一、煤粉取样装置概述

为了提高机组运行的经济性，既要求煤粉燃烧充分，又要降低辅机电耗。煤粉细度应根据燃烧煤种的燃烧特性对煤粉细度的要求与磨煤运行费用两方面进行综合比较后确定经济煤粉细度。在运行过程中，定期监测煤粉细度，并根据监测结果指导运行人员适时调整磨煤机的运行工况是优化运行方式之一，同时，热力试验也需要煤粉细度这一重要的参数。

直吹式制粉系统中由于不存在煤粉仓，为了确定煤粉细度只有从一次风管中取得煤粉试样进行测定，因此如何从一次风管中获得具有代表性的煤粉试样来进行煤粉细度的监测是各个电厂必须面对的问题。我公司经过多年的研究，我公司经过多年的研究，开发并制作出专利产品——一种新型的煤粉取样装置，新型煤粉取样装置取样精确且操作简单，取样准确。

二、一次风管道的煤粉分布

研究表明，气固两相流在一次风管中流动的雷诺数达到10⁵及以上时(经计算一次风管内两相流的雷诺数均大于10⁵)，管道中煤粉颗粒的分布可以认为是以一次风管中心为对称分布的多个同心圆，如图1所示。因此可以从管道直径方向上对称分布的若干采样点进行多点取样，例如在全直径上或半径上取样，如图2、图3所示。这样采集的样品就代表了整个一次风管内煤粉的整体特性。用等速取样原理设计制造的新型煤粉取样装置取样就是基于此原理设计的。

                       管道中煤粉颗粒的分布      全直径上取煤粉             半径上取煤粉

三、送粉管道取样装置的取样原理

 煤粉等速取样装置是利用负压抽吸和旋风分离原理将煤粉从煤粉管道中抽吸出来并进行固、气分离，抽取气粉两相流体并从中取得有代表性的粉尘样品，要求保持等速取样工况，即吸入取样管口的气流速度与其煤粉管道中气流速度相等。

1、连接法兰          2、密封垫         3、安装底座        4、密封垫   

5、真空发生器        6、旋流积尘器     7、取样桶          8、取样管 

图1 煤粉取样装置结构图

依据静压平衡法(伯努利方程)可知：

    ρ₁V₁²/2+P₁=ρ₂V₂²/2+P₂+λL_n/d·ρ₂V₂²/2+ξ·ρ₂V₂²/2

V₁-- 一次风管内采样点处的气流速度，m/s;         P₁-- 一次风管内采样点处的静压，pa

ρ₁-- 一次风管内采样点处的气流密度，kg/m3;

V₂-- 采样嘴入口的气流速度，m/s;                 P₂-- 采样嘴入口的静压，pa;

ρ₂-- 采样嘴入口的气流密度，kg/m3;   

λ--  采样嘴内表面的摩擦阻力系数；             d-- 采样嘴直径，m ；

L_n-- 采样嘴端部到内静压孔的距离，m;            ξ-- 采样嘴局部阻力系数。

在采样过程中，由于采样点处的静压与采样嘴内的静压之差较小，且温度基本不变，故可认为ρ₁=ρ₂。由此可知：

P₁- P₂=ρ₂/2·（V₂²- V₁²）+ρ₂V₂²/2（λL_n/d+ξ）

若阻力忽略不计，采样过程中只要使P₁- P₂=0，即可实现V₂≈V₁。

设计的煤粉取样装置结构如图1所示。它安装在煤粉管道的管壁上，其位置要尽量远离上游弯头，一般不小于4-6倍管径，压缩空气流经文丘里抽气器时产生负压，将一次风、粉混合物吸入取样探头，气、粉混合物流经旋风分离器时进行离心分离，分离下来的煤粉颗粒落入收集瓶中，乏气经引射器又返回到一次风管。取样完成后在实验室中对所取得样本称重筛分，以确定煤粉颗粒细度。

四、硬件技术说明

PFS型煤粉取样装置直接固定安装在直吹式制粉系统一次风煤粉管上定期在一个全直径方向上进行煤粉取样。

 4.1系统组成

机械取样部分主要由下列几部分组成：

1)        取样管——插入煤粉管道中，取样口正对煤粉气流方向，自然抽取煤粉气流。取样枪上设置有抽气管、乏气排气管、煤粉管道静压导管和抽气管静压导管。煤粉管道静压导管和抽气管静压导管连接到电子差压计，取样时测量该两点的压力差。

2)        旋流积尘器——取样枪抽取的是含煤粉的空气，需将煤粉从空气中分离出来。分离器采用离心分离的原理，煤粉受离心力的作用，被甩到筒壁，在自身重力作用下，落入贮存罐；分离煤粉后的气体（称为“乏气” ）则由分离器上部乏气管排出，后通过取样枪返回到煤粉管道中。

3)        取样桶——贮存分离后的样品，供测试用。

4)        真空发生器——产生负压，抽取煤粉气流。负压发生器采用拉法尔管射流的原理，卷吸周围空气，形成环境负压。负压发生器产生的负压大小可通过气源调节阀调整压缩空气流量来控制。

5)        气源调节阀——调整射流的气源的流量，使负压发生器产生符合要求的负压。

6)        吹扫阀——控制取样管吹扫气源，防止煤粉堵塞取样管。

7)         执行机构：把取样管从隐藏的腔体中由垂直位置向水平位置打开，取样管上的取样嘴迎向煤粉流，开始取样。当停止取样时，执行机构把取样管反向旋转到隐臂位置，减少取样管的磨损，并防止取样管堵塞。

8)        密封底座：安装时与在煤粉管道上所开孔焊接在一起，在保证密封良好的前提下，为采样头提供一个独立的空间，使采样头在不工作时避开煤粉气流；

为了进一步简化煤粉取样过程，避免手动操作中的人工因素，使得煤粉取样更加准确，该取样器通过对流速、执行机构、调节阀的控制实现煤粉的自动取样。系统控制原理图如下图所示：

图4、PFS型全自动煤粉取样器控制原理图

装置控制部分主要由以下几个部分组成：

控制系统：主要包括PLC控制系统、模拟信号输入输出接口、开关量输入输出模块、人机显示屏、应用软件及控制算法等，它是固定式煤粉取样装置的核心控制部分。

测速组件：主要由测速管、微差压变送器等组成，它主要完成煤粉管道的一次风速和取样管内流速的实时比对。

执行机构机构组件：主要由五通阀、旋转气缸、定位开关、旋转机构等组成，它主要在控制系统的控制下完成取样管的抬起和收回。

取样抽吸速度调节控制组件：主要由负压发生器、调节阀、吹扫电磁阀组、文丘里喷嘴、煤粉过滤保护部件等组成，它主要是根据控制系统的调节信号，调节负压发生器的动态平衡，实现抽吸流量控制，从而实现等速取样。

4.2性能指标

微差压变送器：0~2Kpa,精度0.1%FS；

压缩空气压力：0.6Mpa；

取样头：8Ф5；

取样时间：240s；

适应煤粉流速：5m/s~50 m/s；

取样误差：±5%；

系统电源：220±10%V，50~60Hz，功耗≤300W； 

4.3产品特点

1、全自动控制，实时控制流速，保证等速取样；

2、设备具有人工随机取样、自动定时取样、远程控制取样；

3、完全依据ISO9931国际标准和DL/T942—2005《直吹式制粉系统的煤粉取样方法》标准设计，最大限度的克服管道煤粉的“紊流”现象，取样代表性好；