实际煤粉气流的静压，pa；
--取样煤粉气流的静压，pa；
--煤粉管道内的气体密度，kg/m3;
--取样探头内气体密度，kg/m3。
气体被吸入前、后温度相同，取样探头1'内、外的气体密度相等， = 。当取样探头1'内的取样煤粉气流的静压和取样探头1'外的实际煤粉气流的静压相等，即 = 时，由上式可得 = ，即取样煤粉速度与实际煤粉速度相等，可以实现等速取样。
再结合图1所示，上述煤粉等速取样装置的取样探头1'伸入煤粉管道4'内腔，当第一测压孔2'、第二测压孔3'入口处的静压差刚好为零时，即连接第一测压孔2'、第二测压孔3'上的微压计检测的Δp=0，在稳态流中，静压和动压之和为常数。因而第一测压孔2'与第二测压孔3'上的压强相等，因此第一测压孔2'、第二测压孔3'入口处的气流速度与入口周围的速度认为相等,从而实现等速取样。
但上述煤粉等速取样装置的取样方法存在以下缺点：
1、上述等速取样方法是在阻力忽略不计的理论前提下建立的，在现实中难以成立；
2、由于第一测压孔2'、第二测压孔3'极易堵塞无法实现等速，影响取样的准确性；
3、事实上煤粉管道4'截面存在着速度差，从而等速过程不成立；
4、在第一测压孔2'、第二测压孔3'与轴心形成的平面上取样是平行于煤粉管道4'中的气流流线的，在其它点取样时，取样探头1'与煤粉管道4'中的气流呈现一定角度，最外点与气流呈21°～23°，造成取样误差；
5、在进行煤粉管道4'的水平管取样时，如果出现煤粉沉积时，因为抽吸沉积煤粉会使取样量严重偏离实际分布，影响煤粉取样的代表性；
6、取样装置结构复杂，自动平衡与吹扫设计比较复杂；试验时需要的取样时间很长，工作量大。
因此，如何开发出一种新的煤粉等速取样方法及取样装置，其可以减小取样误差，使煤粉取样具有代表性，结构简单、操作简便，这是本发明人潜心研究的课题。
发明内容
为了克服传统等速取样方法存在的缺陷，本发明提出了一种新型的取样方法及装置。采用静电测速方式测量煤粉管道内的煤粉流速及被抽进取样枪的取样管内煤粉流速，通过调节取样管内的抽气压力使两个煤粉流速相等时进行取样。
优选地，所述静电测速方式采用在取样探头及所述取样管上分别安装静电传感器，两个所述静电传感器通过对带电颗粒感应产生感应信号，对感应信号分别进行计算和处理得到煤粉管道和取样管内的煤粉流速，再把流速信号的大小传输给PID调节机构进行调节，使煤粉管道和取样管内的煤粉流速相等。
优选地，调节抽气压力是通过PID调节机构接收并比较两个所述流速信号的大小，调节所述取样管内的抽气压力使两个流速信号大小相等。
一种煤粉等速取样装置，其中包括：
负压抽气机构：用于将煤粉管道内的煤粉抽进取样枪的取样管内腔，包括抽气管，所述抽气管与取样管之间安装有抽气器；
取样收集机构：用于取样收集进入所述取样管内的煤粉；
静电测速机构：用于测量煤粉管道内的煤粉流速及被抽进所述取样管内的煤粉流速；
PID调节机构：用于调节所述取样管内的抽气压力，使煤粉管道中的煤粉流速和取样管内的煤粉流速相等。
优选地，所述取样收集机构包括取样枪，所述取样枪的取样管伸入煤粉管道的一端连接取样探头，所述取样探头上设有取样孔，所述取样管另一端与至少一级旋风分离器连通，所述旋风分离器下端分别连接一个收集瓶。
优选地，所述取样探头的前端为平头状或弯头状或旋转头状，所述取样孔设置于取样探头的前端，所述平头状或弯头状取样探头通过所述取样孔依次采集煤粉管道内腔的取样点，所述取样点为煤粉管道横截面分成的多个等面积同心圆环与直径的交点。
