直吹式制粉系统煤粉采样方法探讨

摘　要：对于直吹式制粉系统，采用弯头式煤粉取样枪带AKOMA等速取样装置进行等速取样，其试验结果符合重复性、再现性、准确度要求，具有代表性，能真实反映制粉系统运转情况。

关键词：锅炉；直吹式制粉系统；等速取样
煤粉细度调整与燃烧器各煤粉管道煤粉流量调平，这两项工作都是锅炉燃烧调整的重点，直接影响锅炉的安全、经济运行。通过采集、分析各煤粉管道的煤粉样品，精确地测得煤粉浓度、煤粉细度，确定进入各燃烧器的煤粉质量分配、煤粉细度分布规律，是磨煤机分离器性能试验、加载压力试验、磨煤机出力特性试验、煤粉分配性能试验的基础，为掌握制粉系统运行状况，进行锅炉燃烧调整提供依据。
　　直吹式制粉系统由于不存在煤粉仓，只能从一次风管中抽取煤粉试样进行测定，因此，如何从一次风管中取得具有代表性的煤粉试样成为工作的关键。在此就直吹式制粉系统的圆形煤粉管道内多点采集煤粉样品的方法做比较分析，探讨较为准确测得煤粉管道内煤粉浓度、煤粉细度的等速取样方法。
　　1. 取样点的选择
　　取样点应选择在圆形垂直煤粉管道。因为气流在管道中输送煤粉，经过长的水平管时由于重力的作用会导致煤粉在下部管壁上出现沉积，形成高煤粉浓度区域，因此禁止在长水平管道上布置取样点。另外煤粉颗粒在经过分离器、弯管处由于离心力的作用，也会使煤粉从输送的气流中分离出来，并伴随有煤粉涡流现象，而进入垂直管道内后，沿气流的垂直输送方向，煤粉流又会逐渐恢复均匀分布。所以取样点还应该避开“弯头”等部位，在距其5倍以上煤粉管内径的地方经行选点。
　　2.平头式取样枪带旋风分离器取样法的利弊
　　2.1 平头式取样枪带旋风分离器取样法
　　先连接好两级旋风分离器，再用胶管将旋风分离器一端接抽气器，另一端接取样枪，胶管尽可能短。同时用胶管连接好取样枪与微压表。抽气器的压力源为现场的压缩空气。连接方式如下图所示。

　　取样时，先测量粉管内各点平均动压。再开启压缩空气，调节抽气压力，使取样枪的内外静压差等于零，记下开始时间，计算出结束时间及每抽样点停留时间。
　　取样过程应维持抽吸速度恒定，由于煤粉颗粒运动速度与空气速度之间存在速度差，因此取样抽吸速度要比携带煤粉的气流速度高。取样是在煤粉气流进入取样抢时开始的，取样头的抽吸速度与煤粉管道里的气流速度之比应该控制在1.1±0.1范围内。
　　2.2 平头枪取样的利弊分析
　　平头式取样枪带旋风分离器取样法操作方便，所需仪器也相对简单，其缺点是取样结果精度不够高。因为平头枪抽取点只能分布在两条直线上（两取样点互成90°），其取样结果代表性不够强；而采用旋风分离器的分离效率也较低；同时随着取样瓶煤粉量的积累，阻力增大，文丘里差压减小，需要人为开大压缩空气，增大抽吸力，以保持微压表读数不变。
　　3. 弯头式煤粉取样枪带等速取样装置取样法的应用
　　3.1 抽取点的布置
　　采用弯头式煤粉取样枪可以便捷地在管道的整个横截面上布置抽取点。一次风粉管内的气粉混合物属于稀相气固两相流，虽然在垂直管道内气粉混合物速度和浓度比水平管道内均匀很多，但实际上气固两相流动是十分复杂的，为更真实、准确的反映出取样点横截面上煤粉的分布特性，将煤粉管的圆形截面划分为若干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。抽取点分布于新分成的两个同心圆环的分界线上。抽取点距圆形截面中心的位置按下式求得：
　　
　　式中： ── 测点距圆形截面中心的距离，mm；
　　 ── 圆形截面半径，mm；
　　  ── 从圆形截面中心算起的测点序号；
　　 ── 圆形截面所需划分的等面积圆环数目。
　　等面积同心圆环数的取值可参照下表：

