新型文丘里采樣系統(tǒng)在粉體行業(yè)的應(yīng)用

摘要：通?；痣姀S的煤粉采樣都是利用人工網(wǎng)篩的方式，把留在篩網(wǎng)大的顆粒煤粉占整個樣本的比例來確定細度(R90)，以確定磨的出力(功率)大小。這種方式所耗費時間長，效率低，還需專人采樣；文章在采樣池內(nèi)部利用文丘里原理，設(shè)計錐狀雙管結(jié)構(gòu)；在高速氣流附近產(chǎn)生負壓來進行采樣，并同過控制算法和PLC來進行實時采樣，對粉行業(yè)的采樣是一次變革；特別是倉儲式制粉系統(tǒng)，該法結(jié)合磨的控制優(yōu)化算法，更能大大降低成本和能耗。

關(guān)鍵詞：文丘里采樣結(jié)構(gòu)；采樣算法；粉采樣；粉體行業(yè)

中圖分類號：TK421文獻標識碼：A文章編號：1009－2374(2009)12－0036－02

目前國內(nèi)的粉體企業(yè)在測量顆粒的采樣方面基本采用靜態(tài)的，目前粉體采樣國內(nèi)的還處在初級的發(fā)展階段，還沒有一個完整的體系，因此研究這樣的一個系統(tǒng)顯得非常及時和迫切，特別在當前電量緊缺的情況下，國家在采取措施鼓勵企業(yè)節(jié)能降效，因此該系統(tǒng)的提出非常及時；本文提出基于在線采樣研究，它的設(shè)計和嘗試，將極大推動粉體工業(yè)界的采樣測量方式和方法變革，為我國的采樣技術(shù)水平的提高起到很大推動作用。

一、系統(tǒng)的基本流程

參照當前制粉系統(tǒng)和火力發(fā)電廠的倉儲式煤粉制備系統(tǒng)，該采樣的基本過程包含6部分：

1清潔：清掃采樣池、管道和鏡片組，目的是為保持采樣樣品的新鮮性。

2定量取樣：通過蝸桿取樣機構(gòu)，取有代表性的樣品，經(jīng)過稱量控制系統(tǒng)，當煤粉斗重量達到一定時質(zhì)量M時，控制電路截斷蝸桿步進馬達的脈沖信號，停止取樣；關(guān)閉取樣管道和通氣管。需注意是：在采樣前，反向驅(qū)動馬達和打開清洗壓縮空氣閥，將舊煤清除。

3均勻混合：通過恒高壓氣體打散，使顆粒充分均勻混合，濃度稀釋，通過打散雙喉管(文丘里原理)實現(xiàn)高壓打散，采樣處采用二次加速煤速度，以達到和煤和干凈氣體充分均勻混合的目的。

4新鮮煤粉的測試：煤粉第一次風粉混合經(jīng)過喉管，邊打邊測試的方法，當混合氣體進入采樣池鏡片后即刻進行多次采樣測試。

5濃度控制：按氣態(tài)平衡方程式，在定量情況下來算總體濃度，然后通過文曲里管來達到加速的目的，進一步加速風粉的混合，表明某兩個物理量的比例關(guān)系；煤體積流量／氣體單位時間內(nèi)體積流量，在此條件下比較難定量計算。從另一個角度來說，一定氣體壓力下文丘里管的對粉的抽吸量，即表明在某一瞬間取煤量是動態(tài)的。

即：煤抽取量N=V(煤)/V(氣)；V(煤)=M煤／p(密)

由PV=M(氣)RT得V氣=M(氣)RT／P

因此N=V(煤)P／M(氣)RT

由上式知，當Pl、v(煤)、R和T保持不變時，煤抽取量N和M(氣)成反比，即與放氣伐門的時間與孔徑大小成反比。

而L煤濃度：＝[M(KC／S)／p(KG／M3)J／V(M3／S)(抽進風里的煤的單位時間內(nèi)的體積流量／氣體單位時間內(nèi)體積流量)。

注：在蓄氣罐足夠大的情況下，在一次放氣過程中的壓力的變化，可忽略不計。

6循環(huán)測試：(1)除舊煤：打開馬達反向驅(qū)動，延時100脈沖，停1000脈沖(以裝滿采樣頭容量而定)；(2)取新煤：打開馬達正向驅(qū)動把新煤落至煤斗；當煤質(zhì)量達到一定量時，利用行程開關(guān)切斷步進馬達正向取煤的脈沖，同時打開測試氣閥通過文丘里原理產(chǎn)生負壓，進行邊采樣邊測試的過程；(3)清洗余煤：清洗完后，經(jīng)過一段延時后，接著下一周期的采樣和測試。

二、采樣控制算法

本采樣算法通過自行開發(fā)IO或采用西門子DO模塊來實現(xiàn)，具體如下：

說明：

1逼過蝸桿采樣頭對新鮮煤進行定量采樣，當煤粉存儲量到達一定程度時，通過稱量機構(gòu)或壓力傳感裝置，給步進馬達停止脈沖信號，終止采樣。

2在進行采樣前，利用p2打開1的清洗電磁閥門，對采樣池、管道和容器清掃。

3測試采樣過程中，在測試管和容器內(nèi)加高速氣流，以稀疏和加速粒子流，通過電磁閥1的延時來控制測試的時間：通過光電池的感光量來測定濃度的范圍，當濃度超過15％或小于1％時，測試系統(tǒng)不工作，下一周期的采樣重新啟動：通過電磁閥的延時來控制氣量的大小，防止煤樣濃度過高。