优选地，还包括乏气回吹管，所述乏气回吹管安装于煤粉管道与抽气器之间。
优选地，所述静电测速机构包括两个静电传感器，两个所述静电传感器分别安装在取样探头前端和取样管上，两个所述静电传感器通过对带电颗粒感应产生感应信号，对感应信号分别进行计算和处理得到煤粉管道和取样管内的煤粉流速，再把流速信号的大小传输给PID调节机构进行调节，使煤粉管道和取样管内的煤粉流速相等。
优选地，所述PID调节机构包括PID控制器和电动调节阀，所述电动调节阀安装在所述抽气管的悬置端，所述电动调节阀开度受PID控制器所控制，通过调节所述抽气器入口的气压，从而改变煤粉抽吸的速度。
优选地，还包括PLC自动控制机构，所述PLC自动控制机构包括控制PID调节机构工作及滑台结构工作的PLC控制器，所述滑台结构包括与取样管平行设置的滑台，所述滑台与取样管之间连接有推杆，所述滑台与由PLC控制器控制的电机连接，当电机工作时，带动所述取样管沿煤粉管道径向进出的直线运动。
采用上述方案后，本发明煤粉等速取样方法及取样装置具有以下优益效果：
1、通过采用静电测速方式对煤粉管道及取样枪的取样管内煤粉流速进行检测，从而实时调整两个煤粉流速大小相等，实现实时等速取样，这种方法克服了传统取样设备中在线煤粉取样误差的缺点，其取样具有代表性，提高了取样的准确性；
2、本发明煤粉等速取样方法适用于风、粉两相流的取样，整个过程中PID调节机构可根据实际情况自动或手动调节完成，使得煤粉管道与取样管中的煤粉流速相等，减小了取样误差，提高了取样的精确性；
3、本发明煤粉等速取样装置结构简单，取样时间短；
4、本发明煤粉等速取样装置通过按等面积原理把煤粉管道的横截面分成多个等面积同心圆环，直径与圆环交点处定为取样点，即定点取样，通过PLC控制器控制推动推杆，从而使推杆推动取样管，使取样探头上的取样孔依次停留在取样点上，每点取样2-3分钟，在一个取样周期内实现定时定点取样，使取得的样品更具有代表性。
附图说明
图1为现有煤粉等速取样装置对煤粉进行取样的结构示意图；
图2为本发明煤粉等速取样装置实施例一结构示意图；
图3为本发明煤粉等速取样装置实施例一的取样探头在煤粉管道内的取样点分布示意图；
图4为本发明煤粉等速取样装置实施例二结构示意图；
图5为本发明煤粉等速取样装置实施例三结构示意图；
图6为本发明煤粉等速取样装置实施例四结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。
如图2所示本发明煤粉等速取样装置实施例一结构示意图，包括：
负压抽气机构：用于将煤粉管道1内的煤粉抽进取样枪的取样管2内腔，包括抽气管3，抽气管3与取样管2之间安装负压抽气器4；
取样收集机构：用于取样收集进入取样枪取样管2内的煤粉，其包括取样枪，取样枪的取样管2伸入煤粉管道1的一端固定连接有取样探头5，取样探头5的前端为平头状或弯头状或旋转头状，本实施例取样探头5的前端为平头状。取样探头5的前端设置有取样孔16。该取样探头5通过取样孔16依次采集煤粉管道1内腔的取样点17，参考图3所示，取样点17为煤粉管道1的横截面分成的多个等面积同心圆环与直径的交点。取样管2位于煤粉管道1外的另一端与至少一级旋风分离器6连通，本实施例采用两级旋风分离器6，两级旋风分离器6的下端分别连接一个收集瓶7；