　　在每个圆环上均匀布置16个抽取点，每个抽取点之间相隔22.5°。以管径为600mm的一次风粉管为例，按上述方法则需取64个抽取点，取样过程中还需确保在每个抽取点上的抽取时间是相等的，这样便可在取样管道横截面上，总计64个等面积区域上抽取一个有代表性的煤粉样。
　　3.2 弯头式煤粉取样枪带AKOMA等速取样装置取样操作方法
　　首先布置好仪器。打开现场压缩空气，按顺序打开密封管座旋塞（防止煤粉漏出），插入取样枪，挂上托盘，装好定位销。应保证托盘中线与粉管中心平行，底平面垂直于粉管中心平面。
　　为保证取样期间取样系统不出现结露现象，伴热管需预先加热１５～２０分钟（温度控制在80℃～85℃），其中一头连接煤粉分离器入口。煤粉分离器出口接AKOMA等速取样装置的抽气阀出口。接通抽气器的压缩空气气源，抽气端接AKOMA抽气阀入口。取样枪测速管两极与AKOMA等速取样装置的压力测量＋、－极正确连接。连接方式如下图所示。

　　开始取样，拔下取样枪端口小堵管，将伴热管插入取样枪端口，同时按下等速取样装置开始按钮，秒表计时，开始取样，在截面的每一个拟定抽取点上取样的时间必须相等，即应该保证抽取过程中在托盘每点停留时间相等。取样时间结束时，同时抽出取样枪，拔下伴热管，塞上小堵管。应注意的是，需控制好每点上取样的时间，使总截面取样量不少于150g，以减少取样误差。
　　3.3 等速取样装置控制过程
　　基于静压零位等速取样的基本原理，只有气流速度和取样探头内的速度相等时，才能保证取样的代表性。根据流体伯努利方程可得：
　　
　　式中：， ── 来流和取样头内的静压，Pa；
　　， ── 来流和取样头内的速度，m/s；
　　， ── 来流和取样头内的气流密度，kg/m3；
　　煤粉取样时，探头内外的气流密度相等，，当取样探头内外的气流静压相等时，有上式可得。因此静压零位是保证等速和正确取样的基础。AKOMA等速取样装置的作用在于通过确定两个压力接口之间的压力差，控制取样时的抽取压力，维持抽吸速度恒定。在煤粉收集器与压缩空气抽气器之间安装有一个内置的抽气阀。在取样抽吸过程中，抽气阀开度将自动调整使得探头内外没有压力差，取样探头内的速度和一次风粉管内对应抽取点的气流速度相等。为准确测得压力差，抽取过程中自动定时用压缩空气吹扫测压管以保证测压管不被煤粉堵塞。吹扫测压管时，设备打开电磁阀，短接压力传感器的内部压力接头使压力归零。在归零功能终止后，实际的压差将被作为新的零位。这将防止传感器的热零点漂移。然后归零和测

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量阀门重新打开，再次调用测量功能。当测量功能被调用时，抽气阀位置将被自动调整，维持压力差为零。
　　4. 结束语
　　上述弯头式煤粉取样枪带等速取样装置取样法已经在国内数十台锅炉上实践应用。据试验积累的数据显示，在取样间隔时间和运行条件不变的情况下，在同一根一次风粉管上连续两次抽取煤粉样品，前后两次煤粉取样的质量差值基本保持在±5%以内（国家标准±8%）；煤粉颗粒分布曲线满足直线关系，前后两次取样的煤粉颗粒分布曲线相吻合。
　　可见弯头式煤粉取样枪带等速取样装置取样法的精密度与准确度是符合标准的，基于此法的试验结果能满足火电厂经行制粉系统优化和燃烧调整的要求。
参考文献：
[1] GB10184-88，电站锅炉性能试验规程 [S] ．
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[4] 广东电力科学研究院．锅炉室试验仪器操作规程[M]．
[5]  Manual AKOMA 2000[Z]．

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