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。