静电测速机构：用于测量煤粉管道1内的煤粉流速及被抽进取样管2内的煤粉流速，静电测速机构包括两个静电传感器8，两个静电传感器8分别安装在取样探头5的前端和取样管2上，两个静电传感器8通过对带电颗粒感应产生感应信号，对感应信号分别进行相关的计算和处理后得到煤粉管道1和取样管2内的煤粉流速，再把流速信号的大小传输给PID调节机构进行调节，通过PID调节机构比较两个流速信号大小并实时调节取样管2内的抽气压力，使煤粉管道1和取样管2内的煤粉流速相等，从而实现等速取样；
PID调节机构：用于调节取样管2内的抽气压力，使煤粉管道1中的煤粉流速和取样管2内的煤粉流速相等，PID调节机构包括PID控制器9和电磁阀10，电磁阀10安装在抽气管3的悬置端（即高速气流入口端），电磁阀10的开度受PID控制器9所控制。
上述实施例的煤粉等速取样方法包括如下步骤：
（1）取样前由抽气器4抽气对取样枪的取样管2内腔进行吹扫，除去取样管2内腔残留的煤粉，使取样管2的内腔畅通；
（2）将取样管2及其上的取样探头5伸进煤粉管道1内腔中；
（3）打开抽气管3上的电磁阀10，PID调节机构的PID控制器9根据两个静电传感器8的感应信号分别计算出煤粉管道1内的煤粉流速V0和取样管2内煤粉流速V1差值大小，并手动调整电磁阀10的开度，从而控制取样管2内的抽气压力，使得煤粉管道1和取样管2中的煤粉流速相等；
（4）使取样探头5上的取样孔16依次停留在取样点17上，每个取样点17取样2-3分钟，在一个取样周期内实现定时定点取样；
（5）将取样管2及其上的取样探头5均退出煤粉管道1，取样过程完毕。
如图4所示本发明煤粉等速取样装置实施例二结构示意图，其大部分结构与上述实施例一的结构相同，相同之处不再赘述，不同之处是：该取样装置还包括乏气回吹管15，乏气回吹管15安装于煤粉管道1与抽气器4之间。取样探头5和乏气回吹管15的出口端均由陶瓷耐磨材料制成，取样管2上具有耐磨内衬。
本实施例的煤粉等速取样方法与上述实施例一的取样方法基本相同，只是本实施例通过设置乏气回吹管15，使测量完的煤粉颗粒通过乏气回吹管15直接回吹到煤粉管道1内，不存在煤粉的泄露，实现零污染。
如图5所示本发明煤粉等速取样装置实施例三结构示意图，包括：
负压抽气机构：用于将煤粉管道1内的煤粉抽进取样枪的取样管2内腔，包括抽气管3，抽气管3与取样管2之间安装负压抽气器4；
取样收集机构：用于取样收集进入取样枪取样管2内的煤粉，其包括取样枪，取样枪的取样管2伸入煤粉管道1的一端固定连接有取样探头5，取样探头5的前端为平头状或弯头状或旋转头状，本实施例取样探头5的前端为平头状。取样探头5的前端设置有取样孔16。该取样探头5通过取样孔16依次采集煤粉管道1内腔的取样点17，参考图3所示，取样点17为煤粉管道1的横截面分成的多个等面积同心圆环与直径的交点。取样管2位于煤粉管道1外的另一端与至少一级旋风分离器6连通，本实施例采用两级旋风分离器6，两级旋风分离器6的下端分别连接一个收集瓶7；
静电测速机构：用于测量煤粉管道1内的煤粉流速及被抽进取样管2内的煤粉流速，静电测速机构包括两个静电传感器8，两个静电传感器8分别安装在取样探头5的前端和取样管2上，两个静电传感器8通过对带电颗粒感应产生感应信号，对感应信号分别进行相关的计算和处理后得到煤粉管道1和取样管2内的煤粉流速，再把流速信号的大小传输给PID调节机构进行调节，通过PID调节机构比较两个流速信号大小并实时调节取样管2内的抽气压力，使煤粉管道1和取样管2内的煤粉流速相等，从而实现等速取样；