4當采樣次數(shù)N大于N0次時，進行延時，以達到間歇工作的目的，延長系統(tǒng)的工作壽命。

5測試完的煤粉的返回到粉倉，以保持環(huán)境的干凈和減少煤的損耗。

三、采樣點選擇

按照火力電廠的制粉系統(tǒng)，一般可設(shè)的采樣點為落粉管的人工采用筒處的管道，對于中間儲倉式制粉系統(tǒng)，但要考慮到旋風分離器后氣流中的5％～10％的細粉直吹到爐膛，會影響采樣中煤粉大顆粒和小顆粒的比例，進而影響測量的準確度，需對標定的值加一修正系數(shù)。

四、采樣環(huán)境要求

因系統(tǒng)實際工作環(huán)境較為惡劣，不同的制粉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同，同時電廠(制粉企業(yè))對安全的要求特別嚴格，所以其具體要求如下：

1因煤粉燃燒和爆炸特性，要求采樣過程確保安全，可靠穩(wěn)定。因此在采樣過程不能有明火，大量摩擦靜電的產(chǎn)生，(對于金屬和金屬接觸部分可通過膠與金屬的接觸替代)，同時對于金屬部分要可靠接地，采樣點可通過其管道中的正壓，通過正壓把采樣頭的煤粉經(jīng)過主采樣管后，旁路分流，再通過空壓機的打散氣流，經(jīng)一定體積混合均勻后，送到采樣池。同時在采樣點、回粉管等關(guān)鍵點設(shè)防暴裝置，加強密封；用防爆型馬達；

2測試過程中要保持恒溫恒壓和氣載體的勻速運動(等速測試)。盡量保持粒子在載體中的均勻性(需外加一定的負壓，因此在要用內(nèi)部光滑硬管(依照實際條件，采用金屬管。在接地良好的情況下能減少因顆粒靜電而產(chǎn)生聚集，但要用石棉瓦進行保溫。軟膠管有老化，高溫變形和靜電無法釋放等原因，因此盡量不采用)；在自給均勻正壓的條件下，為保證采樣的煤粉的量，依照測試濃度的要求，通過控制其質(zhì)量(按照壓力傳感器來給馬達取樣信號)，保證同時控制打散氣流的量(電磁閥開啟的時間)來保持一定稀釋度；采樣點盡可能避免露天和易引雷的地方及環(huán)境因素變化大的地方(如濕度、溫度、震動等)；為保持采樣的真實性，防止失真，防止壓降過大，盡可能使制樣裝置和測試的采樣池部分的距離較短。

五、結(jié)構(gòu)部分

1采樣頭部分。安裝方式：在管路中開有采樣安裝孔的前提下，插入該采樣頭，在粉管外部進行固定。預(yù)留采樣接口和旁路接口。采用不銹鋼管和汽缸活塞材料，內(nèi)壁光滑處理，外部硬度強化處理。尺寸：直徑約20cm之間，具體尺寸見圖紙。

2連接管道。采樣管用外直徑為10mm；測試管道用內(nèi)直徑為6mm，在測試管道中采用加壓縮空氣打散加速煤粉氣流，以稀疏測試管道中的煤粉顆粒濃度。

3閥門：采用直通式截氣閥。

4風速(流量)計：用于測試粉流的流速大小，給測試流定義可度量的數(shù)量值。

5回粉總管：保證回流測試煤粉流的流速和回粉氣壓，管道直徑要比其它管徑大。

6采樣池：保證其內(nèi)部的濃度和穿透力及鏡片保潔，需用清潔氣流沖擊內(nèi)部鏡面。

7整體外殼：見圖紙。

六、采樣系統(tǒng)配套機構(gòu)

風速計、DO或DSP控制電路、光學鏡片、膠圈、機械采樣裝置、正壓縮空氣環(huán)境、文丘里采樣池、煤斗、連接管和接頭、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、安裝支架等。

七、結(jié)論

通過結(jié)合機械采樣頭(采樣)、采樣池(測試)、DSP(控制)三者系統(tǒng)的結(jié)合，特別是文丘里雙管結(jié)構(gòu)在采樣池中的應(yīng)用，體現(xiàn)了新型采樣系統(tǒng)的科學性，大大減少了系統(tǒng)人工維護時間，同時該系統(tǒng)結(jié)合火電廠的實際，可以替代人工采樣的方式，為工程技術(shù)操作人員的科學決策和實時控制提供了大量有效的實時數(shù)據(jù)，因此對粉行業(yè)的采樣是一次變革，為耗能企業(yè)節(jié)能降效提供一種新的途徑。

參考文獻

[1]游景玉，論數(shù)字化鋼球磨煤機制粉系統(tǒng)實現(xiàn)[D]，亞仿技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用論文集，珠海出版社，2001

[2]任鵬飛，趙崇偉，等，粒度儀總體設(shè)計方案，國家仿真控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，2003

[3]譚國鋒，在線采樣系統(tǒng)設(shè)計方案，國家仿真控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，2003

作者簡介：譚國鋒(1973-)，男，廣東梅縣人，珠海城市職業(yè)技術(shù)學院電子商務(wù)主任，講師，工程師，碩士，研究方向：電子商務(wù)技術(shù)與管理、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)智能化。