PID调节机构：用于调节取样管2内的抽气压力，使煤粉管道1中的煤粉流速和取样管2内的煤粉流速相等，PID调节机构包括PID控制器9和电磁阀10，电磁阀10安装在抽气管3的悬置端（即高速气流入口端），电磁阀10的开度受PID控制器9所控制。
PLC自动控制机构：包括控制PID调节机构工作及滑台结构工作的PLC控制器11，滑台结构包括与取样管2平行设置的滑台12，滑台12与取样管2之间垂直连接有推杆13，滑台12与由PLC控制器11控制的电机14连接，当电机14工作时，带动滑台12内部的螺旋运动转化为推杆13、推杆13上连接的取样管2及取样探头5沿煤粉管道1径向的直线运动，从而实现自动控制取样管2进出煤粉管道1；
还包括乏气回吹管15，乏气回吹管15安装于煤粉管道1与抽气器4之间。取样探头5和乏气回吹管15的出口端均由陶瓷耐磨材料制成，取样管2上具有耐磨内衬。
上述实施例的煤粉等速取样方法包括如下步骤：
（1）取样前由PLC控制器11控制电磁阀10开启，由抽气器4抽气对取样管2内腔进行吹扫，除去取样管2内腔残留的煤粉，使取样管2的内腔畅通；
（2）由PLC控制器11控制电机14工作，带动滑台12上的推杆13沿煤粉管道1的径向做直线运动，使取样管2及其上的取样探头5进入煤粉管道1中；
（3）由PLC控制器11控制打开抽气管3上的电磁阀10，PID调节机构的PID控制器9根据两个静电传感器8的感应信号分别计算出煤粉管道内的煤粉流速V0和取样管内煤粉流速V1差值大小自动地调整电磁阀10的开度，从而控制取样管2内的抽气压力，使得煤粉管道1和取样管2中的煤粉流速相等；
（4）PLC控制器11控制推动推杆13，使取样探头5上的取样孔16依次停留在取样点17上，每个取样点17取样2-3分钟，在一个取样周期内实现定时定点取样；
（5）PLC控制器11控制电磁阀10关闭，PLC控制器11控制电机14工作，带动滑台12上的推杆13沿煤粉管道1的径向做直线运动，使取样管2及其上的取样探头5均退出煤粉管道1，取样过程完毕。
如图6所示本发明煤粉等速取样装置实施例四的大部分结构与上述实施例三的结构相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：本实施例中取样管2伸入煤粉管道1的一端固定连接有取样探头5，本实施例取样探头5的前端为弯头状。
本实施例的煤粉等速取样方法步骤与上述实施例一的步骤基本相同，此处不再赘述。
上述实施例的取样探头5为固定连接于取样管2一端的平头或弯头，取样探头5也可以采用连接于取样管一端的旋转头，通过在旋转头上设置多个取样孔，对将煤粉管道横截面分成多个等面积同心圆环与直径相交的取样点进行取样，同样可以实现定时定点取样。
本发明通过采用静电测速方式对煤粉管道1及取样管2内的煤粉流速进行检测，从而实时调整两个煤粉流速大小相等，实现等速取样，这种方法克服了传统取样设备中在线煤粉取样误差的缺点，其取样具有代表性，提高了取样的准确性；本发明煤粉等速取样方法适用于风、粉两相流的取样，整个过程中PID调节机构可根据实际情况自动或手动调节完成，使得煤粉管道1与取样管2中的煤粉流速相等，减小了取样误差，提高了取样的精确性；本发明煤粉等速取样装置结构简单，取样时间短；其通过按等面积原理把煤粉管道1的横截面分成多个等面积同心圆环，直径与圆环交点处定为取样点17，即定点取样，通过PLC控制器11控制推动推杆13，从而使推杆13推动取样管2，使取样探头5上的取样孔16依次停留在取样点17上，每点取样2-3分钟，在一个取样周期内实现定时定点取样，使取得的样品更具有代表性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的实施例方法、结构，及在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种煤粉等速取样方法，其特征在于,采用静电测速方式测量煤粉管道内的煤粉流速及被抽进取样枪的取样管内煤粉流速，通过调节取样管内的抽气压力使两个煤粉流速相等时进行取样。
2.根据权利要求1所述的煤粉等速取样方法，其特征在于，所述静电测速方式采用在取样探头及所述取样管上分别安装静电传感器，两个所述静电传感器通过对带电颗粒感应产生感应信号，对感应信号分别进行计算和处理得到煤粉管道和取样管内的煤粉流速，再把流速信号的大小传输给PID调节机构进行调节，使煤粉管道和取样管内的煤粉流速相等。
3.根据权利要求2所述的煤粉等速取样方法，其特征在于，调节抽气压力是通过PID调节机构接收并比较两个所述流速信号的大小，调节所述取样管内的抽气压力使两个流速信号大小相等。
4.一种煤粉等速取样装置，其特征在于，包括：
负压抽气机构：用于将煤粉管道内的煤粉抽进取样枪的取样管内腔，包括抽气管，所述抽气管与取样管之间安装有抽气器；
取样收集机构：用于取样收集进入所述取样管内的煤粉；
静电测速机构：用于测量煤粉管道内的煤粉流速及被抽进所述取样管内的煤粉流速；
PID调节机构：用于调节所述取样管内的抽气压力，使煤粉管道中的煤粉流速和取样管内的煤粉流速相等。
5.根据权利要求4所述的煤粉等速取样装置，其特征在于，所述取样收集机构包括取样枪，所述取样枪的取样管伸入煤粉管道的一端连接取样探头，所述取样探头上设有取样孔，所述取样管另一端与至少一级旋风分离器连通，所述旋风分离器下端分别连接一个收集瓶。
6.根据权利要求5所述的煤粉等速取样装置，其特征在于，所述取样探头的前端为平头状或弯头状或旋转头状，所述取样孔设置于取样探头的前端，所述平头状或弯头状取样探头通过所述取样孔依次采集煤粉管道内腔的取样点，所述取样点为煤粉管道横截面分成的多个等面积同心圆环与直径的交点。
7.根据权利要求6所述的煤粉等速取样装置，其特征在于，还包括乏气回吹管，所述乏气回吹管安装于煤粉管道与抽气器之间。
8.根据权利要求4所述的煤粉等速取样装置，其特征在于，所述静电测速机构包括两个静电传感器，两个所述静电传感器分别安装在取样探头前端和取样管上，两个所述静电传感器通过对带电颗粒感应产生感应信号，对感应信号分别进行计算和处理得到煤粉管道和取样管内的煤粉流速，再把流速信号的大小传输给PID调节机构进行调节，使煤粉管道和取样管内的煤粉流速相等。
9.根据权利要求4所述的煤粉等速取样装置，其特征在于，所述PID调节机构包括PID控制器和电动调节阀，所述电动调节阀安装在所述抽气管的悬置端，所述电动调节阀开度受PID控制器所控制，通过调节所述抽气器入口的气压，从而改变煤粉抽吸的速度。
10.根据权利要求4所述的煤粉等速取样装置，其特征在于，还包括PLC自动控制机构，所述PLC自动控制机构包括控制PID调节机构工作及滑台结构工作的PLC控制器，所述滑台结构包括与取样管平行设置的滑台，所述滑台与取样管之间连接有推杆，所述滑台与由PLC控制器控制的电机连接，当电机工作时，带动所述取样管沿煤粉管道径向进出的直线运动。
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